ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION
OFPLASTIC MIXTURE OF FLOUR TAPIOCA STARCH AND LDPE USING SINGLES CREW EXTRUDER
By
LAILATULHASANAH
The green material plastic made from starch of tapioca flour and Low Density Polietilen (LDPE) using a single screw extruder was conducted.The mixture of Plastic film Low Density Polyethylene(LDPE) and thermoplastic starch(PTP) has Been carried out by varying the composition of thermoplastic starch 0%, 1%, 5%, and10% of thenumber of samples used as much as 50 grams of the thermoplastic starch composition contains glycerol and distilled water. The results show that the plastic produced are slightly more rigid due to the addition of thermoplastic starch to the LDPE. Plastic characterization was performed using DSC and TGA instrument. DSC and TGA thermogram showed that the addition of the LDPE and irregularities PTP-LDPE mixture had no effecton the shift of the melting point(Tm) but the effect on the Tg and the rate of decomposition of plastics. A little shifting wavenumber in the FTIR spectrum indicates that the PTP and LDPE was mixed.
ABSTRAK
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK BIODEGRADABLE
CAMPURAN PATI DARI TEPUNG TAPIOKA DAN LDPE MENGGUNAKAN SINGLE SCREW EXTRUDER
Oleh
LAILATUL HASANAH
Telah dilakukan penelitian pembuatan plastik dari campuran pati dari tepung tapioka dan LDPE menggunakan single screw extruder. Tujuan dari percoban ini adalah untuk membuat material yang ramah lingkungan. Untuk mendapatkan Film plastik campuran Low Density Polietilen (LDPE) dan pati termoplastik telah dilakukan dengan memvariasikan komposisi pati termoplastik 0%, 1%, 5%, dan 10% dari jumlah sampel yang digunakan sebanyak 50 gram dengan komposisi pati termoplastik terdiri dari gliserol dan aquades. Hasil penelitian menunjukan bahwa plastik yang dihasilkan bersifat sedikit kaku akibat penambahan pati termoplastik dalam LDPE. Karakterisasi plastik dilakukan dengan menggunakan instrumen DSC dan TGA. Data termogram DSC dan TGA menunjukan bahwa penambahan PTP pada LDPE dan ketidakhomogenan campuran PTP-LDPE tidak berpengaruh pada pergeseran titik leleh (Tm) namun berpengaruh terhadap Tg dan laju dekomposisi plastik. Hasil analisis FTIR menunjukkan bahwa sampel telah tercampur yang ditandai dengan pergeseran bilangan gelombang
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK CAMPURAN PATI DARI TEPUNG TAPIOKA DAN LDPE MENGGUNAKAN SINGLE
SCREW EXTRUDER
( Skripsi )
Oleh Lailatul Hasanah
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Struktur Polimer... 7
2. Struktur Polietilen... 16
3. Struktur Pati... 19
4. Bagian Ekstruder Tipe Bike..……… 24
5.
ZonaSingle Screw Extruder(SSE)...………..
Tipe-tipe Screw... Dua BuahScrewParalel PadaTwin Screw Extruder.... Spektrum FT-IR Pati Standar... AlatDifference Scanning Calorimetry(DSC)... Alat Differential Thermal Analysis/Thermogravimetric Analisys
16.
17.
18.
19. 20.
Termogram DSC Film Plastik dengan Komposisi LDPE-PTP Variasi Kedua yaitu: (A) 100 : 0% ; (B) 99 : 1% ; (C) 95 : 5%; (D) 90 : 10%... Termogram TGA Film Plastik dengan Komposisi LDPE-PTP Variasi Pertama yaitu: (A) 100 : 0% ; (B)99 : 1% ; (C) 95 : 5%; (D) 90 : 10%.. Termogram DSC Film Plastik dengan Komposisi LDPE-PTP Variasi Kedua yaitu: (A) 100 : 0% ; (B)99 : 1% ; (C) 95 : 5%; (D) 90 : 10%... Spektrum IR Plastik (A) LDPE-PTP, (B) Pati, (C) LDPE... Skema Prosedur Penelitian...
50
54
DAFTAR ISI
B. Tujuan Penelitian…...…...………...….……... 3
C. Manfaat Penelitian………..……...…… 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
C Biodegredable Plastic... 12
D Pati Termoplastik (PTP)... 14
E
Spektofotometri Fourier Transform Infared(FTIR)...
Differential Scanning Calorimetry(DSC)...
III. METODOLOGI PENELITIAN a. Karakterisasi Film Plastik menggunakan DSC... b. Karakterisasi Film Plastik menggunakan TG/DTA... c. Karakterisasi Film Plastik menggunakan FTIR...
36
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Komposisi Kimia Tapioka... 20 2. Komposisi Campuran Variasi Pertama...………. 36
3. Karakterisasi DSC Film Plastik LDPE-PTP Variasi Pertama... Karakterisasi DSC Film Plastik LDPE-PTP Variasi Kedua... Karakterisasi TGA Film Plastik LDPE-PTP Variasi Pertama... Karakterisasi TGA Film Plastik LDPE-PTP Variasi Kedua... Bilangan Gelombang Film Plastik LDPE-PTP...
MOTO
Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan
Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.
Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan),
tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain)
(Q.S. Al- Insyiroh : 5-7)
Kesempatan kita untuk suskses di setiap kondisi selalu dapat diukur oleh sebearapa
besar kepercayaan kita pada diri sendiri.
(Robert Collier)
Sebesar kengerian dan kesulitan dalam mencapai sesuatu,
sebesar itulah kesenangan dan kelezatan yang dirasakan
(Ibnu Qoyyim)
Barang siapa yang rela dengan ketetapan Allah , maka ketetapan itu berlaku
padanya dan ia mendapatkan pahala. Dan barang siapa yang tidak rela dengan
ketetapan Allah , maka ketetapan itu juga berlaku padanya, sedangkan ia
terputus amalnya
(Ali bin Abi Thalib/Mukhtashar Minhajul Qashidin, al Maqdisi)
Jadikan sabar dan shalat sebagai penolong (Q.S. 2:45)
Ilmu pengetahuan tanpa agama adalah cacat, dan agama tanpa ilmu
pengetahuan adalah buta
Kupersembahkan karya kecil ini sebagai wujud tanda cinta,
kasih sayang, bakti dan tanggung jawabku
Kepada
Kedua orang tuaku yang selalu menjadi motivasi utama
dalam menjalani hidup, terima kasih atas doa, perhatian dan
kasih sayang yang kau berikan secara tulus selama ini tanpa
mengharapkan imbalan sehingga mampu menguatkan diri ini
di saat-saat sulit,
Kakak dan adik-adikku yang selalu memberi semangat dan
dukungan yang luar biasa disetiap langkahku,
Sahabat dan Teman-yang selalu menemani dan berjuang
bersamaku,
Guru-guru ku yang senantiasa membimbing dan membagi
ilmunya untukku,
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandar Lampung, pada tanggal 23 Nopember 1992 sebagai anak kembar yang merupakan buah hati dari pasangan Bapak Hasan Basri dan Ibu Nurhayanah. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 1 Gotong Royong pada tahun 2004, dan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 9 Bandar Lampung pada tahun 2007. Penulis kemudian menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 8 Bandar Lampung pada tahun 2010. Pada tahun yang sama, penulis bertekad untuk melanjutkan pendidikan ke jenjang yang lebih tinggi. Atas doa restu orang tua serta izin Allah SWT dengan usaha yang keras Alhamdulillah penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN).
