PENCIRIAN BIOPLASTIK KOMPOSIT TEPUNG SINGKONG
DAN NATRIUM ALGINAT DENGAN ADITIF LIMONENA
KULIT JERUK
ASEP SARIFUDIN
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pencirian Bioplastik Komposit Tepung Singkong dan Natrium Alginat dengan Aditif Limonena Kulit Jeruk adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
ASEP SARIFUDIN. Pencirian Bioplastik Komposit Tepung Singkong dan Natrium Alginat dengan Aditif Limonena Kulit Jeruk. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA
Bioplastik yang dibuat dari tepung singkong terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium alginat dan limonena kulit jeruk merupakan salah satu alternatif untuk memecahkan masalah limbah plastik. Pembuatan bioplastik dilakukan dengan memvariasikan komposisi tepung singkong:gliserol:natrium alginat:limonena kulit jeruk sebesar 75:5:16:4, 75:5:12:8, 75:5:8:12, 75:5:4:16, dan 75:5:0:20. Analisis dilakukan dengan mengukur bobot jenis, kekuatan tarik, persen pemanjangan, permeabilitas uap air, sifat termal, morfologi, dan gugus fungsi. Nilai bobot jenis dan kekuatan tarik bioplastik semakin menurun dengan penambahan konsentrasi limonena kulit jeruk, tetapi nilai persen pemanjangannya semakin naik dengan signifikan yang artinya elastisitas bioplastik semakin baik. Analisis gugus fungsi menunjukkan bioplastik terbentuk melalui interaksi secara fisika. Sifat hidrofobik limonena dapat menurunkan permeabilitas uap air pada bioplastik dan sifat pemlastis limonena yang dapat masuk ke building block polimer bioplastik menjadikan bioplastik yang dihasilkan lebih cerah, elastis, dan homogen.
Kata kunci: Bioplastik, Limonena, Natrium alginat, Singkong.
ABSTRACT
ASEP SARIFUDIN. Characterization of Bioplastics Cassava Flour and Sodium Alginate Composite with Limonene Orange Peel Additive. Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA
Bioplastic made from plasticized glycerol cassava flour with the addition of sodium alginate and limonene orange peel is an alternative to solve the problem of plastics waste. Bioplastic was produced by adjusting the composition of cassava flour:glycerol:sodium alginate:limonene orange peel as much as 75:5:16:4, 75:5:12:8, 75:5:8:12, 75:5:4:16, and 75:5:0:20. The analysis was performed to measure density, tensile strength, percent elongation, water vapor permeability, thermal properties, morphology, and functional groups. The value of density and tensile strength of bioplastics decreased with the addition of limonene orange peel, but the value of percent elongation increased significantly that means the elasticity of bioplastic is better. Functional groups analysis showed that bioplastics formed through physic interaction. Hydrophobic characteristic of limonene could decreased water vapor permeability of bioplastics and plasticizers characteristic of limonene that could entered into the polymer building blocks made bioplastics more brighter, elastic, and homogeneous.
ASEP SARIFUDIN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2013
PENCIRIAN BIOPLASTIK KOMPOSIT TEPUNG SINGKONG
DAN NATRIUM ALGINAT DENGAN ADITIF LIMONENA
Judul Skripsi : Pencirian Bioplastik Komposit Tepung Singkong dan Natrium Alginat dengan Aditif Limonena Kulit Jeruk
Nama : Asep Sarifudin NIM : G44090109
Disetujui oleh
Dr Tetty Kemala, MSi Pembimbing I
Drs Ahmad Sjahriza Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah bioplastik, dengan judul Pencirian Bioplastik Komposit Tepung Singkong dan Natrium Alginat dengan Aditif Limonena Kulit Jeruk.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Tetty Kemala, MSi dan Bapak Drs Ahmad Sjahriza selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Sawal dan Bapak Mulyana selaku Staff Laboran Lab Kimia Anorganik serta staf laboratorium lainnya yang telah memberikan kesempatan, fasilitas, dan arahan selama kegiatan penelitian berlangsung.
