TINJAUAN PUSTAKA
Biodegradable PlasticPlastik merupakan bagian dari aktivitas masyarakat. Saat ini telah tercipta suatu komitmen masyarakat internasional untuk menciptakan dunia yang bebas dari sampah plastik, dikarenakan bahan ini sulit untuk diuraikan. Strategi pragmatis untuk mengatasi hal tersebut adalah mengembangkan decomposible
plastics untuk plastik yang bersifat serba guna dan digunakan secara luas oleh
masyarakat, sedangkan bahan-bahan plastik khusus (tidak dapat terurai) untuk bahan konstruksi (Sumule & Suwahyono 1994).
Biodegradable didefinisikan sebagai kemampuan mendekomposisi bahan
menjadi karbondioksida, metana, air, komponen anorganik atau biomassa melalui mekanisme enzimatis mikroorganisme, yang bisa diuji dengan pengujian standar dalam periode waktu tertentu. Biodegradable merupakan salah satu mekanisme degradasi material, selain compostable, hydrobiodegradable, photobiodegradable,
bioerodable (Nolan-ITU 2002). Pengomposan yang sempurna sampai ke tahap
mineralisasi akan menghasilkan karbon dioksida dan air (Budiman 2003).
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 2001). Biodegradable plastic merupakan suatu bahan dalam kondisi dan waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur kimianya oleh pengaruh mikroorganisme seperti bakteri, jamur, dan alga. Biodegradable
plastic dapat pula diartikan sebagai suatu material polimer yang berubah menjadi
senyawa dengan berat molekul rendah dimana paling sedikit satu atau beberapa tahap degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami (Latief 2001).
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.
Beberapa jenis plastik berdasarkan pengklasifikasian jenis bahan baku atau sumber daya alam yang digunakan dan kemampuan degradasinya tersaji pada Tabel 1. 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 lokal
2. Sifat biodegradabilitas atau kompostabilitas (biodegradable plastic)
- Dapat dibuang dan hancur terurai
- Segmentasi produk untuk kemasan pangan
- Mampu mengalihkan pengolahan sampah dari landfill dan insinerator
Tabel 1 Jenis-jenis plastik berdasarkan pengklasifikasian bahan baku dan kemampuan degradasi
biodegradabilitas
Jenis bahan baku Biodegradable Non-biodegradable
Renewable
Bahan berbasis pati, bahan berbasis selulosa, poli asam laktat (PLA), poli hidroksi alkanoat (PHA)
Polietilena (PE) dan Polivinil klorida (PVC) dari bioetanol,
poliamida
Non renewable
Polikaprolakton (PCL), poli butilena suksinat (PBS), polivinil alkohol (PVOH) Polietilena (PE), polipropilena (PP), Polivinil klorida (PVC) Sumber : Narayan (2006)
Biodegradable plastic dapat dihasilkan melalui tiga cara yaitu:
- Biosintesis, seperti pada pati dan selulosa
- Bioteknologi, seperti pada polyhydroxyl fatty acid
- Proses sintesis kimia seperti pada pembuatan poliamida, poliester dan polivinil alkohol
Biodegradable plastic yang didapat langsung dari sintesis alam memiliki
kelemahan dalam hal penyerapan air yang tinggi dan tidak dapat dilelehkan tanpa bantuan bahan aditif (Budiman 2003).
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 bioteknologi atau fermentasi dengan mikroba genus Alcaligenes dan dapat terdegradasi secara penuh oleh bakteri, jamur, dan alga.
3. Polimer pertanian. Polimer pertanian diantaranya, cellophan, seluloasetat, kitin, pullulan (Latief 2001).
Jenis biodegradable plastic lain yang banyak diteliti dan dikembangkan adalah plastik campuran dari bahan non-biodegradable dengan bahan
biodegradable, misalnya polietilena dicampurkan dengan pati. Pencampuran
tersebut merupakan salah satu alternatif yang mungkin untuk diterapkan walaupun tidak terdegradasi sempurna. Pada Tabel 2 disajikan perbandingan plastik konvensional, plastik campuran dan biodegradable plastic.
Biodegradable plastic yang berbasiskan pati dapat dilakukan dengan tiga
cara yaitu:
- Mencampur pati dengan plastik konvensional (PE atau PP) dalam jumlah kecil (10-20%)
- Mencampur pati dengan turunan hasil samping minyak bumi, seperti PCL, dalam komposisi yang sama (50%)
- Menggunakan proses ekstrusi untuk mencampur pati dengan bahan-bahan seperti protein kedelai, gliserol, alginat, lignin dan sebagainya sebagai
plasticizer (Flieger et al. 2003).