SANWACANA
Alhamdulillahirobbil ‘Alamiin, segala puji dan syukur hanya milik Allah SWT,
Robb semesta alam atas segala limpahan karunia, nikmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan judul:
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK CAMPURAN PATI DARI TEPUNG TAPIOKA DAN LDPE MENGGUNAKANSINGLE SREW
EXTRUDER
Shalawat teriring salam selalu tercurah kepada pemimpin terbaik umat nabi
Muhammad SAW, keluarga dan para sahabatnya yang senantiasa istiqomah dalam menjaga dan mengajarkan sunahnya.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang tulus kepada :
1. Prof. Dr. John Hendri M.S. selaku Pembimbing Utama yang telah
membimbing penulis dengan penuh kesabaran, memberikan banyak ilmu pengetahuan, saran, dan arahan, selama penyusunan skripsi ini.
3. Dr. Rudy TM Situmeang, M.Sc. selaku Pembahas yang telah memberikan banyak ilmu pengetahuan, arahan, dan saran demi terselesainya skripsi ini. 4. Dr. Rinawati, M.Si selaku pembimbing akademik atas bimbingannya selama
ini kepada penulis.
5. Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
6. Prof. Dr. Suharso,Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
7. Seluruh dosen dan staf administrasi di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
8. Bapakku Hasan Basri untuk usaha, kerja keras serta tetesan keringatnya yang senantiasa berkorban tanpa kenal lelah. Sosok yang begitu
membanggakan dan selalu berusaha memberi yang terbaik untukku. Ibuku Nurhayanah, S.Pdatas do’a, kasih sayang, cinta kasih, dan ketulusannya yang selalu tercurah, yang senantiasa selalu mendengar dan menuruti apa keinginanku.
9. Kakakku Dia Nora Putri, Amd. Keb, dan kedua Adikku Lailatur Rahmah, Amd. Kep dan Ahmad Taufiqurrahman, atas kasih sayang, perhatiannya, do’a dandukungannya selama ini, untuk kebersamaan yang penuh kehangatan.
10. Partner-ku, Ruli Prayetno, S.Si, atas kerjasama, bantuan, dukungan, kepedulian dan kebersamaannya.
Wijaya, S.Si, dan Rina Rachmawati Sutisna, S.Si yang penuh kepedulian, atas do’a, saran, dukungan, kebersamaan dan persahabatannya selama ini.
12. Sahabat-sahabat terbaikku dari SMA, Khoirunnisa : Ericha Larasati, Nur Asiah, Siti Nuraini, Lailatur Rahmah, Ayu Wulan Sari dan Ade Yulia Sari yang selalu ada hingga saat ini, walaupun terkadang tak kumpul, namun kepeduliannya menandakan kita selalu mengingat dan menyayangi.
13. Desi Octavia, Ita Meifiana, Sri Wulandari, Ayu Lestari, dan Arjuna W. atas persahabatan, bantuan, kebersamaan yang penuh canda dan dukungannya selama ini.
14. Kakak terbaikku Luh Gede Rai P.S. atas saran dan dukungannya selama ini. 15. Kak Raffel Stevano, S.Si dan Pak Iip Sugiarta atas bantuan, saran, motivasi,
arahan kesabaran dan ilmu yang diberikan selama penulis melakukan melakukan penelitian dan menyelesaikan pembuatan skripsi ini.
17. Adik-adikku di Laboratorium Biopolimer Ramos, Eva, Ivan, Edi, Della, Arya, dan Sofian atas bantuan dan kebersamaannya. Semoga kalian dapat segera menyusul menjadi sarjana. Aamiin
18. Keluarga besar Kimia 2009, 2011, 2012, dan 2013 atas kebersamaan dan persaudaraan yang terjalin selama ini.
19. Almamater tercinta, Universitas Lampung.
20. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang secara tulus memberikan bantuan moril dan materil kepada penulis.
Bandar Lampung, Desember 2014 Penulis
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Saat ini pemanfaatan polimer telah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia. Sebagai contoh yang sering kita jumpai sehari-hari adalah plastik (Lindeman, 1971).
Plastik telah banyak digunakan secara besar-besaran untuk berbagai keperluan, seperti alat rumah tangga, alat-alat listrik, komponen kendaraan bermotor, mainan anak-anak dan masih banyak lagi. Penggunaan plastik ini akan terus meningkat dengan semakin bertambahnya jumlah penduduk dan kemajuan teknologi. Hal ini disebabkan oleh banyaknya keunggulan plastik, diantaranya jauh lebih ringan dibandingkan gelas atau logam, transparan, tidak korosif, dan juga tidak mudah pecah.
2
Plastik yang umumnya digunakan adalah hasil sintesis polimer hidrokarbon dari minyak bumi, seperti polietilena (PE) , polipropilena (PP), polisterena (PS), polivinil klorida (PVC) dan sebagainya yang bersifat termoplastik, bila dibakar tidak terdegradasi, melainkan hanya meleleh, tetapi setelah dingin akan kembali memadat .
Berbagai cara telah banyak ditempuh dalam penanggulangan limbah plastik seperti daur ulang dan pembakaran limbah plastik. Akan tetapi penggunaan plastik daur ulang dinilai tidak efisien karena prosesnya lebih sulit dan pengolahannya lebih mahal dibandingkan membeli bahan baku plastik yang baru. Sedangkan pengolahan limbah plastik dengan cara pembakaran menghasilkan gas beracun bagi manusia dan meningkatkan pemanasan global.
Salah satu cara alternatif dalam penanggulangan limbah plastik adalah dengan membuat plastik yang dapat diuraikan atau didegradasi oleh mikroorganisme atau biasa disebutbiodegradable plastic. Bioplastik ataubiodegradable plastic
merupakan plastik yang mudah terdegradasi atau terurai, yang terbuat dari bahan terbarukan seperti pati, selulosa, dan ligan atau pada hewan seperti kitosan dan kitin. Penggunaan pati-patian sebagai bahan utama pembuatan plastik memiliki potensi yang besar karena di Indonesia terdapat berbagai tanaman penghasil pati. (Dewi, 2009).
3
juga akan kehilangan kekuatannya perlahan-lahan dan akhirnya mudah terdegradasi.
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan plastik ramah lingkungan dari pati yang berasal dari ubi kayu (polimer alam) yang akan direaksikan dengan polietilen (polimer sintetik) dengan metodeblendingmenggunakan ekstruder. Untuk karakterisasi produk yang dihasilkan digunakan beberapa peralatan seperti DSC (Differential Scanning Calorimetry) untuk analisatransition glassdan titik leleh, DTA/TGA (Differential Thermal Analysis / Thermo Gravimetric Analysisuntuk mengukur laju dekomposisi dan stabilitas termal polimer danSpektroskopi Fourier Transform Infrared(FTIR) untuk menganalisa gugus fungsi pati dan LDPE yang terdapat pada film plastik.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat polimer plastik dari campuran pati termoplastik dan LDPE menggunakan teknikblendingmenggunakan alat Ekstruder.
2. Mengetahui karakterisasi plastikbiodegradabledari campuran LDPE dan pati termoplastik menggunakan FTIR.
4
C. Manfaat Penelitian
Memberikan informasi pemanfaatan pati ubi kayu sebagai bahan pembuatan plastik yang ramah lingkungan yang dapat menguntungkan baik dari segi ekonomi maupun lingkungan hidup. Selain itu, memberikan informasi mengenai metode pembuatan plastik dari pati termoplastik dan LDPE menggunakan metode
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Polimer
Polimer merupakan molekul yang sangat besar yang tersusun dari gabungan satuan-satuan kecil pembentuknya yang berupa molekul-molekul kecil. Satuan molekul pembentuk itu disebut monomer. Polimer berasal dari bahasa Yunani yaitu poly dan mer. Poly berarti banyak dan mer yang berarti satuan atau bagian (Cowd,1991).