Ungkapan cinta dan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Almarhum Ayah, Ibu, kedua adikku tercinta, Ibu Alfa Chasanah, Ustad Munif, Prof Rina Oktaviani, kak Tomo, teman satu bimbingan (Didin, Yusni, Naadilah, Novi, kak Doni), dan teman-teman semua atas segala doa dan kasih sayangnya. Tidak lupa penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada Donatur Beasiswa Badan Usaha Milik Negara (BUMN) dan Program Pembinaan Sumber Daya Manusia Strategis (PPSDMS) yang sudah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bisa mengenyam pendidikan di perguruan tinggi. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL iiiv
DAFTAR GAMBAR iiiv
DAFTAR LAMPIRAN iiiv
PENDAHULUAN 1
BAHAN DAN METODE 2
Alat dan Bahan 2
Metode 2
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bioplastik Tepung Singkong-Natrium Alginat-Limonena Analisis Bobot Jenis
Uji Tarik
Permeabilitas Uap Air Sifat Termal
Analisis Morfologi Gugus Fungsi
SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
DAFTAR TABEL
1 Komposisi bioplastik 3
2 Hasil analisis gugus fungsi dengan FTIR 13
DAFTAR GAMBAR
1 Bioplastik dari tepung singkong-gliserol-Na alginat-limonena 6 2 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap ketebalan 6 3 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap bobot jenis 7 4 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap kekuatan tarik 8 5 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap persen pemanjangan 9 6 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap permeabilitas uap air 10 7 Termogram bioplastik; (a) limonena 4%, (b) limonena 12% 11 8 Hasil foto SEM pada permukaan bioplastik dengan perbesaran 5000x 12
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram Alir Penelitian 17
2 Analisis bobot jenis bioplastik 18
3 Data pengukuran ketebalan bioplastik 19
4 Data pengukuran sifat mekanik bioplastik 19
5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air bioplastik 20
1
PENDAHULUAN
Ketergantungan terhadap plastik tidak lepas dari nilai tambahnya sebagai bahan pengemas yang sering digunakan oleh masyarakat. Plastik merupakan bahan pengemas yang murah, mudah didapat, ringan, praktis, dan kedap air. Plastik yang paling banyak beredar di pasaran saat ini merupakan polimer sintetik dari petrokimia yang sulit terurai, seperti plastik jenis polietilena (PE), polistirena (PS), dan polipropilena (PP) (Singh dan Sharma 2007). Penggunaan plastik sintetik nonbiodegradabel sebagai bahan pengemas memang memiliki berbagai keunggulan seperti mempunyai sifat mekanik yang baik, harganya yang murah, dan kemudahan dalam proses pembuatan dan aplikasinya. Sayangnya, plastik sintetik mempunyai kestabilan fisikokimia yang terlalu kuat sehingga plastik sangat sukar terdegradasi secara alami dan menimbulkan masalah dalam penanganan limbahnya (Tharanathan 2003).
Kebutuhan bioplastik mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya kesadaran masyarakat akan pentingnya kelestarian lingkungan. Pendayagunaan pati tropis seperti singkong dan sagu untuk bahan baku bioplastik bukan hanya memberikan andil dalam penyelesaian masalah penanganan sampah plastik, tetapi juga membuka peluang terciptanya industri baru di Indonesia (Pranamuda 2001).
Pembuatan bioplastik sebelumnya sudah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti, di antaranya pembuatan polipaduan pati-polistirena (Kemala 2010), polipaduan poli(ε-kaprolakton)-pati (Hasan et al. 2007), poli(asam laktat)-pati-kitosan (Firdaus et al. 2008), poli(asam laktat)-lilin lebah (Ningsih 2011), dan pati terplastisasi gliserol-natrium alginat (Ulfiah 2013). Sebagian besar penelitian tersebut memanfaatkan pati tapioka sebagai bahan utama pembuatan bioplastik. Akan tetapi, pada penelitian ini memanfaatkan tepung singkong yang harganya relatif lebih murah dan ketersediaannya melimpah sebagai bahan utamanya. Optimasi pembuatan bioplastik dilakukan dengan mengkompositkan tepung singkong dengan natrium alginat dan dilakukan penambahan senyawa limonena yang dihasilkan dari ekstraksi limbah kulit jeruk.
Singkong (Manihot esculenta Crantz) merupakan salah satu jenis umbi-umbian yang memiliki kandungan pati yang sangat tinggi sebesar 94-97.5 g/100 g tepung kering (Suppakul et al. 2013). Menurut data dari Kementrian Pertanian, Indonesia adalah negara produsen singkong terbesar ketiga di dunia dengan rata-rata produksi dalam lima tahun terakhir adalah 24 juta ton per tahun. Potensi pengembangan bioplastik berbahan dasar tepung singkong di Indonesia sangat besar.
Natrium alginat merupakan polisakarida linear yang disusun oleh residu asam β-D-manuronat dan α-L-guluronat dan dihubungkan melalui ikatan 1,4. Natrium alginat dihasilkan dari alga cokelat yang banyak hidup di perairan laut Indonesia. Natrium alginat tidak bersifat toksik, tidak menyebabkan alergi, bersifat biodegradabel dan biokompatibel (Kurniasari dan Nurul 2012).