Vilpoux dan Averous (2006) melaporkan potensi penggunaan pati sebagai
biodegradable plastic berkisar 80-95% dari pasar biodegradable plastic yang
ada. Sumber pati yang banyak digunakan antara lain jagung, ubi kayu, gandum, beras dan kentang. Jika dikaitkan dengan sumber daya lokal, khususnya sumber daya alam penghasil pati yang ada di Indonesia, maka peluang dan potensi yang
bisa dikembangkan akan semakin luas mengingat masih banyak sumber pati-patian yang masih belum dimanfaatkan dengan maksimal.
Tabel 2 Perbandingan plastik konvensional, plastik campuran, dan
biodegradable plastic
Pengamatan Plastik
Konvensional Plastik Campuran
Biodegradable Plastic
Komposisi Polimer Sintetik Polimer sintetik
dan polimer alam
Polimer alam Sifat & bahan baku Tidak dapat
diperbaharui (unrenewable) Sebagian dapat diperbaharui Dapat diperbaharui (renewable)
Sifat mekanik dan
fisik Sangat baik dan bervariasi Bervariasi Baik bervariasi tapi dan
penggunaannya terbatas
Biodegradabilitas Tidak ada Rendah Tinggi
Kompostabilitas Tidak ada Rendah Tinggi
Hasil pembakaran Stabil Agak stabil Kurang stabil
Contoh Polipropilena (PP)
Polietilena (PE) Polistirena(PS)
PE + Pati
PE + selulosa • Poli asam laktat (PLA) • Polikaprolakton (PCL) • Polihidroksi alkanoat (PHA) • Polihidroksil butirat-valerat (PHB-V) Sumber: Lim (1999)
Biodegradable plastic merupakan salah satu solusi alternatif yang sangat
prospektif untuk dikembangkan pada masa yang akan datang dengan pemanfaatan
optimal sumber daya alam lokal. Tahun 2007 telah dilaksanakan 2nd European
Bioplastics Conference di Paris untuk semakin memantapkan industri bioplastik dunia. Institusi bidang pertanian di Eropa (Committee of Agriculture Organization
in the European Union dan General Committee for the European Union) telah
membuat kajian potensi bioplastik dalam beberapa sektor ekonomi Eropa pada masa yang akan datang, yaitu produk-produk catering sebesar 450.000 ton/tahun, kantong-kantong sampah organik membutuhkan 100.000 ton/tahun,
biodegradable mulch foils 130.000 ton/tahun, biodegradable foils untuk diapers
80.000 ton/tahun, diapers sebesar 240.000 ton/tahun, foil packaging 400.000 ton/tahun, vegetable packaging 400.000 ton/tahun, tyre component 200.000 ton/tahun, sehingga total kebutuhan bioplastik mencapai 2.000.000 ton/tahun. Pasar bioplastik terus mengalami peningkatan hingga 20-30% per tahun. Hal ini ditegaskan pada Gambar 2, dimana keberadaan bioplastik terus berkembang, khususnya di Eropa baik yang diproduksi secara sintetik maupun berbasiskan biopolimer.
Gambar 2 Kapasitas produksi bioplastik 2007-2011 di Eropa (http://www. european-bioplastics.org).
Aplikasi produk bioplastik tersaji pada Gambar 3. Saat ini di negara luar, penggunaan tray dan container untuk buah, sayuran, telur dan daging, botol-botol untuk softdrinks dan produk-produk dari susu, blister foil untuk buah-buahan dan produk-produk catering termasuk yang menggunakan perishable plastic,
disposable crockery dan cutlery, pot, cawan, pack foils untuk hamburger dan
sedotan untuk minum mulai diproduksi secara luas menggunakan bioplastik. Beberapa aplikasi bioplastik untuk outside packaging seperti casing handphone (oleh NEC Jepang), serat karpet (oleh Dupont Sorona) dan interior mobil oleh Mazda). Tahun 2005, Fujitsu Jepang telah membuat case komputer dari
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 2007 2009 2011 Kapas itas pr oduk si (kt) Tahun
bioplastik. Tahun 2007, Brazil memproklamirkan pembuatan HDPE menggunakan turunan dari etilen yang diambil dari gula tebu (Sunarti et al. 2008).