Ciri utama polimer adalah mempunyai rantai yang panjang dan berat molekul yang besar. Polimer juga adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metalik material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah (Rahmat, 2008).
1. Klasifikasi Polimer
6
a. Polimer Alam
Polimer alam merupakan polimer yang terjadi melalui proses alami. Contoh polimer alam anorganik seperti tanah liat, silika, pasir, sol-gel, dan siloksan. Sedangkan contoh polimer organik alam adalah karet alam dan selulosa yang berasal dari tumbuhan, wol dan sutera berasal dari hewan, serta asbes berasal dari mineral.
b. Polimer Sintetik
Polimer sintetik adalah polimer yang dibuat melalui reaksi kimia seperti karet fiber, nilon, polyester, plastik polisterena, dan polietilen (Billmeyer dalam Widyastuti, 2010).
Sedangkan berdasarkan struktur rantainya, polimer dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu:
a. Polimer rantai lurus
Polimer rantai lurus merupakan bentuk pengulangan kesatuan yang berulang-ulang yang memiliki bentuk lurus (seperti rantai) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1(a) .
b. Polimer bercabang
7
c. Polimer tiga dimensi atau polimer jaringan
Polimer tiga dimensi merupakan polimer yang jika ikatan silangnya terjadi keberbagai arah, maka akan membentuk polimer tiga dimensi atau disebut juga dengan polimer jaringan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 (c).
(a) (b)
(c)
Gambar 1. Struktur polimer (a) rantai lurus, (b) bercabang, (c) tiga dimensi
Sedangkan berdasarkan komposisinya, polimer terdiri dari dua jenis yaitu: a. Homopolimer
Polimer yang disusun oleh satu jenis monomer dan merupakan polimer sederhana. Contohnya polivinilklorida, polietilen dan lain-lain.
b. Heteropolimer (kopolimer)
8
a) Kopolimer acak yaitu kopolimer yang monomer-monomernya tersusun secara acak.
b) Kopolimer berselang-seling yaitu kopolimer yang unit-unit monomer pembangunnya tersusun secara bergantian.
c) Kopolimer blok yaitu kopolimer yang susunan monomer-monomernya membentuk blok-blok.
d) Kopolimer cangkok/graft/tempel yaitu kopolimer yang terdiri dari rantai polimer dari suatu monomer sebagai tulang punggung dan di tempat-tempat tertentu tertempel rantai polimer lain dari monomer yang lain.
Berdasarkan sifat termal polimer dibagi menjadi dua jenis yaitu: a. Polimer termoplastik
Polimer jenis ini bersifat lunak, mudah larut pada pelarut yang sesuai, meleleh (viscous) bila dipanaskan dan menjadi keras dan kaku (rigid) bila didinginkan. Struktur molekulnya linier atau bercabang tanpa ikatan silang antar rantai. Contohnya adalah: polietilen (PE), polipropilen (PP),
polivinilklorida (PVC), nilon dan poliester.
b. Polimer termoset
9
(network). Contoh polimer termoset adalah: Polimetan sebagai bahan pengemas dan melanin formaldehida (formika) (Rahmat, 2008).
Selanjutnya berdasarkan fasenya, polimer terdiri dari dua jenis yaitu: a. Kristalin
Mempunyai susunan rantai yang teratur satu sama lain dan memiliki titik leleh (melting point).
b. Amorf
Memmpunyai susunan yang tidak teratur seperti kristalin melainkan susunan acak dan memiliki temperatur transision glass.
2. Polimerisasi
Polimerisasi merupakan proses pembentukan polimer dimana monomer-monomernya bereaksi membentuk rantai panjang. Polimerisasi dibagi menjadi dua golongan, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi (Cowd, 1991).
a. Polimerisasi Adisi
Polimerisasi adisi merupakan polimerisasi yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari
monomer-monomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi ini tidak terbentuk molekul-molekul kecil seperti H2O (Azizah, 2004).
Molekul polimer berikatan rangkap sangat peka terhadap insiator maupun energi radiasi atau kalor yang membentuk suatu spesi aktif. Selanjutnya dengan
10
memindahkan gugus pusat aktif pada ujung rantai polimer. Pusat aktif dapat bereaksi dengan molekul medium atau molekul lain dalam sistem dengan waktu yang singkat. Seperti halnya reaksi, polimerisasi adisi melibatkan tahap-tahap : inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pemicu yang digunakan biasanya dalah peroksida yang dapat terdekomposisi menjadi radikal bebas oleh pengaruh kalor dan radiasi. Karena kemantapan rendah, ikatan rangkap C=C akan mudah diserang oleh radikal pemicu,walaupun tidak semua monomer vinil dapat
mengalami reaksi polimerisasi adisi secara radikal (Cowd, 1991). Berikut adalah tahap-tahap pada reaksi polimerisasi radikal :
a) Inisiasi
Tahap inisiasi adalah tahap awal pembentukan radikal bebas. Radikal bebas dapat dihasilkan dari dekomposisi termal senyawa peroksida dan hiperoksida. Radikal dari senyawa tersebut beradisi pada ikatan ganda dua karbon dari monomer penyusun molekul.
b) Propagasi
Setelah inisisasi, radikal bebas tersebut akan mengawali sederetan reaksi di mana terbentuk radikal bebas baru. Secara kolektif, terbentuknya reaksi-reaksi ini disebut tahap propagasi. Rantai karbon terus memanjang hingga terjadi reaksi penghentian rantai.
c) Terminasi
11
berinteraksi satu sama lain dengan spesies lain dalam sistem membentuk polimer yang mantap. Di samping ketiga reaksi di atas,proses polimerisasi radikal selalu diikuti proses lain yang melibatkan interaksi radikal dengan molekul disekitar pelarut, aditif bahkan monomer. Interaksi ini dikenal dengan proses alih rantai dan membentuk radikal baru yang mantap (Seymour, 1978).
b. Polimerisasi Kondensasi
Polimerisasi kondensasi merupakan proses polimerisasi yang terjadi secara bertahap melibatkan reaksi dua atau lebih molekul gugus fungsi antara molekul-molekul polimer menghasilkan polimer berukuran besar disertai pelepasan molekul air melalaui reaksi kondensasi. Selain itu reaksi kondensasi membentuk polimer yang lebih rigid karena membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks (Rahmat, 2008).
B. Plastik
12
polipropilen (PP), polietilen (PE), polivinil klorida (PVC), polistiren (PS), dan polietilen tereftalat (PET) (Pranamuda dalam Pramudita, 2013).
C. Biodegradable Plastic
Biodegradable didefinisikan sebagai kemampuan dekompoisisi polimer yang memilki berat molekul yang tinggi untuk terurai di alam menjadi karbondioksida, metana, air, komponen anorganik maupun organik melalui rekasi enzimatis mikroorganisme dalam jangka waktu tertentu.
Biodegradable plastic adalah plastik yang dapat digunakan layaknya plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas mikroorganisme menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah habis terpakai dan dibuang ke lingkungan (Pranamuda dalam Pramudita, 2013). Pengomposan yang sempurna sampai ke tahap mineralisasi akan menghasilkan karbon dioksida dan air (Budiman, 2003).