2
meningkatkan derajat kejernihan, elastisitas, serta permeabilitas bioplastik terhadap oksigen dan CO2 (Arrieta et al. 2013).
Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini bertujuan membuat bioplastik yang berasal dari tepung singkong dan natrium alginat dengan aditif limonena dari limbah kulit jeruk dan menguji karakteristik bioplastik yang dibuat.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah piknometer pirex 25 mL, hot plate, blender, alat uji tarik Tensolab-MEY, Spektrofotometer Inframerah Transformasi Fourier (FTIR) Shimadzu-60, mikroskop elektron payaran (SEM) JSM-6360LA, Differential Thermal Analysis (DTA)-Thermo Gravimetric Analysis (TGA) (Shimadzu DTG-60H, TA60WS, dan FC-60A), dan peralatan gelas. Bahan-bahan yang digunakan adalah tepung singkong, natrium alginat, gliserol, limbah kulit jeruk, NaHCO3, dan air destilata.
Metode
Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap (Lampiran 1). Tahap pertama adalah ekstraksi limonena dari kulit jeruk. Tahap kedua adalah pembuatan bioplastik tepung singkong-natrium alginat-limonena dengan variasi komposisi dan penambahan zat pemlastis gliserol. Tahap ketiga adalah penentuan bobot jenis, uji tarik, uji permeabilitas uap air, analisis morfologi plastik dengan SEM, analisis termal dengan DTA-TGA, dan analisis gugus fungsi dengan FTIR.
Ekstraksi Limonena dari Limbah Kulit Jeruk (BPPT 2005)
Perlakuan awal yaitu kulit jeruk dicuci sampai bersih, kemudian direndam di dalam larutan NaHCO3 selama satu hari dengan perbandingan setiap satu
kilogram kulit jeruk direndam dengan satu liter larutan NaHCO3. Tujuan
3
fraksi air mengalir keluar. Minyak kulit jeruk disimpan di dalam botol kaca berwarna gelap dalam keadaan tertutup rapat pada tempat yang tidak panas. Pembuatan Bioplastik
Tepung singkong dan natrium alginat yang akan digunakan ditimbang terlebih dahulu sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan (Tabel 1). Tepung singkong dipanaskan dalam 45 mL akuades pada suhu 60 °C selama 10 menit. Pemlastis lalu dicampurkan dengan tepung singkong kemudian dihomogenkan selama 15 menit hingga didapatkan tepung singkong terplastisasi. Natrium alginat yang sudah ditimbang dilarutkan dengan akuades sampai terbentuk larutan alginat lalu ditempatkan ke dalam campuran tepung singkong-gliserol. Ke dalam campuran masukkan pula larutan limonena sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan. Campuran tersebut diaduk sampai homogen dengan pemanasan pada suhu 70 °C. Setelah homogen, polipaduan yang terbentuk didiamkan selama 5 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak pada pelat kaca. Setelah itu bioplastik dikeringudarakan selama 24 jam dan bioplastik dilepaskan untuk dianalisis bobot jenis, kuat tarik, permeabilitas, gugus fungsi, morfologi, dan analisis termal.
Bioplastik yang akan diukur harus memiliki ketebalan yang seragam. Oleh karena itu, pencetakan bioplastik harus dilakukan dengan sebaik mungkin. Ketebalan bioplastik diukur dengan menggunakan mikrometer pada 10 daerah acak pada sampel bioplastik.
Penentuan Bobot Jenis (Kemala et al. 2010)
Bobot jenis setiap sampel paduan diukur dengan cara setiap sampel dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan pembolong kertas. Bobot kosong piknometer ditimbang (W0). Potongan sampel dimasukkan ke dalam
piknometer dan ditimbang (W1). Akuades ditambahkan ke dalam piknometer yang
telah berisi potongan sampel hingga tidak terdapat gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Piknometer yang hanya berisi akuades ditimbang
bobotnya (W3). Bobot jenis sampel ditentukan berdasarkan data yang didapat
melalui persamaan:
D =
4
Bioplastik yang telah dikeringkan dibuat dengan ukuran panjang 12 cm dan lebar 2 cm. Kemudian potongan bioplastik dijepitkan pada alat uji tarik dan ditarik dengan kecepatan konstan dan beban maksimum 5 kgf. Data yang dihasilkan dicetak di atas kertas. Untuk perhitungan besarnya kekuatan tarik dan perpanjangan dapat menggunakan persamaan 2 dan persamaan 3.