Gambar 3 Aplikasi produk bioplastik (www.japancorp.net;http://kontaktuhan.org)
Pati Sagu Termoplastis (Termoplastic sago starch)
Pati sagu dihasilkan dari tanaman sagu (Metroxylon sp.) yang dapat ditemukan hampir di seluruh wilayah Indonesia. Pati sagu diperoleh dari proses ekstraksi batang tanaman sagu, yang berupa granula berwarna putih, tidak berasa dan tidak berbau. Bentuk granula adalah bulat dengan permukaan datar dan bervariasi antara 20-60 μm (Wurzburg 1989). Granula pati tidak larut dalam air dingin. Kadar air pati sagu sekitar 11% dan pH suspensi adalah 6. Granula pati terdiri dari 2 komponen mayor utama yakni amilosa (20-30%) dan amilopektin (70-80%), yang keduanya merupakan unit polimer α-D-glukosa dalam konformasi
4C 1.
Pati merupakan biopolimer alami dengan komponen utama kelompok glukosa yakni amilosa dan amilopektin. Pati memiliki tingkat kristalinitas 15-45%. Pemanfaatan pati dalam pembuatan plastik dikarenakan keunggulan-keunggulan yang dimiliki pati, yakni sifatnya yang dapat diperbarui, penahan yang baik untuk oksigen, ketersediaan yang melimpah, harga murah dan mampu terdegradasi. Pati memiliki stabilitas termal dan minimum interference dengan sifat pencairan yang cukup untuk membentuk produk dengan kualitas yang baik.
Penelitian tentang pati sebagai bahan baku plastik telah dilakukan mulai dari penggunaan granula pati alami, pati termodifikasi dan pati termoplastis untuk ditambahkan baik pada biodegradable plastic dan non-biodegradable plastic.
Pemilihan proses atas pati didasarkan pada produk akhir yang ingin dicapai. Selain itu penambahan pati dalam pembuatan plastik juga ditujukan untuk meminimasi biaya produksi (Fabunmi et al. 2007).
Campuran polimer hidrokarbon dan pati sering digunakan untuk menghasilkan lembaran dan film berkualitas tinggi untuk kemasan. Pembuatan film dari 100% pati sulit untuk diproses saat kondisi mencair (melting) (Nolan ITU 2002).
Komposit atau campuran plastik berbasiskan pati memiliki sifat mekanis yang lemah seperti kekuatan tarik, kekuatan mulur, kekakuan, perpanjangan putus, stabilitas kelembaban yang rendah serta melepaskan molekul pemlastis dalam jumlah kecil dari matriks pati (Zhang et al. 2007). Modifikasi pati, penggunaan compatibilizer, reinforcement, serta perbaikan kondisi proses, diharapkan mampu menjadikan pati sebagai material substitusi plastik konvensional.
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. Faktor-faktor ini dijelaskan pada Gambar 4. 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 yang lain (Morawietz 2006).
Pati termoplastis lebih tahan terhadap deformasi dikarenakan adanya bahan pemlastis dan destrukturisasi granular menyebabkan deformasi hanya akan terjadi di sepanjang matriks dimana tegangan (stress) diberikan, sehingga kerusakan permanen bisa diminimalkan (Ishiaku et al. 2002). Pati termoplastis memiliki keunggulan dalam hal kemudahan proses, morfologi akhir yang lebih baik dan 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 & Li 2007).
Gambar 4 Faktor-Faktor yang berpengaruh dalam pembentukan pati termoplastis (Morawietz 2006).
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 ekstensibilitas polimer (Julianti & Nurminah 2006). Pada umumnya bahan yang bersifat kaku disebabkan karena suhu transisi gelasnya (Tg)
diatas suhu ruang dan struktur molekul bahan yang sangat kristalin (Wade 1991). Efek penambahan pemlastis dapat mengurangi kristalinitas polimer. Namun demikian, adanya bahan pemlastis dapat berpengaruh negatif terhadap sifat mekanis plastik, yakni memberikan sifat soft dan weak (Kalambur & Rizvi 2006).
Faktor yang berpengaruh dalam pemilihan bahan pemlastis diantaranya struktur molekul, polaritas, kualitas produk yang diinginkan, sifat dan biaya. Pertimbangan pemilihan pemlastis yang lain adalah faktor penguapan bahan yang berdampak pada keamanan proses, dan stabilitas film selama penguapan.