Polimer-polimer yang mampu terdegradasi harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu mengandung salah satu dari jenis ikatan asetal, amida, atau ester, memiliki berat molekul dan kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas yang tinggi. Persyaratan ini tidak sesuai dengan spesifikasi teknis plastik yang diinginkan dan dibutuhkan pasar sehingga perlu adanya pengoptimalan pengaruh berat molekul, kristalinitas dan hidrofilitas terhadap biodegradabilitas dan sifat mekanik
13
Pada dasarnya terminologi biodegradable plastic, merupakan salah satu pengertian turunan dari bioplastik, dimana bioplastik didefinisikan sebagai: 1. Penggunaan sumber daya alam terbarukan dalam produksinya (biobased)
- Mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil
- Meningkatkan konsumsi sumber daya alam yang dapat diperbaharui
- Mempromosikan sumber daya alam sekitar
2. Sifat biodegradabilitas atau kompostabilitas (biodegradable plastic) - Dapat dibuang dan hancur terurai
- Segmentasi produk untuk kemasan pangan
- Mampu mengalihkan pengolahan sampah dari landfill dan incinerator
(Narayan, 2006).
Biodegradable plastic dapat dihasilkan melalui tiga cara yaitu: a. Biosintesis, seperti pada pati dan selulosa
b. Bioteknologi, seperti pada polyhydroxyl fatty acid
c. Proses sintesis kimia seperti pada pembuatan poliamida, poliester dan polivinil alkohol
Kelompok biopolimer yang menjadi bahan dasar dalam pembuatan biodegradable plastic, yaitu:
1. Campuran biopolimer dengan polimer sintetis. Bahan ini memiliki nilai biodegradabilitas yang rendah dan biofragmentasi sangat terbatas. 2. Poliester. Biopolimer ini dihasilkan secara fermentasi dengan mikroba
14
3. Polimer pertanian. Polimer pertanian diantaranya, cellophan, seluloasetat, kitin, pullulan (Latief, 2001).
D. Pati Termoplastik
Pati termoplastis dihasilkan melalui pemrosesan pada suhu dan gesekan tinggi sehingga pati bersifat termoplastik dan bisa dicetak. Pembentukan pati
termoplastis dipengaruhi oleh kondisi proses dan formulasi bahan yang digunakan. Selama proses termoplastis, air akan masuk dalam pati dan bahan pemlastis akan berperan sangat signifikan. Bahan pemlastis akan membentuk ikatan hidrogen dengan pati, sehingga terjadi reaksi antara gugus hidroksi dan molekul pati yang membuat pati menjadi lebih plastis. Dalam kondisi normal, air yang ditambahkan 10-20% dan secara opsional dapat ditambahkan pelarut dan bahan aditif lainnya. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembentukan pati termoplastis yaitu :
- Parameter proses: kecepatan ulir, laju alir bahan dalam ekstruder, suhu dan profil ekstruder, geometri ekstruder, dan jenis pelletizer.
- Parameter formulasi: jenis pati, konsentrasi air, konsentrasi dan jenis zat pemlastis, serta konsentrasi dan jenis aditif.
15
penyebaran partikel yang lebih merata dengan adanya proses destrukturisasi. Namun demikian, pati termoplastis sensitif terhadap air, memungkinkan
terjadinya migrasi bahan pemlastis dan rekristalisasi berlebih akan memberikan sifat rapuh (Huneault dan Li, 2007).
Bahan pemlastis memegang peranan penting dalam pembuatan pati termoplastis. Pemlastis adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan untuk memperlemah kekakuan dari polimer, sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan eksentibilitas polimer (Julianti dan Nurminah, 2006). Adanya bahan pemlastis akan berpengaruh negatif terhadap sifat mekanik plastik, yaitu memberikan sifat “soft and weak” (Kalambur dan Rizvi, 2006).
E. Polietilen
Polietilen adalah salah satu dari polyolefin yang paling banyak digunakan secara komersial disebabkan memiliki banyak sifat-sifat yang bermanfaaat antara lain daya tahan terhadap zat kimia dan benturan yang baik, mudah dibentuk dan dicetak, ringan dan harganya yang relatif murah. Akan tetapi, PE memiliki
permukaan yang bersifat hidrofob karena ketahanannya terhadap bahan kimia dan energi dipermukaannya yang rendah telah membatasi pemanfaatan PE.
Gambar 2. Struktur Polietilen
16
menjadi lunak dan mencair pada suhu 109-120oC. Berdasarkan sifat
permeabilitasnya yang rendah serta sifat-sifat mekaniknya yang baik, polietilen memiliki ketebalan 0,001 hingga 0,01 inci yang banyak digunakan sebagai bahan dasar dalam industri plastik. Karena sifatnya yang termoplastik, polietilen mudah dibuat plastik dengan derajat kerapatan yang baik .
Polietilen tidak larut dengan pelarut apapun pada suhu kamar, tetapi mengembang oleh hidrokarbon dan tetraklorometana, tahan terhadap asam dan basa kecuali asam nitrat pekat, rentan terhadap cahaya dan oksigen.
Secara umum polietilen dibagi menjadi beberapa kelas diantaranya (Peacock, 2000) :
1. Polietilen dengan densitas tinggi atau High Density Polyethylene (HDPE). Strukturnya lebih dekat denga polietilen murni, yang terdiri dari molekul tidak bercabang dengan beberapa defek menuju bentuk linearnya, dengan rendahnya tingkat defek dan dapat menghindari penggabungan, sehingga derajat kristalisasi yang tinggi tercapai. HDPE memiliki densitas 0,94-0,97 g/cm3. HDPE lebih kaku dan keras dibandingkan bahan dengan densitas rendah, serta tahan korosi. Aplikasi HDPE misalnya papan pemotong makanan (talenan), dinding pelapis tahan korosi, pinggiran roda pipa dan perisai radiasi.
17
sebagai tempat menyimpan makanan, peralatan laboratorium dan lapisan pelembab.
3. Linear Low Density Polyethylene atau polietilen linear (LLDPE) dengan densitas rendah terdiri dari molekul dengan tulang punggung polietilen linear yang ditempelkan dengan gugus alkil pendek secara random. LLDPE
memiliki densitas 0.90-0.94 g/cm3.
4. Very Low Density Polyethylene atau polietilen dengan densitas sangat rendah dikenal sebagai polietilen dengan densitas ultra rendah, yang terbentuk dari polietilen linear densitas rendah dimana memiliki konsetrasi cabang rantai pendek lebih tinggi. Polietilen jenis ini memiliki densitas 0,86-0,90 g/cm3.
F. Pati
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Berbagai
macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak larut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α
-(1,4)-D-glukosa, sedang amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan α -(1,6)-D-glukosa (Winarno, 2002).
18
sering disebut butir pati. Bentuk dan ukuran butir pati merupakan karakteristik setiap jenis pati, karena itu digunakan untuk identifikasi. Dalam keadaan murni butir pati berwarna putih, mengkilat, tidak berbau dan tidak berasa, dan secara mikroskopik butir pati dibentuk oleh molekul-molekul yang membentuk lapisan tipis yang terusun terpusat. Butir pati bervariasi dalam bentuk dan ukuran, ada yang berbentuk bulat, oval, polihedral atau poligonal. Demikian juga ukurannya, mulai kurang dari 1 mikron sampai 150 mikron tergantung sumber patinya. Selain ukuran butir pati, karakteristik lain adalah bentuk, keseragaman butir pati, lokasi hilum, serta permukaan butir patinya. Ukuran dan morfologi butir pati bergantung pada jenis tumbuhan penghasil pati (Anonim, 2006).