Fmaks
= pertambahan panjang spesimen (mm) L0 = panjang spesimen mula-mula (mm)
Analisis Permeabilitas Uap Air
Teknik yang digunakan adalah dengan mengukur laju transmisi uap air menggunakan metode wet cup yang telah dimodifikasi berdasarkan ASTM E 96-95. bioplastik yang akan diuji dijadikan penutup cawan petri yang telah diisi akuades. Bobot akuades yang hilang dipantau berdasarkan fungsi waktu sampai keadaan tunak dan laju transmisi uap air (WVTR) dihitung dari keadaan tunaknya. Ketebalan bioplastik diukur pada 10 tempat yang berbeda. Lubang dibuat pada aluminium foil dengan luas lubang 10% luas permukaan akuades dan nilainya harus diketahui dengan pasti. Akuades dimasukkan ke dalam cawan petri sebanyak 30 mL kemudian lubang ditutup dengan menggunakan bioplastik yang direkatkan dengan lem epoxy pada aluminium foil. Cawan petri yang telah ditutup menggunakan bioplastik disimpan selama 1 jam agar bioplastik merekat sempurna. Cawan ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 37 ± 0.5 °C. Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam. Kurva dibuat antara waktu uji (sumbu x) dalam menit dan bobot akuades yang hilang (sumbu y) dalam gram.
(4)
Keterangan:
5
Bioplastik ditimbang sebanyak 25 mg. Setelah itu, digerus dalam lumpang dan dicetak pada pelat platinum untuk dilakukan analisis termal. Bahan pembanding yang digunakan, yaitu Al(OH)3. Kondisi alat diatur dan dioperasikan
pada suhu 28-400 ºC dengan kecepatan pemanasan 20 ºC per menit. Hasil analisis termal berupa kurva hubungan waktu dengan suhu. Kurva yang dihasilkan dicetak di atas kertas.
Analisis Morfologi dengan SEM
Analisis dilakukan menggunakan SEM. Sampel yang berupa bioplastik dimasukkan ke dalam tempat sampel dengan perekat ganda dan dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV. Hasil yang didapat dicetak.
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR
Analisis dilakukan menggunakan FTIR. Sampel yang berupa bioplastik ditempatkan ke dalam tempat contoh. Spektrum FTIR dari paduan direkam menggunakan spektrometer pada suhu ruang. Hasilnya didapat berupa spektrogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bioplastik Tepung Singkong-Natrium Alginat-Limonena
6
yang ditunjukkan dengan adanya perubahan warna putih pada larutan tepung singkong-gliserol menjadi transparan (Murphy 2006). Bioplastik yang dihasilkan dengan penambahan natrium alginat dan limonena kulit jeruk terlihat homogen, elastis, kuat, halus, dan bening dengan warna yang relatif sama secara kasat mata pada berbagai macam komposisi (Gambar 1).
Gambar 1 Bioplastik dari tepung singkong-gliserol-Na alginat-limonena Bioplastik yang dihasilkan memiliki ketebalan yang berbeda-beda tergantung dari komposisi bahan dasar penyusunnya, yaitu perbandingan antara natrium alginat dan limonena kulit jeruk yang merupakan variabel tidak tetap pada penelitian ini (Lampiran 3). Ketebalan bioplastik semakin menurun dari komposisi K ke komposisi O yang artinya natrium alginat dan limonena kulit jeruk berpengaruh pada ketebalan bioplastik (Gambar 2). Komposisi O dengan kandungan limonena 20% memiliki ketebalan yang paling tipis yaitu hanya 0.073 mm.
Gambar 2 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap ketebalan
7
Bobot Jenis
Penentuan bobot jenis bioplastik dilakukan dengan metode piknometer yang didasarkan pada prinsip penentuan massa cairan dan ruangan yang ditempati cairan tersebut. Bobot jenis merupakan suatu besaran yang menyatakan perbandingan antara massa bahan dengan volume (g/mL). Besarnya nilai bobot jenis menunjukkan keteraturan penyusunan molekul dalam bioplastik. Semakin tinggi nilainya maka semakin tingi pula tingkat keteraturan molekul penyusunnya (Kemala 2010). Lampiran 2 memperlihatkan data pengukuran bobot jenis bioplastik tiap ulangan. Pengukuran dilakukan tiga kali ulangan untuk setiap bioplastik yang dihasilkan.
Gambar 3 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap bobot jenis
Berdasarkan Gambar 3, nilai bobot jenis bioplastik semakin menurun dari komposisi K ke komposisi O. Komposisi O memiliki nilai bobot jenis paling kecil di antara yang lainnya yaitu komposisi dengan limonena kulit jeruk sebanyak 20% dengan bobot jenis sebesar 0.5961 g/mL. Menurut Wijaya (2013), penambahan natrium alginat pada awalnya akan meningkatkan bobot jenis bioplastik, tetapi seiring dengan peningkatan konsentrasi natrium alginat yang ditambahkan, bobot jenis bioplastik akan semakin menurun. Hal ini disebabkan karena menurunnya interaksi rantai utama polimer seiring dengan peningkatan konsentrasi natrium alginat sehingga merenggangkan rantai-rantai polimer yang berakibat keteraturan bioplastik yang semakin menurun.