Kecepatan ulir, laju alir bahan dalam ekstruder Suhu dan profil ekstruder Geometri ekstruder Jenis pelletizer Jenis pati Konsentrasi air Konsentrasi dan jenis plasticizer Konsentrasi dan jenis aditif Transformasi granula pati menjadi pati termoplastis Parameter proses Parameter formulasi
Mekanisme pemlastis dalam meningkatkan fleksibilitas bahan dikarenakan pemlastis yang memiliki bobot molekul rendah dapat menaikkan volume bebas polimer sehingga terbentuk ruangan yang lebih luas untuk meningkatkan gerak segmental yang panjang dari molekul-molekul polimer. Untuk beberapa aplikasi, jumlah pemlastis yang ditambahkan dapat mencapai 50% dari formulasi bahan untuk alasan kompatibilitas (Stevens 2007).
Penggunaan pemlastis seperti gliserol lebih unggul karena tidak ada gliserol yang menguap dalam proses dibandingkan dengan dietilena glikol monometil eter (DEGMENT), etilena glikol (EG), dietilena glikol (DEG), trietilena glikol (TEG), tetraetilena glikol. Hal ini disebabkan titik didih gliserol cukup tinggi (290o C) jika dibandingkan dengan DEGMENT, EG, DEG, TEG dan juga tidak ada interaksi antara gliserol dan molekul protein yang ada dalam bahan baku plastik. Gliserol sebaiknya digunakan pada konsentrasi 20% karena jika berlebihan plastik akan lengket. Gliserol cukup sesuai digunakan sebagai pemlastis pada pembuatan plastik berbasis pati. Gambar 5 menunjukkan struktur molekul dari gliserol dan Tabel 3 menyajikan beberapa karakteristik gliserol.
Gambar 5 Struktur molekul gliserol (www.wikipedia.com). Tabel 3 Karakteristik gliserol
Sifat
Rumus Molekul C3H5(OH)3
Massa Molar 92,09382 g/mol
Density 1,261 g/cm³ Titik leleh 18 °C (64.4°F) Titik Didih 290 °C (554°F) Viskositas 1,5 Pa·s Sumber: www.wikipedia.com Polyethylene (PE)
Plastik dibagi menjadi dua klasifikasi utama berdasarkan pertimbangan ekonomis dan kegunaannya, yakni plastik komoditi dan plastik teknik. Plastik komoditi pada prinsipnya terdiri dari empat jenis polimer yakni polipropilena
( d m a d t -d d H k m T d p a D h (PP), polieti dalam aplika PE dib memberi ga asetilen. Gam G Surdia digolongkan tiga jenis pro - PE massa 0,910-0,9 - PE massa jenis 0,92 - PE massa 0,941-0,9 LDPE dikelim dan dylan dan f HDPE (mod karena LDP mempunyai Titik lelehny dan LDPE, produk yan alkahtene, b Selain Density Po heksana ata ilena (PE), p asinya bersa buat melalu s hidrogen p mbar 6 menu Gambar 6 R a dan Saito n dalam teka oduk yang b a jenis renda 926 g/cm3 a jenis medi 26-0,940 g/c a jenis tingg 965 g/cm3 E dihasilkan harganya m fortiflex. Ke dulus young E memiliki kekuatan te ya berkisar a namun taha ng akan di lapol, carag, n LDPE, MD lyethylene y au oktana, s
n
polivinil klor ing dengan l ui polimerisa petroleum pa unjukkan rea eaksi polime o (1985) m anan tinggi, berbeda, yait ah (LDPE-L um (MDPE-m3 gi (HDPE- H dengan ca murah. Dalam kakuan dan g 20.000-30. derajat elon erhadap keru antara 105-1 an terhadap sterilisasi. , fi-fax, host DPE dan HD yaitu kopol sehingga men
.