Pati tersusun paling sedikit oleh tiga komponen utama yaitu amilosa, amilopektin dan material antara seperti, protein dan lemak. Umumnya pati mengandung 15 – 30% amilosa, 70 – 85% amilopektin dan 5 – 10% material antara. Struktur dan jenis material antara tiap sumber pati berbeda tergantung sifat-sifat botani sumber pati tersebut. Secara umum dapat dikatakan bahwa pati biji-bijian mengandung bahan antara yang lebih besar dibandingkan pati batang dan pati umbi (Heckman E, 1977).
Kandungan pati pada setiap tumbuhan berbeda, tergantung pada masing-masing spesiesnya, bahkan kandungan pati dapat bervariasi pada bagian yang berbeda dari tumbuhan yang sama (Lehninger, 1982).
19
%, pada industri non pangan 4% dan sebagai makanan ternak sebanyak 1 %. Untuk memperoleh sifat-sifat yang digunakan pada aplikasi tertentu pada industri tertentu sering dilakukan modifikasi pati (Belitz dan Grosch, 1987).
Gambar 3. Struktur Pati (Rowe, et al., 2009)
G. Tapioka
20
18-20 bulan (Grace, 1977). Ketika umbi ubi kayu dibiarkan di tanah, jumlah pati akan meningkat hingga pada titik tertentu, lalu umbi akan menjadi keras dan menyerupai kayu, sehin gga umbi akan sulit untuk ditangani dan diolah. Komposisi kimia tapioka dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 . Komposisi Kimia Tapioka
Komponen Jumlah (Brautlect dalam Maharaja, 2008)
Bila pH terlalu tinggi, pembentukan pasta semakin cepat tercapai tetapi cepat turun lagi. Sebaliknya, bila pH terlalu rendah, maka pembentukan pasta menjadi lambat dan viskositasnya akan turun bila proses pemanasan dilanjutkan. The Tapioca Institute of America (TIA) menetapkan standar pH tapioka sekitar 4,5-6,5 (Radley, 1976).
Tapioka yang baik adalah tepung yang tidak menggumpal dan memiliki kehalusan yang baik. Dalam SNI, tidak dipersyaratkan mengenai kehalusan tapioka. Salah satu institusi yang mensyaratkan kehalusan tapioka adalah The Tapioca Institute of America (TIA), yang membagi tapioka menjadi tiga kelas berdasarkan
21
Tapioka dibuat dengan mengekstrak bagian umbi ubi kayu. Proses ekstraksi umbi kayu relatif mudah karena kandungan protein dan lemaknya rendah. Jika proses pembuatannya dilakukan dengan baik, pati yang dihasilkan akan berwarna putih bersih (Mardipana dan Rony, 2004).
H. Plasticizer
Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain dan dapat merubah sifat material tersebut.Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler, meningkatkan fleksibilitas film dan menurunkan sifat barrier film. Plasticizer
ditambahkan pada pembuatan edible film untuk mengurangi kerapuhan meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika disimpan pada suhu rendah.
Mekanisme proses plastisasi polimer sebagai akibat penambahan plastisizer
berdasarkan Darby 1982 di dalam : Di Gioia and Guilbert, 1999, melalui urutan sebagai berikut:
1.Pembasahan dan adsorpsi.
2.Pemecahan dan atau penetrasi pada permukaan 3.Absorpsi, difusi.
22
Beberapa jenis plasticizer yang dapat digunakan dalam pembuatan edible film
adalah gliserol, lebah, polivinil alkohol, sorbitol, asam laurat, asam oktanoat, asam laktat, trietilen glikol, polietilen glikol,acetylated monoglyceride (Acetem).
I. Plasticizer Gliserol
Salah satu senyawa yang penting dari alkil trihidrat adalah gliserol (propan-1,2,3-triol) dengan rumus CH
2OHCHOHCH2OH. Senyawa ini kebanyakan ditemui hampir disemua lemak hewani dan minyak nabati sebagai ester gliseril dari asam palmitat, stearat dan oleat (Austin, 1985). Senyawa ini bermanfaat sebagai anti beku (anti freeze) dan juga merupakan senyawa yang higroskopis sehingga banyak digunakan untuk mencegah kekeringan pada tembakau, pembuatan tinta dan parfum obat-obatan, kosmetik, pada bahan makanan dan minuman serta penggunaan lainnya (Austin,1984). Gliserol banyak dihasilkan dari industri oleokimia di Sumatera Utara merupakan bahan baku yang sangat potensial untuk dikembangkan menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi.Gliserol dapat diperoleh dari pemecahan ester asam lemak dari minyak dan lemak dari industri oleokimia (Bhat, 1990).
23
Gliserol efektif digunakan sebagai plasticizer pada film hidrofilik, seperti film berbahan dasar pati, gelatin, pektin, dan karbohidrat lainnya termasuk kitosan. Penambahan gliserol akan menghasilkan film yang lebih fleksibel dan halus. Gliserol adalah molekul hidrofilik yang relativ kecil dan dapat dengan mudah disisipkan di antara rantai protein dan membentuk ikatan hidrogen dengan amida. Gliserol dapat meningkatkan pengikatan air pada edible film.
J. Ekstruder
Ekstrusi adalah proses pelelehan material plastik secara continue akibat panas dari luar atau panas gesekan yang kemudian dialirkan ke die oleh screw membentuk produk yang diinginkan. Proses ini dapat menghasilkan beberapa produk seperti, film plastik, tali rafia, pipa, peletan, lembaran plastik, fiber, filamen, selubung kabel dan beberapa produk lainnya. Ekstrudermerupakan mesin yang mampu melakukan proses pencampuran yang bertujuan agar bahan homogen dan terdispersi dengan baik (Frame, 1994). Ekstruder merupakan suatu alat yang terdiri dari empat bagian utama, yaitu: ulir (feed screw), tabung/laras
24
Gambar 4. Bagian ekstruder tipe bake (Burtea, 2002).
Dalam ekstruder sampel diisikan melalui corong ke dalam laras/tabung berulir secara berkesinambungan. Putaran ulir menyebabkan sampel terdorong ke bagian
die. Selama proses ini, bahan mengalami gaya tekan dan gesekan antara ulir dengan sampel. Gesekan yang dialami oleh sampel menimbulkan
kalor yang memanaskan sampel tersebut. Sampel yang keluar dari die
selanjutnya dipotong pada panjang tertentu oleh pisau yang berputar. Bahan yang telah keluar dari ekstruder mengalami perubahan tekanan dan suhu
yang jauh lebih rendah daripada di dalam ekstruder. Pada kondisi tersebut air di dalam sampel, sebelumnya dalam keadaan bersuhu tinggi (120 – 160 o
C) dan bertekanan tinggi (70 – 150 atm) di dalam ekstruder, akan mudah menguap ke udara. Hal ini menyebabkan terciptanya rongga – rongga udara di dalam sampel sekaligus tertariknya molekul sampel. Kondisi ini menyebabkan proses pengembangan bahan.
25
termoplastik untuk menjadi lelehan. Pada ekstruder untuk melelehkan pellet plastic digunakan pemanas atau heater yang memiliki suhu ± 230 °C (Rowendal, 2000).