Pada penelitian ini, penambahan konsentrasi natrium alginat dari komposisi K ke komposisi O justru semakin menurun, tetapi hasil menunjukkan bobot jenis bioplastik yang dihasilkan pun semakin menurun. Hal ini membuktikan bahwa senyawa yang paling berpengaruh terhadap nilai bobot jenis bioplastik pada penelitian ini adalah senyawa limonena kulit jeruk. Semakin tinggi konsentrasi limonena yang ditambahkan maka semakin kecil bobot jenis bioplastik yang
8
dihasilkan akibat terjadinya perenggangan rantai polimer oleh limonena sehingga bioplastik yang dihasilkan akan semakin elastis (Arrieta et al. 2013).
Uji Tarik
Uji tarik merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik dari bioplastik yang dihasilkan. Ada dua macam analisis yang dilakukan dalam uji tarik, yaitu kekuatan tarik dan persen pemanjangan (elongasi). Uji tarik bioplastik dipengaruhi oleh komposisi bahan penyusun dari bioplastik tersebut. Berdasarkan hasil uji bobot jenis yang dilakukan, senyawa limonena kulit jeruk merupakan variabel komposisi yang paling berpengaruh terhadap sifat mekanik bioplastik dalam penelitian ini. Lampiran 4 menunjukkan hasil pengukuran kekuatan tarik dan persen pemanjangan dari bioplastik yang dihasilkan.
Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum suatu bahan untuk dapat menahan tegangan yang diberikan. Berdasarkan Gambar 4, kekuatan tarik bioplastik semakin menurun dari komposisi K ke komposisi O. Bioplastik dengan penambahan limonena 20% (komposisi O) memiliki nilai kekuatan tarik yang terkecil, yaitu 1.3888 MPa. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Arrieta et al. (2013) yang menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi limonena yang ditambahkan maka semakin rendah kekuatan tarik dari bioplastik yang dihasilkan akibat menurunnya daya kohesi rantai polimer bioplastik. Nilai kekuatan tarik bioplastik akan berbanding lurus dengan nilai bobot jenisnya (Fuenmayor et al. 2013).
Gambar 4 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap kekuatan tarik
Pemanjangan bioplastik merupakan pertambahan panjang tertentu pada saat terjadi peregangan hingga sampel bioplastik terputus. Persen pemanjangan sangat dipengaruhi oleh jumlah pemlastis yang ditambahkan ke dalam komposisi bioplastik (Kemala 2010). Akan tetapi, penambahan pemlastis dalam penelitian ini merupakan variabel tetap yang konsentrasi penambahannya sama untuk semua
9
komposisi. Gambar 5 menunjukkan pemanjangan bioplastik semakin besar dari komposisi K ke komposisi O. Komposisi K dengan konsentrasi limonena kulit jeruk 20% mempunyai nilai persen pemanjangan yang paling tinggi yaitu 28.591%. Hal ini menunjukkan semakin tinggi konsentrasi limonena kulit jeruk dalam komposisi bioplastik maka semakin tinggi pula persen pemanjangan bioplastik tersebut. Limonena kulit jeruk mempunyai sifat sebagai pemlastis yang dapat masuk ke dalam building block polimer sehingga dapat meningkatkan mobilitas molekul polimer dan membuat polimer menjadi lebih amorf (Arrieta et al. 2013). Struktur molekul amorf memiliki keteraturan yang lebih rendah dibandingkan molekul kristalin yang menyebabkan polimer bioplastik yang dihasilkan menjadi lebih elastis (Sperling 2006).
Gambar 5 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap persen pemanjangan
Permeabilitas Uap Air
10
Gambar 6 Pengaruh komposisi bioplastik terhadap permeabilitas uap air Gambar 6 menunjukkan permeabilitas uap air (WVP) bioplastik semakin menurun dari komposisi K ke komposisi O. Komposisi O dengan kandungan limonena kulit jeruk 20% memiliki nilai WVP paling rendah yaitu 2.7619 x 10-9 g s-1 m-1 Pa-1. Hasil tersebut menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi limonena kulit jeruk maka nilai permeabilitas uap air (WVP) bioplastik tersebut semakin rendah yang artinya kualitas dari bioplastik yang dihasilkan semakin baik. Menurut Arrieta et al. (2013), penambahan limonena dalam komposisi bioplastik dapat menurunkan nilai permeabilitas uap air karena limonena mempunyai sifat hidrofobik (tidak suka air) sehingga dapat mencegah terjadinya adsorpsi uap air pada permukaan bioplastik.