rida (PVC) d logam, keram asi gas etile ada pemecah aksi polimer erisasi etilen menyatakan medium dan tu: Low Density -Medium De High Density ara polimeris m perdagang kuat tarik .000 psi, da ngasi yang ti usakan dan k 115oC. HDPE suhu tinggi Dalam perd talon. DPE, juga d limer etilen empunyai c dan polistire mik dan gela en, yang da han minyak risasi etilen. n (Surdia & S bahwa pro n rendah, ya Polyethylen ensity Polye y Polyethylen sasi pada te gan dikenal dari LDPE an kuat tarik inggi (400-8 ketahanan un E lebih kaku i sehingga d dagangan d dikenal LLD dengan se abang pada ena (PS). Pla as (Stevens 2 apat diperol (nafta), gas Saito 1985). oses polime ang akan me ne) dengan m thylene) den ne) dengan m ekanan ting dengan nam lebih renda k 1200-2000 800%) maka ntuk putus y u dibandingk dapat diguna dikenal den DPE atau L ejumlah kec rantai utam astik teknik 2007). leh dengan s alam atau erisasi PE enghasilkan massa jenis ngan massa massa jenis ggi, mudah ma alathon, ah daripada 0 psi), tapi a plastik ini yang tinggi. kan MDPE akan untuk ngan nama Linear Low cil butana, ma denganinterval (jarak) yang teratur. LLDPE lebih kuat daripada LDPE dengan sifat heat
sealing yang juga lebih baik (Julianti & Nurminah 2006). LLDPE memiliki
kekuatan tarik, daya impact dan kuat tusuk yang lebih tinggi dibandingkan LDPE. LLDPE digunakan sebagai bahan kemasan, khususnya film untuk kantong dan dalam bentuk lembaran karena kekerasan, fleksibilitas dan sifatnya yang transparan. Selain itu, digunakan pula sebagai penutup kabel, mainan, kontainer, ember dan pipa.
Beberapa sifat dasar seperti massa jenis, kristalinitas, titik leleh dan sifat mekanik dari LLDPE, LDPE, MDPE dan HDPE disajikan pada Tabel 4. Gambar 7 menunjukkan pellet LLDPE komersil dan beberapa contoh aplikasi produk LLDPE yang ada di pasar.
Tabel 4 Perbandingan sifat LLDPE, LDPE, MDPE dan HDPE
Sifat LLDPE LDPE MDPE HDPE Satuan
Massa jenis 0,92 0,92 0,93- 0,94 0,95-0,96 g/cm3
Kristalinitas 35-60 3) 65 75 85- 95 %
Titik cair 120-160 1) 105 118 124-127 oC
Kekuat tarik 61-194 2) 144 175 245- 335 Kgf/cm2
Elongasi 500 2) 500 300 100 %
Kekuatan impak no break 2) 42 21 17 Izod ditactic
Sumber: Surdia dan Saito (1985) 1) Corneliussen (2002)
2) http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_low_density_polyethylene 3) http://blueridgefilms.com/plastic_films.html
(a) (b)
Gambar 7 (a) Pellet LLDPE komersil dan (b) Contoh aplikasi produk LLDPE (www.packaging. indiabizclub.com).
Indonesia saat ini mampu memproduksi LLDPE hingga 750.000 ton per tahun. Kebutuhan dunia terhadap LLDPE cenderung mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Konsumen terbesar LLDPE dunia adalah China, Amerika dan
Eropa Barat (Borruso 2008). Gambar 8 menegaskan penggunanaan LLDPE yang sangat luas dibandingkan LDPE, MDPE dan HDPE serta kecenderungan mengalami peningkatan dari tahun ke tahun, khususnya di China pada tahun 1998-2009 (http://www2.amiplastics.com).
Gambar 8 Penggunaan dan peningkatan konsumsi LLDPE di China tahun 1998-2009 (http://www2.amiplastics.com).
Surdia dan Saito (1985) menjelaskan sifat-sifat PE secara umum dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Hubungan dengan massa jenis
Polimerisasi PE yang berbeda akan menghasilkan struktur molekul yang berbeda pula. LDPE memiliki sifat molekul yang tidak mengkristal secara baik tetapi mempunyai banyak cabang. HDPE memiliki cabang yang sedikit dan merupakan rantai lurus, sehingga massa jenisnya besar, mampu mengkristal dengan baik dan memiliki kristalinitas yang tinggi. Kristalinitas yang baik akan mempunyai gaya antar molekul kuat, sehingga memiliki kekuatan mekanik dan titik lunak yang tinggi.
- Hubungan dengan berat molekul
Material dengan sifat kristalinitas yang sama, akan memiliki karakteristik mekanik dan kemampuan proses berbeda. Kondisi ini akan dipengaruhi oleh berat molekul. Berat molekul kecil akan memiliki sifat mencair lebih baik, namun ketahanan akan zat pelarut dan kekuatannya menurun.
0 2000 4000 6000 8000 10000 1998 2003 2004 2008 2009 Kons um si (kiloton) Tahun
- Sifat-sifat listrik
PE merupakan senyawa non polar dengan sifat listrik yang baik, sehingga dimanfaatkan sebagai bahan isolasi untuk radar, TV dan berbagai alat komunikasi
- Sifat-sifat kimia
PE stabil terhadap beberapa sifat kimia kecuali dengan halida dan oksida kuat. PE larut dalam hidrokarbon aromatik dan larutan hidrokarbon terklorinasi diatas suhu 70oC, tetapi tidak ada pelarut yang dapat melarutkan PE secara sempurna pada suhu biasa.