Dalam hal mekanisme penggerakkan bahan dalam ekstruder, terdapat perbedaan yang nyata antara ekstruder Single Screw Extruder (SSE) dan Twin Screw Extruder (TSE). Pada Single Screw Extruder daya untuk menggerakkan bahan berasal dari pengaruh dua gesekan, yang pertama adalah gesekan yang diperoleh dari ulir dan bahan, sedangkan yang kedua adalah gesekan antara dinding barrel
ekstruder dan bahan. Single Screw Extruder membutuhkan dinding barrel untuk menghasilkan kemampuan menggerakkan yang baik, maka dinding selubung pada
Single Screw Extruder memainkan peran penting dalam menentukan rancangan ekstruder (Linko et al., 1982).
SSE memiliki ulir yang berputar di dalam sebuah barrel. Jika bahan yang diolah menempel pada ulir dan tergelincir dari permukaan barrel, maka tidak akan ada produk yang dihasilkan dari ekstruder karena bahan ikut berputar bersama ulir tanpa terdorong ke depan. Untuk menghasilkan output produksi yang maksimal maka bahan harus dapat bergerak dengan bebas pada permukaan ulir dan menempel sebanyak mungkin pada dinding.
Pada umumnya zona operasi pada SSE (tergantung spesifikasi mesin) terbagi menjadi tiga bagian yaitu :
1. Solid Transport Zone
Pada zona ini bahan digerakkan dalam bentuk bubuk atau granula. Karena
26
dimasukkan maka perencanaan yang buruk pada zona ini akan membatasi
output yang dihasilkan.
2. Melting Zone.
Pada zona ini bahan padat akan dipanaskan.
3. Pump Zone.
Pada bagian pertama zona ini, tinggi saluran berkurang disebabkan oleh peningkatan diameter dari ulir. Pada zona ini bahan mengalami tekanan untuk mengurangi jumlah ruang-ruang kosong pada bahan. Pada bagian kedua zona ini yang disebut juga sebagai metering zone, bahan digerakkan dan
dihomogenisasi lebih lanjut. Pada beberapa ekstruder peningkatan tekanan terjadi di zona ini.
Kadang-kadang diperlukan beberapa zona tambahan selain tiga zona di atas, tetapi hal ini dilakukan sesuai dengan kebutuhan. Zona tambahan diperlukan untuk menyediakan daya tekan tambahan untuk pengadonan, homogenisasi bahan dan daerah dengan tekanan rendah untuk mengeluarkan udara dari bahan-bahan yang dipanaskan. Pada pump zone dimana saluran ulir dipenuhi oleh adonan bahan terdapat tiga jenis aliran yang dapat dibedakan (Janssen, 1978): Berikut ini adalah tipe-tipe aliran pada ekstruder.
a. Drag flow disebabkan oleh pengaruh bersinggungannya bahan dengan barrel
dan permukaan ulir.
27
c. Leakage flow. Aliran melalui celah antara barrel dan gerigi ulir (Janssen, 1978).
Gambar 5. Zona Single Screw Extruder (SSE) (Van Zuilichem et al., 1982)
Pada ekstruder ulir ganda atau Twin Screw Extruder (TSE), dua ulir yang paralel ditempatkan dalam barrel berbentuk angka 8. Jarak ulir yang diatur dengan rapat akan mengakibatkan bahan bergerak di antara ulir dan barrel dalam sebuah ruang yang berbentuk C. Tujuannya ialah untuk mengatasi keterbatasan pada hasil kerja SSE seperti tergelincirnya bahan dari dinding barrel. Sebagai hasilnya bahan akan terhindar dari aliran balik (negatif) ke arah bahan masuk tetapi digerakkan pada arah positif yaitu menuju die tempat bahan keluar.
Pada ekstruder tipe ini gesekan pada dinding barrel tidak terlalu penting
diperhatikan walaupun sebenarnya hal ini tergantung dari proses pengolahan apa yang dilakukan. Tetapi bentuk geometris ulir sangatlah penting untuk diperhatikan karena bentuk ulir ini dapat menyebabkan peningkatan tekanan pada ruang
ekstruder yang akan menyebabkan aliran bahan dari satu ruang ke ruang yang lain baik ke arah negatif maupun positif (Linko et al., 1982).
non-28
intermeshing, jarak antara poros ulir setidaknya sama dengan diameter luar ulir. Sedangkan pada ulir tipe intermeshing, jarak antar poros ulir lebih kecil daripada diameter luar ulir, atau permukaan ulir dimungkinkan dalam keadaan saling bersentuhan. Pada ulir tipe ini bahan yang tergelincir dari dinding barrel menjadi tidak mungkin karena ulir intermeshing yang satu akan mencegah bahan pada ulir lain untuk berputar dengan bebas (Linko et. al.. 1982). Tipe tipe screw disajikan pada Gambar 6 dan gambar dua buah screw pararel pada Twin Screw Extruder
disajikan pada Gambar 7.
Gambar 6. Tipe-Tipe Screw (Janssen, 1978)
a. counter rotating, intermeshing c. counter rotating, non-intermeshing
d. co-rotating, non-intermeshing b. co-rotating, intermeshing
29
K. Spektrofotometri Fourier Transform Infrared (FTIR)
Spektrofotometri Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang
gelombang 0,75 – 1.000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang
elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Peralatannya adalah sumber cahaya inframerah, monokromator, dan detektor (Hardjono, 1990).
Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR (Fourier Trasform Infra Red) adalah sama dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah
pengembangan pada sistem optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Pada sistem optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang
berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
30
tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi tekuk, khususnya vibrasi
rocking (goyangan), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm-1. Karena di daerah antara 4000 – 2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbs yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 – 400 cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut. Dalam daerah 2000 – 400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Meskipun pada daerah 4000 – 2000 cm-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah 2000 – 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.
31
pada daerah 1470-1350 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk CH, dan pita serapan pada daerah 1250-970 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk C-O.
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :
1. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning.
2. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless) (Hsu, 1994).
Selain itu, penggunaan spektroskopi IR sangat menguntungkan karena metode ini cepat, langsung dan hanya membutuhkan sejumlah kecil sampel. Spektroskopi IR juga dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan struktur polimer akibat
terjadinya degradasi yang disebabkan reaksi oksidasi. Hal ini ditandai dengan munculnya puncak baru maupun hilangnya puncak lama.
32
Gambar 8. Spektrum FT-IR Pati Standar(Wisadjodarmo et al., 2013).
L. Differential Scanning Calorimetry (DSC)
DSC merupakan teknik yang digunakan untuk menganalisa dan mengukur perbedaan kalor yang masuk ke dalam sampel dan referensi sebagai
pembandingnya. Teknik DSC merupakan ukuran panas dan suhu peralihan dan paling berguna dari segi termodinamika kimia karena semua perubahan kimia atau fisik melibatkan entalpi dan entropi yang merupakan suatu fungsi keadaan. Teknik DSC dengan aliran panas dari sampel tertentu adalah ukuran sebagai fungsi suhu atau massa (Widiarto, 2005).
Analisa DSC digunakan untuk mempelajari transisi fase, seperti melting, suhu
transision glass (Tg), atau dekomposisi eksotermik, serta untuk menganalisa kestabilan terhadap oksidasi dan kapasitas panas suatu bahan. Temperatur
33
menyebabkan polimer tersebut memiliki daya tahan terhadap panas atau suhu yang berbeda-beda. Dimana pada saat temperatur luar mendekati temperatur
transision glass-nya maka suatu polimer mengalami perubahan dari keadaan yang keras kaku menjadi lunak seperti karet.