Analisis Termal
Analisis termal dilakukan dengan menggunakan analisis DTA-TGA yang bertujuan untuk mengetahui kehilangan massa terhadap panas yang diberikan dengan menganalisis penurunan bobot bioplastik dalam fungsi temperatur serta mengetahui titik leleh bioplastik tersebut. Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu metode untuk mengetahui panas yang diserap atau dibebaskan dari sampel bioplastik dengan cara mengukur perbedaan temperatur antara sampel bioplastik dengan senyawa pembanding sebagai fungsi temperatur. Perubahan panas yang dicatat adalah akibat kehilangan atau penyerapan panas karena adanya reaksi dalam sampel bioplastik baik secara eksotermis maupun endotermis. Jika H positif (reaksi endotermis) maka temperatur sampel bioplastik akan lebih rendah dari pembanding, sedangkan jika H negatif (reaksi eksotermis) maka temperatur sampel bioplastik akan melebihi senyawa pembanding. Thermo Gravimetric Analysis (TGA) merupakan suatu metode untuk mengukur perubahan massa sampel bioplastik sebagai fungsi temperatur (Sutiani 2009).
11
(a)
(b)
12
interaksi rantai polimer semakin menurun sehingga derajat kebebasan rantai polimer meningkat yang akibatnya pergerakan rantai polimer pun semakin tinggi (Arrieta et al. 2013).
Pada termogram DTA sampel bioplastik dengan kandungan limoneana 12% (komposisi M) terjadi proses eksotermik pada suhu 323.09 °C yang berarti sampel bersifat metastabil dan proses eksoterm DTA menandakan penurunan entalpi sampel yang mengindikasikan perubahan ke struktur yang lebih stabil. Sebaliknya, termogram DTA sampel bioplastik dengan kandungan limonena 4% (komposisi K) menunjukkan proses degradasi polimer yang bersifat endotermik pada suhu 283.16 °C (Sutiani 2009). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi limonena dapat meningkatkan kestabilan struktur bioplastik.
Termogram TGA dapat digunakan untuk mengetahui dekomposisi atau penurunan bobot polimer bioplastik. Hasil TGA menunjukkan bioplastik dengan komposisi K (limonena 4%) terjadi penurunan bobot sebanyak 19.707 mg dan bioplastik dengan komposisi M (limonena 12%) sebanyak 21.270 mg. Hal ini menunjukkan terjadinya penurunan stabilitas termal bioplastik akibat penambahan limonena kulit jeruk karena adanya peningkatan derajat kebebasan rantai polimer dan dipengaruhi karakter pemlastis dari limonena sendiri (Arrieta et al. 2013). Hasil analisis termogram DTA dan TGA menunjukkan adanya keterkaitan antara sifat termal dengan nilai bobot jenis dan uji tarik bioplastik.
Analisis Morfologi
Analisis morfologi dilakukan untuk mengetahui kehomogenan bioplastik. Analisis dilakukan menggunakan SEM dengan perbesaran 5000 kali pada bioplastik dengan komposisi tepung singkong: gliserol: natrium alginat: limonena sebesar 75:5:8:12 (komposisi M). Hal ini dilakukan karena pada komposisi ini menunjukkan permukaan bioplastik yang paling homogen secara kasat mata.
13
menyebabkan bioplastik yang dihasilkan terlihat lebih bening dengan tingkat kejernihan yang cukup tinggi, lebih elastis, dan struktur permukaannya lebih halus (Fuenmayor et al. 2013).
Gugus Fungsi
Identifikasi gugus fungsi dilakukan menggunakan FTIR. Identifikasi dilakukan pada bioplastik dan bahan-bahan penyusunnya dengan tujuan untuk mengtahui proses interaksi pencampuran bahan pada pembuatan bioplastik ini terjadi secara fisika atau kimia. Interaksi secara fisika ditandai dengan adanya penggabungan gugus fungsi antara komponen-komponen penyusun bioplastik, sedangkan interaksi secara kimia ditandai dengan munculnya gugus fungsi baru pada spektrogram (Harvey 2000). Lampiran 6 menunjukkan hasil spektrum FTIR tepung singkong, gliserol, natrium alginat, limonena kulit jeruk, dan bioplastik yang dihasilkan.