- Permeabilitas gas
PE sangat sukar ditembus air, tetapi mempunyai permeabilitas cukup tinggi terhadap CO2, pelarut organik, parfum dan sebagainya. HDPE bersifat kurang
permeabel dibandingkan LDPE - Kemampuan olah
PE mudah diolah dan dapat dicetak dengan penekanan, injeksi, ekstrusi peniupan dan dengan hampa udara, namun penyusutannya cukup tinggi
Compatibilizer
Pembuatan plastik membutuhkan bahan aditif untuk memperbaiki sifat-sifat plastik. Bahan-bahan aditif dalam pembuatan plastik ini merupakan bahan dengan berat molekul rendah, yaitu berupa pemlastis, antioksidan, antiblok, antistatis, pelumas, penyerap sinar ultraviolet, bahan pengisi dan penguat.
Pencampuran polimer merupakan pencampuran yang kompatibel dari dua atau lebih polimer, baik campuran homogen atau heterogen dalam skala mikroskopis. Kompatibilitas merupakan tingkat keterpaduan dari sebuah campuran. Compatibilizer merupakan senyawa spesifik yang dapat digunakan untuk memadukan polimer yang tidak kompatibel menjadi campuran yang stabil melalui ikatan intermolekuler (Mehta & Jain 2007). Cara lain yang digunakan untuk meningkatkan kompatibilitas adalah dengan meningkatkan perbandingan campuran polimer sehingga menghasilkan fasa kontinyu yang lebih luas (Fayt et
Pati dan polimer hidrokarbon merupakan dua bahan yang tidak dapat bercampur sempurna (immiscible). Proses kompatibilisasi diperlukan untuk campuran pati-polimer hidrokarbon, khususnya pada pencampuran pati dalam jumlah yang tinggi. Penambahan fase minor lebih dari 20 % (b/b) menyebabkan matriks mengalami deformasi menjadi material yang rapuh (Rosa et al. 2004). Dalam proses ini, gugus fungsi yang sudah ada maupun yang baru terbentuk pada pati dan polimer hidrokarbon akan direaksikan untuk membentuk ikatan kovalen antara kedua bahan tersebut. Reaksi ini dapat terjadi dengan penambahan
compatibilizer dalam jumlah yang sedikit untuk membentuk sifat yang kompatibel
dan membentuk matriks yang bulky (Kalambur & Rizvi 2006).
Compatibilizer berperan melalui sebuah proses reaktif, misalnya teknik grafting, atau melalui ikatan hidrogen berbasiskan polaritas material. Compatibilizer juga berfungsi seperti surfaktan yang mampu menstabilkan
campuran air-minyak dalam satu atau dua komponen utama dalam campuran. Fungsi lain dari compatibilizer dalam campuran polimer adalah memperbaiki adhesivitas antar fasa (Stevens 2007).
Prinsip kerja dari compatibilizer merupakan kombinasi dari mekanisme berikut, yakni mengikatkan bahan compatibilizer tersebut pada satu komponen campuran melalui grafting kimiawi dan membentuk polymeric “tail” yang larut dalam komponen lain. Compatibilizer bisa melakukan penetrasi pada kedua fase dari campuran yang immiscible, dengan mengasumsikan segmen A dari blok kopolimer atau grafting identik dengan polimer A dan segmen B identik dengan polimer B. Kondisi ini diduga akan terjadi penetrasi segmen A terhadap polimer A dan segmen B terhadap polimer B. Setelah stabil akan terbentuk daerah penyebaran yang lebih merata karena adanya penurunan energi permukaan. Selain itu, ikatan permukaan akan semakin kuat dengan membentuk ikatan kovalen pada fase-fase yang terpisah (Mehta & Jain 2007)
Penggunaan pati sagu termoplastis dan LLDPE sebagai bahan baku plastik berbasis pati membutuhkan compatibilizer untuk menghindari terjadinya tarikan fisik yang lemah sehingga akan menyebabkan sifat fisik polimer yang dihasilkan buruk. Compatibilizer yang pernah diaplikasikan untuk campuran pati dan LDPE adalah asam akrilat (AA) dan maleat anhidrida (MA) (Kalambur & Rizvi 2006).