Di dalam alat DSC terdapat dua heater, dimana di atasnya diletakkan wadah sampel yang diisi dengan sampel dalam wadah kosong. Wadah tersebut biasanya terbuat dari alumunium. Komputer akan memerintahkan heater untuk
meningkatkan suhu dengan kecepatan tertentu, biasanya 10 oC per menit.
Komputer juga memastikan bahwa peningkatan suhu pada kedua heater berjalan bersamaan (Widiarto, 2005). Bent
uk alat DSC disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Alat Difference Scanning Calorimetry (DSC) Exstar X DSC7000 (Laboratorium Biopolimer Unila).
M. Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA)
34
Seperti analisis ketepatan yang tinggi pada tiga pengukuran: berat, temperatur, dan perubahan temperatur. Suatu kurva hilangnya berat dapat digunakan untuk mengetahui titik hilangnya berat (Steven, 2001).
TGA biasanya digunakan dalam riset untuk menentukan karakteristik material seperti polimer, penurunan temperatur, kandungan material yang diserap, komponen anorganik dan organik di dalam material, dekomposisi bahan yang mudah meledak, dan residu bahan pelarut. TGA juga sering digunakan untuk kinetika korosi pada oksidasi temperatur tinggi.
Pengukuran TGA dilakukan diudara atau pada atmosfir yang inert, seperti Helium atau Argon, dan berat yang dihasilkan sebagai fungsi dari kenaikan temperatur. Pengukuran dapat juga dilakukan pada atmosfir oksigen (1-5% O2 di dalam N2 atau He) untuk melambatkan oksidasi (Steven, 2001). Bentuk alat TG/DTA disajikan pada Gambar 10.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April sampai September 2014 di Laboratorium Biopolimer,Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat-alat gelas, spatula, neraca digital (Wiggen Hauser), satu set alatExtruder HAAKE Rheomex OS,DSC (Differential Scanning Calorimetry) SII DSC-X 7000, DTA/TGA (Differential Thermal Analysis/Thermogravimetric Analisys) SII TG/DTA 7000with Autosampler, serta FTIR (Fourier Transform Infrared) Varian 2000 Scimitar series.
36
C. Prosedur Penelitian
1. Persiapan Sampel
a. Pembuatan pati termoplastik (PTP)
Dalam pembuatan pati termoplastik dilakukan pencampuran tepung tapioka (pati) dan beberapa bahan yaitu gliserol dan aquades dengan menggunakan
perbandingan persen berat. Komposisi campuran dibuat dengan dua variasi, variasi pertama yaitu aquades sebagai variabel tetap dan variasi kedua yaitu gliserol sebagai variasi tetap. Komposisi campuran variasi pertama dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Komposisi Campuran Variasi Pertama
Sampel Komposisi (Gram)
% Pati 75 70 65
% Gliserol 5 10 15
% Aquades (hingga kadar air mencapai %
dari bobot pati kering 20 20 20
Total Berat (Gram) 250 250 250
37
Tabel 3. Komposisi Campuran Variasi Kedua
Sampel Komposisi
% Pati 65 60 55
% Gliserol 20 20 20
% Aquades (hingga kadar air mencapai %
dari bobot pati kering) 15 20 25
Total Berat (Gram) 30 30 30
Proses pembuatan pati termoplastik terlebih dahulu dilakukan dengan
pencampuran antara aquades dengan gliserol hingga merata, kemudian dilakukan pencampuran antara campuran aquades dan gliserol dengan pati dan dilakukan pengadukan selama 15 menit hingga homogen menggunakan mixer. Setelah merata campuran pati tersebut diperam (aging) selama 4 hari. Lalu, diproses di dalamrheomixselama 8 menit dengan suhu 90oC dan dengan kecepatan rotor 100 rpm, sehingga terbentuk bongkahan pati termoplastik.
2. Pembuatan Plastik
Pembuatan plastik komposit dilakukan melalui pencampuran antara pati termoplastik dengan polietilen. Pencampuran dilakukan didalam alat ekstruder
38
Tabel 4. Komposisi Campuran LDPE-PTP
Sampel Komposisi
% Pati Termoplastik 0 1 5 10
% LDPE 100 99 95 90
Total Berat (Gram) 50 50 50 50
3. Karakterisasi
Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan hasil terbaik dari pencampuran Pati Termoplastik-LDPE. Hasil terbaik dapat dilihat secara fisik yaitu film yang bagus dan secara kimia terlihat dari campuran yang homogen. Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini antara lain
a. Karakterisasi Film Plastik menggunakan DSC
Karakterisasi dengan DSC dalam penelitian ini adalah untuk melihat titik leleh (Tm) dari film plastik. Sampel film plastik dikarakterisasi menggunakan DSC tipe X-DSC-7000. Sampel ditimbang sekitar 2-5 mg dan dimasukan kedalamalumunium pan. Sampel kemudian dicrimpmenggunakancrimper. Tipepanyang sama dengan sampel disiapkan dan digunakan sebagai
39
b. Karakterisasi Film Plastik menggunakan TG/DTA
Polimer yang dihasilkan kemudian diuji dekomposisi material polimer meggunakan alat TG/DTA. Sampel ditimbang sekitar 2-5 mg dan dimasukan dalamthermocoupleyang terbuat dariplatina.Thermocoupleyang berisi sampel dan material referensi kemudian ditempatkan dalamfurnace. Analisis dilakukan pada suhu 20-500oC dengan pengaturan kenaikan suhu sebesar 10ºC/menit. Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan polietilen murni.
c. Karakterisasi FTIR
56
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Berdasarkan Penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Hasil film plastik yang dihasilkan pada berbagai komposisi menunjukan bahwa Pati termoplastik tidak bercampur dengan baik.
2. Perbandingan komposisi terbaik untuk film plastic campuran LDPE-PTP adalah pada film plastik variasi pertama dengan komposisi LDPE-PTP 90-10% dilihat dari sifat fisik plastik.
3. Pencampuran pati yang kurang homogen dan perbedaan komposisi pati tidak berpengaruh terhadap titik leleh pada plastik. Tetapi, dapat menyebabkan pergeseran nilai Tg pada film plastik.
57
B. SARAN
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka disarankan :
1. Diperlukan teknik pencampuran yang lebih baik atau perlunya penambahan
emulsifieruntuk membuat campuran LDPE dan PTP lebih homogeny untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal
2. Pati dijadikan berukuran nano agar prosescrosslinkberjalan lebih baik.
3. Diperlukan variasi komposisi pati termoplastik yang lebih besar sehingga dapat mengetahui perubahan yang lebih signifikan.
4. Diperlukannya uji tensilestrengthplastik untuk mengetahui pengaruh penambahan pati termoplastik terhadap kuat tarik plastik.
58
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2014.Teknologi Modifikasi Pati. http://ebookpangan.com// teknologi _ modifikasi_pati. Diakses tanggal 4 April 2014.
Austin,G.T.(1984)”Shereves Chemical Process Industry”5 th ed.Mc Graw Hill International Book C0.,Singapura. Pages 550-551.
Azizah, U. 2004.Modul Polimer.Direktoral Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional. Surabaya. Hal 8.
Belitz, H.D. dan Grosch, W. (1987).Food Chemistry. 2ndEd. Springer.Page 232.
Bhat, S.G.,(1990),”Oleic Acid A Value Added Produc From Palm Oil”, Proc. Of 1989 Int.P.O. Der, Confrence-Chemistry, Technologi & Marketing, PORIM, Kuala Lumpur. Pages 4-5.