Tabel 2 Hasil analisis gugus fungsi dengan FTIR Spesimen Bilangan Gelombang
(cm-1)
Gugus Fungsi (Pavia et al. 2001)
Tepung singkong 3263.56 Regangan O-H
2931.80 Regangan C-H
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Bioplastik tepung singkong yang terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium alginat dan limonena kulit jeruk memiliki ketebalan yang semakin menurun dengan penambahan konsentrasi limonena. Nilai bobot jenis dan kekuatan tarik bioplastik juga semakin menurun dengan penambahan konsentrasi limonena kulit jeruk, tetapi nilai persen pemanjangan putusnya semakin naik dengan signifikan yang artinya elastisitas bioplastik semakin baik. Sifat hidrofobik limonena dapat menurunkan permeabilitas uap air pada bioplastik dan sifat pemlastis limonena yang dapat masuk ke building block polimer bioplastik menjadikan lebih cerah, elastis, dan homogen. Bioplastik yang dihasilkan terjadi melalui proses interaksi secara fisika.
Saran
Hasil pencirian dengan beberapa analisis menunjukkan sifat bioplastik yang didapatkan pada penelitian ini sudah cukup baik. Namun, perlu dilakukan optimasi lagi dengan beberapa cara, seperti melakukan pengadukan menggunakan homogenizer pada pembuatan bioplastik sehingga menghasilkan bioplastik yang lebih homogen, meningkatkan kualitas hasil ekstraksi limonena kulit jeruk agar lebih murni, dan optimasi pada komposisi bioplastik yang akan dibuat. Selain itu juga, pada tahapan pencirian dapat ditambahkan pengukuran permeabilitas terhadap oksigen dan sifat antibakteri bioplastik.
DAFTAR PUSTAKA
[ASTM] America Sociaty for Testing and Materials. 1995. Standart Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. E96-95. Philadelphia (US): ASTM.
[ASTM] America Sociaty for Testing and Materials. 2005. Standard Test Methods for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. D638. Philadelphia (US): ASTM.
[BPPT]. 2005. Teknologi Tepat Guna Pengolahan Minyak Kulit Jeruk. Sumatera Barat (ID): Dewan Ilmu Pengetahuan.
Arrieta MP, Juan L, Santiago F, Mercedes P. 2013. Characterization of PLA-limonene blends for food packaging applications. J Polym Test. 32: 760– 768.
15
Fuenmayor CA, Erika M, Maria SC, Luciano P,Simona B, Marco, Alberto S, Saverio M. 2013. Encapsulation of R-(+)-limonene in edible electrospun nanofibers. J Chem Eng Trans.32: 1771-1776.doi: 3303/CET 1332296. Guilbert S. 1999. Corn protein-based thermoplastic resins : Effect of some polar
and amphiphilic plastisizers. J Agric Food Chem. 47: 1254-1261.doi: 10.1021/jf980976j.
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. New York (US): Mc Graw-Hill. Hasan M, Areana IM, Sulastri, Rusmana, Hanum L. 2007. Plastik ramah
lingkungan dari poli (ε-kaprolakton) dan pati tapioka dengan refined blench and deodorized palm oil (RBDPO) sebagai pemlastis alami. J Purifikasi. 8(2): 133-138.
Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan polistirena-pati. J Materials Scie. 12(1): 30-35.
Kurniasari K, Nurul F. 2012. Optimasi penambahan alginat sebagai emulsifier pada susu kedelai dengan variasi kecepatan. waktu dan suhu pengadukan [skripsi]. Semarang (ID): Universitas Diponegoro.
Murphy P. 2006. Starch: manufacture and structure. Di dalam: Eliasson AC. editor. Starch in Food: Structure, Function, and Application. Manchester (UK): CRC Press.
Ningsih PR. 2011. Pembuatan dan pencirian polipaduan poli asam laktat-lilin lebah [skripsi]. Bogor (ID). Institut Pertanian Bogor.
Pavia DL, Gary ML, George SK. 2001. Introduction to spectroscopy. Washington (US): Thomson Learning.
Pranamuda H. 2001. Pengembangan bahan plastik biodegradabel berbahan baku pati tropis. Di dalam: Seminar Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21; 1-14 Februari 2001; Tokyo, Jepang. Tokyo (JP): Sinergy Forum-PPI Tokyo of Technology. hlm 1-6.
Shikata S, Sota, Watanabe, Hattori, Kazuyuki, Aoyama, Masakazu S, Tetsuo. 2011. Dissolution of polystyrene into cyclic monoterpenes present in tree essential oils. Springer Verlag. 13:127–130.
Singh B, Sharma N. 2007. Optimized synthesis and characterization of polystyrene graft copolymers and preliminary assessment of their biodegradability and application in water pollution alleviation technologies. J Polym Degrad Stab. 92: 876-885.