Penambahan MA banyak diaplikasikan secara luas karena harga yang lebih murah, toksisitas rendah dan kemudahan anhidrida dicangkok pada polimer dengan suhu pencairan normal tanpa homopolimerisasi yang signifikan. Penambahan MA bisa dilakukan pada larutan atau saat kondisi pencairan. Reaksi diawali dengan inisiator seperti benzoyl peroxide (BPO) atau dicumyl peroxide (DCP). MA-functionalized polymer komersial bisa disintesis dengan penambahan MA secara langsung pada rantai polimer. Reaksi ini umumnya dilakukan pada kondisi pencairan selama ekstrusi. Maleated polymer bisa bereaksi dengan pati melalui penambahan gugus anhidrida bebas. Reaksi anhidrida dengan pati hidroksil membentuk ester yang tidak menghasilkan air selama reaksi (Kalambur & Rizvi 2006). Campuran pati-LDPE dengan compatibilizer MA mampu meningkatkan kekuatan tarik hingga 2 kali lipat, seperti ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 5 Sifat mekanis campuran pati-LDPE/HDPE dengan maleat anhidrida
Material Kekuatan tarik (MPa) Elongasi (%) Fleksibilitas (MPa)
Dengan MA Tanpa MA Dengan MA Tanpa MA Dengan MA Tanpa MA Pati-LDPE 13,7 6,9 4 3 22 13 Pati-HDPE 22 10 5 3,2 42 16,4
Sumber: Kalambur dan Rizvi (2006)
Maleat anhidrida memiliki rumus molekul C4H2O3 berbentuk kristal putih.
Beberapa sifat-sifat dasar MA disajikan pada Tabel 6 dan Gambar 9 menyajikan struktur molekul MA.
Tabel 6 Sifat dasar maleat anhidrida Sifat
Rumus molekul C4H2O3
Massa molar 98,06 g/mol
Wujud Kristal putih
Kerapatan 1,314 g/cm3
Titik leleh 60°C, 333 K, 140°F
Kelarutan dalam air 40 g/100 ml
p -S d m p i s ( p s d d b t ( Gam Peneli pati dan poli - HDPE d anhidrida - Campura 2005) - LDPE di Liu 2003 Sifat Mekan Sifat m dan deform mengetahui polimerisasi ikatan silang Sifat m strength (k (perpanjanga parameter te stress (tekan dan Saito ( dasar dari su Steven beban atau g tarik diukur (σ) adalah g mbar 9 Strukt tian penggu imer sintetis dicampur d a (MA) (Sail n LDPE dan campur pati ; Kalambur
nik dan Kem
mekanik did masi. Sifat kegunaan su i, ikatan mol g antar molek mekanik pla kuat tusuk) an putus) d ersebut dap nan) yang te 1985), kuat uatu bahan y ns (2007) m gaya yang d dengan men aya yang dia
tur molekul unaan compa
, diantarany engan tapio aja & Chand n tapioka den jagung den & Rizvi 200 mampuan B definisikan s ini merupa uatu plastik. lekul, kristal kul (Latief 2 astik diantar ), elongati dan elastic a pat menunju erjadi selama tarik dan p yang berhubu menyatakan b apat ditahan narik polime aplikasikan ( maleat anhid atibilizer da a: oka dengan da 2001) ngan compa ngan compati 06). Biodegradas sebagai resp akan salah Sifat meka linitas, kerap 2001). ranya tensi ion (perpan atau young ukkan indika a proses pem perpanjangan ungan denga bahwa kuat n sebelum su er pada dime (F) dibagi de drida (www alam pembu n compatibi tibilizer MA ibilizer male si Plastik pon sampel satu sifat nik polimer patan, keada ile strength njangan), e modulus (e asi integrasi mbentukan p n putus mer an struktur ki tarik merup uatu sampel ensi yang se engan luas p .wikipedia.o uatan plastik ilizer PE-gr A dan AA (H eat anhidrida terhadap pe yang pent ditentukan o an polimer d (kuat tarik) elongation elastisitas). i plastik pa plastik. Menu rupakan sifa imia plastik. pakan ukuran rusak atau p eragam. Tega penampang ( org). k campuran raft-maleat Huang et al. a (Wang & embebanan ting untuk oleh proses dan adanya ), puncture of break Parameter-da kondisi urut Surdia at mekanik . n besarnya putus. Kuat angan tarik (A). Persen
pemanjangan (elongation, ε), adalah perubahan panjang spesimen akibat gaya yang diberikan. Pengujian kuat tarik akan menghasilkan kurva tegangan–regangan
(stress-strain curve) (Surdia & Saito 1985).