Budiman N. 2003.Polimer bodegradabel. http://www.kompas.com/0302/28/ llpeng/151875.htm-35k. Diakses pada 28 Juni 2003.
Burtea, O. 2001.Snack Foods from Formers and High-Shear Extruders. in
Snack Food Processing, Editor: E.W. Lusas dan L.W. Rooney. Boca Raton: CRC Press, Florida. Pages 281-314.
59
De Caro, P.S.Z.,Monlongui and Gaset, (1997),”Synthesis of Alkyloxy (di) alkylamino propanoil, Hydroxy (di) alkylamino propanoil and The compounds for use fuel additives”J.Am.Oil.Chem.Soc. Pages 74, 235.
Dewi, M. 2009.Producers Responsible for Recycling Plastic Waste. http://www.thejakartapost.com/news/2008/11/11/039 producers responsible039-recling-plastic-waste.htlm. diakses pada tanggal 28 Oktober 2013.
Dian, Ajeng.P. 2013. Pembuatan dan Karakterisasi Struktur Mikro dan Sifat Termal Film Plastik Berbahan Dasar Pati Biji Nangka. Semarang. Univeristas Negeri Semarang. Hal 35-65.
Di Gioia,L., Guilbert,S. (1999).”Corn protein-based thermoplastic resins:Effct of some polar and amphiphilic plasticizers” Journal of Agricultural and Food Chemistry 47. Pages 1254-1261.
Frame, N.D. 1994.The Technology of Extrusion Cooking. Blackie academic and Professional, Glasgow. Pages 1-55.
Grace, M. R. 1977. Cassava Processing. Food and Agriculture Organization of United Nations, Roma. Page 155.
Hardjono, S. 1990.Spektroskopi Infra Merah. Penerbit Liberti. Yogyakarta. Hal. 3-5.
Heckman, E. 1977.Sources of Starch, Its Chemistry and Physics. Addison Wesley Publ. Co. USA. Page 32.
60
Huneault, M. A. dan Li H. 2007. Morphology and Properties of Compatibilized Polylactide/Thermoplastic Starch Blends. Polym. Pages 270-280.
Ishiaku, U. S., Pang K. W., Lee W. S., dan Ishak Z. A. M. 2002. Mechanical Properties and Enzymic Degradation of Thermoplastic and Granular Sago Satrch Filled Poly
(ε-Caprolactone). European Polym. J. Pages 393-401.
Janssen, Leon, P.B.M. 1978.Twin Screw Extrusion. Elsevier Scientific Publishing Company. Amsterdam. Page 172.
Julianti E. dan Nurminah M. 2006. Teknologi Pengemasan.
http://library.usu.ac.id/download/fmipa/Kimia-Julianti.pdf. Tanggal Akses: 11 April 2008.
Kalambur S. dan Rizvi S. S. H. 2006. An Overview of Starch-Based Plastic Blends from Reactive Extrusion. J Plast Film. Pages 39-58.
Kim, H.S. et al., 2005.Thermal properties of Agro-Flour Filled Biodegradable Polymer Bio-Composites. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. Seri-a. Pages 299-306
Latief, R. 2001. Teknologi Kemasan Plastik Biodegradabel. http://www. hayati_ipb. com/users/rudyct/individu 2001/rindam_latief.htm-87k. Diakses pada 23 Juni 2003.
Lee, Michael. 2009.Kajian Produksi Plastik Komposit Campuran Pati Termoplastik dan Polietilen (Skripsi). Institut Pertanian Bogor. Bogor. Hal 27.
Lehninger, A.L. (1982).Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: Warta Medika. Hal 94.
Lindeman, M.K. 1971.Encyclopedia of polymer Science and Technology.is wiley-intercience, New york. Pages 531-577.
Linko, P., Linko, Y.Y., and Olkku, J. 1982.Extrusion Cooking and Bioconversions.
61
Maharaja, Lisa .M. 2008. Penggunaan Campuran Tepung Tapioka dengan Tepung Sagu dan Natrium Nitrat dalam Pembuatan Bakso Daging Sapi (Skripsi).
Departement Teknologi Pertanian USU. Medan. Hal 27.
Mardipana dan Rony B. 2004. Pengaruh Konsentrasi 3-Chloro-2-Hydroxy Propyl Trimethyl Ammonium Chloride (CHPTMA) dan Suhu Pada Pembuatan Pati Berkation dengan Menggunakan Pati Singkong (Manihot utilisima) (Skripsi).
Fateta. IPB. Bogor. Hal 1-4.
Mariana, W. 2007. Kombinasi Penggunaan EM4 dan Radiasi UV terhadap tingkat Degradabilitas Plastik Biodegradabel. Jurusan Fisika UNAIR. Surabaya. Hal 4.
Narayan R. 2006.Biobased and Biodegradable Plastic. http://www.
plasticsindustry.org/files/events/pdfs/bio-narayan-061906.pdf. Diakses pada 24 Agustus 2013. Pages 1119-1126.
Pramudita, Indah. RN. 2013.Pembuatan dan Karaterisasi Plastik Biodegradable dari Campuran Limbah Plastik Polipropilen dan Kitosan Menggunakan Metode tanpa Pelarut. (Skripsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung. Hal 9.
Peacock, A.J. 2000. Hand Book of Polyethylene. Structures, Properties, and Applications. Marcel Dekker, Inc. Page 181.
Radley, J. A. 1976.Starch Production Technology. Applied Sciences Publishers Ltd. London. Pages 457-469.
Rahmat, S. 2008.Pengetahuan Bahan Polimer. Departemen Metalurgi dan Material FT UI. Jakarta. Hal 1-10.
62
Seymour, R.B.1978.Intoduction to Polymer Chemistry. Mc Graw Hill Book Company. New York. Page 32.
Shi Rui, Zizheng Zhang, Quanyong Liu, Yanming Han, Liqun Zhang, Dafu Chen, Wei Tian. 2007.Characterizationof citric acid/glycerol co-plasticized
thermoplastic starch prepared by melt blending. Carbohydrate PolymerPages 748-755.
Stevens, M. P.2001.Kimia Polimer. Diterjemahkan oleh Iis sopyan. Pradnya Paramita. Jakarta. Hal 33-35.
Surdia,T. dan Saito,S., 1999, “Pengetahuan Bahan Teknik”, Cetakan ke-4, Pradnya Paramita, Jakarta, Hal 129 - 142.
Susilawati, dkk. 2011.Biodegradable Plastic From Mixture of Low Density Polyethylene (LDPE) and Cassava Starch with The Addition of Acrylic Acid.
Journal Natural.Vol. 11, Pages 72.
Suyati. 2008.Pembuatan Selulosa Asetat Dari Limbah Serbuk Gergaji Kayu Dan Identifikasiny.Program Magister Kimia-Pasca Sarjana Institut Teknologi Bandung. Bandung. Hal 16.
Van Zuilichem, D.J., Stolp, W., and Jansse, L.P.B.M. 1982.Engineering Aspects of Single- and Twin-screw Extrusion-cooking of Biopolymers.In: Ronald Jowitt (edt.).Extrusion Cooking Technology. Elsevier Applied Science Publishers. London. Pages 1-3.
Widiarto, S. 2005.Modifikasi Plastik Ramah Lingkungan dari Campuran Pati Sagu-Polivinil Alkohol dengan Penambahan Gluteraldehida. Laporan Penelitian Pengembangan Diri Proyek HEDS. Lampung. Hal 3-5.
63
Winarno, F.G. (2002).Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Halaman 30-33.