Sperling LH. 2006. Introduction to Physical Polymer Chemistry. Ed ke-4. New Jersey (US): J Wileys.
Suppakul P, Chalernsook B, Ratisuthawat B, Prapasitthi S, Munchukangwan N. 2013. Empirical modeling of moisture sorption characteristics and mechanical and barrier properties of cassava flour film and their relation to plasticizing-antiplasticizing effects. J Food Scie & Tech. 50: 290-297. Sutiani A. 2009. Metoda karakterisasi bahan polimer. J Kultura. 10(1):1-10. Tharanathan RN. 2003. Biodegradable bioplastik and composite coatings: past,
present, and future. J Food Scie & Tech. 14: 71-78.
Ulfiah. 2013. Pencirian edible film tepung tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium alginat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wijaya DR. 2013. Pencirian edible film pati tapioka terplastisasi sorbitol dengan
16
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Limonena
4%, 8%, 12%, 16%, dan 20% Gliserol
(5%) Pembuatan
Bioplastik
Tepung Singkong
Bioplastik
Tepung Singkong-Gliserol-Natrium Alginat-Limonena
Sifat Mekanik Bobot
Molekul
FTIR
DTA-TGA
SEM Permeabilitas
17
Lampiran 2 Analisis bobot jenis bioplastik Suhu pada saat percobaan 28 °C
= 0.99623 g/mL = 0.00125 g/mL
Komposisi Sampel W0 W1 W2 W3 D Drata-rata
K 8.0573 8.0586 14.5957 14.5949 2.5882
8.0573 8.0582 14.5955 14.5949 2.9862 2.7430 8.0573 8.0581 14.5954 14.5949 2.6545
L 8.0573 8.0584 14.5955 14.5949 2.1902
8.0573 8.0583 14.5954 14.5949 1.9912 2.0575 8.0573 8.0585 14.5955 14.5949 1.9912
M 8.0573 8.0583 14.5952 14.5949 1.4226
8.0573 8.0581 14.5951 14.5949 1.3279 1.4384 8.0573 8.0584 14.5953 14.5949 1.5648
N 8.0573 8.0583 14.5947 14.5949 0.8304
8.0573 8.0581 14.5948 14.5949 0.8857 0.8709 8.0573 8.0582 14.5948 14.5949 0.8967
O 8.0573 8.0579 14.5946 14.5949 0.6646
8.0573 8.0578 14.5945 14.5949 0.5540 0.5961 8.0573 8.0577 14.5946 14.5949 0.5698
Keterangan :
K = tepung singkong : gliserol : alginat :limonena (75:5:16:4) dalam % L = tepung singkong : gliserol : alginat :limonena (75:5:12:8) dalam % M = tepung singkong : gliserol : alginat :limonena (75:5:8:12) dalam % N = tepung singkong : gliserol : alginat :limonena (75:5:4:16) dalam % O = tepung singkong : gliserol : alginat :limonena (75:5:0:20) dalam % Contoh Perhitungan :
[ ] [ ]
[
]
[0.99623 – 0.00125] + 0.0012518
Lampiran 3 Data pengukuran ketebalan bioplastik
Ulangan
Tebal Tebal Bioplastik dalam
Lakban Berbagai Komposisi (mm)
3 Lapis (mm) K L M N O
19
Lampiran 5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air bioplastik
jam ke- Bobot yang hilang (gram)
K L M N O
Jam ke- Water vapor transmission rate (WVTR) (gs
-1 Rerata 5.7433 x10-9 4.1039 x10-9 3.4179 x10-9 1.5647 x10-9 2.7619 x10-9
20
Lampiran 6 Spektrum FTIR
Tepung singkong
21
Lampiran 6 Lanjutan Gliserol
22
Lampiran 6 Lanjutan
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cirebon pada tanggal 07 Agustus 1991 dari ayah (alm) Suwaryo dan ibu Murnia. Penulis adalah putra pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Plumbon dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun ajaran 2011/2012 dan asisten praktikum Kimia Polimer pada tahun ajaran 2012/2013. Bulan Juli-Agustus 2012, penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Research and Development PT Pertamina. Penulis juga aktif mengajar pada program Community Development Program Pengembangan Sumber Daya Manusia Strategis (PPSDMS) Nurul Fikri Bogor sekaligus menjadi direktur program tersebut. Penulis juga pernah aktif sebagai staf Departemen Advokasi Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Tingkat Persiapan Bersama IPB, Ketua Dewan Pengawas Cybertron IT Community IPB, Ketua Departemen Social and Environment Serum G IPB, Presidium Ikatan Mahasiswa Kimia IPB, dan Koordinator puskomwil III Jaringan Rohis MIPA Nasional (JRMN).