Kurva tegangan regangan ditunjukkan pada Gambar 10. Dalam sebuah kurva tegangan regangan, pada mulanya elastisitas tinggi sampai mencapai suatu titik hingga plastik mengalami deformasi. Sebelum titik deformasi, plastik akan memiliki sifat perpanjangan yang masih dapat balik, namun setelah pada titik
yield (maksimum) perpanjangan tidak dapat balik (deformasi) hingga pada
akhirnya plastik akan patah pada titik break.
Gambar 10 Kurva tegangan regangan (Stevens 2007).
Kuat tarik dipengaruhi oleh bahan pemlastis yang ditambahkan dalam proses pembuatan plastik (Latief 2001). Kekuatan tarik suatu bahan timbul sebagai reaksi dari ikatan polimer antara atom-atom atau ikatan sekunder antara rantai polimer terhadap gaya luar yang diberikan (Vlack 1991). Kuat tarik merupakan kemampuan suatu bahan dalam menahan tekanan yang diberikan saat bahan tersebut berada dalam regangan maksimal. Kekuatan peregangan menggambarkan tekanan maksimal yang dapat diterima oleh bahan atau sampel. Nilai kuat tarik yang diukur merupakan puncak grafik tekanan-regangan (Gontard
Pemberian peregangan secara terus menerus akan menekan bahan sehingga terjadi perubahan peregangan. Pada saat tidak mampu lagi menahan gaya tekan, maka akan terjadi cracking, yaitu titik dimana deformasi permanen terjadi. Bahan yang sanggup menahan regangan besar sebelum pecah termasuk sebagai bahan ulet dan liat (Popov 1996).
Berdasarkan kekuatan tekanan dan peregangan, polimer dapat dikelompokkan menjadi lima jenis, yaitu polimer dengan sifat lunak dan lemah, keras dan getas, lunak dan ulet, keras dan kuat serta keras dan ulet, seperti tersaji pada Gambar 11.
Gambar 11 Sifat polimer berdasarkan nilai tegangan dan regangan (Surdia & Saito 1985).
Selain sifat mekanik, faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam pembuatan plastik adalah kemampuan degradasi. Alasan utama membuat plastik berbahan dasar biopolimer adalah sifat alamiahnya yang dapat hancur atau dapat terdegradasi dengan mudah. Pada umumnya setelah sampah plastik dibuang ke tanah, akan mengalami proses penghancuran alami baik melalui proses fotodegradasi (cahaya matahari, katalisa), degradasi kimiawi (air, oksigen), biodegradasi (bakteri, jamur, alga, enzim) atau degradasi mekanik (angin, abrasi). Proses-proses tersebut dapat berlangsung secara tunggal maupun kombinasi (Latief 2001).
Kemampuan biodegradasi diartikan sebagai laju kehilangan berat (Rohaeti
et al. 2002). Sifat biodegradabilitas dari plastik berbasiskan pati sangat tergantung
dari rasio kandungan pati. Semakin besar kandungan pati, maka semakin tinggi tingkat biodegradabilitasnya (Pranamuda 2001). Biodegradasi juga didefinisikan sebagai penurunan sifat-sifat dikarenakan aksi organisme alam seperti bakteri dan fungi yang karena adanya serangan kimia oleh enzim yang dihasilkan oleh organisme sehingga dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer. Biodegradasi merupakan strategi yang penting dalam mengatasi pencemaran lingkungan oleh senyawa kimia berbahaya. Proses biodegradasi akan merubah polutan berbahaya menjadi produk yang tidak berbahaya melalui reaksi enzimatik dengan perantara mikroorganisme, terutama bakteri (Djasmasari 2004).
Beberapa faktor lain yang mempengaruhi tingkat biodegradabilitas plastik setelah kontak dengan mikroorganisme, yakni sifat hidrofobik, bahan aditif, proses produksi, struktur polimer, morfologi dan berat molekul bahan plastik. Semakin besar bobot molekul suatu bahan semakin rendah biodegradabilitasnya. Selain bobot molekul, bentuk polimer (powder, fiber atau film) juga berpengaruh terhadap biodegradabilitas. Bentuk film memiliki tingkat biodegradabilitas yang paling rendah (Pranamuda 2001). Proses terjadinya biodegradasi plastik pada lingkungan alam dimulai dengan tahap degradasi kimia yaitu dengan proses oksidasi molekul, menghasilkan polimer dengan berat molekul yang rendah. Proses berikutnya adalah serangan mikroorganisme dan aktivitas enzim
intracellular dan extracellular (Latief 2001).
