bahan 1

(1)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Sampah plastik merupakan masalah utama lingkungan. Plastik belanja atau kantong plastik adalah salah satu sumber utama sampah plastik [1]. Sekitar 265 juta ton plastik diproduksi dan digunakan setiap tahun [2]._{Ini berarti bahwa di satu sisi,} lebih banyak sumber daya yang digunakan untuk memenuhi peningkatan permintaan plastik dan di sisi yang lain menghasilkan sampah plastik yang lebih [3].

Ada beberapa kelemahan plastik konvensional diantaranya adalah membutuhkan jumlah energi yang besar untuk memproduksinya, menghasilkan limbah dari produksi plastik dan menggunakan bahan yang tidak mudah terurai [4].

Salah satu solusi pemecahan masalah ini adalah dengan mengganti bahan dasar plastik konvensional tersebut menjadi bahan yang mudah diuraikan oleh pengurai, yang disebut dengan plastik biodegradable (bioplastik). Keuntungan dari bioplastik ini sangat jelas, yaitu mengurangi limbah plastik yang semakin lama jumlahnya semakin banyak. Bioplastik dirancang untuk memudahkan proses degradasi terhadap reaksi enzimatis mikroorganisme seperti bakteri dan jamur [5].

Pembuatan bioplastik bukan hal yang baru. Pada tahun 1850-an, seorang ahli kimia Inggris menciptakan plastik dari selulosa, turunan dari pulp kayu. Kemudian pada awal abad ke-20, Henry ford bereksperimen dengan plastik berbahan dasar pati kedelai sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil untuk menyalakan berbagai mobil. Sejak itu plastik biodegradable mulai memicu minat, terutama sejak krisis minyak dari tahun sembilan belas tujuh puluhan [6]. Beberapa penelitian telah banyak dilakukan untuk menghasilkan bioplastik dengan bahan baku pati, seperti : pati pisang [7], pati jagung [8], pati sagu [9] dan sebagainya.

(2)

merupakan salah satu tanaman yang memiliki kadar pati yang tinggi. Pati merupakan komponen paling besar yang terdapat didalam sagu. Pati sagu mengandung amilosa 27% dan amilopektin 73%. Perbandingan amilosa dan amilopektin akan mempengaruhi sifat kelarutan dan derajat gelatinisasi pati [12]. Sagu baru dimanfaatkan sebanyak 10% dari potensi yang terdapat untuk pangan. Pati yang terkandung dalam sagu tidak hanya dapat diolah sebagai bahan pangan, tetapi dapat juga dimanfaatkan sebagai bahan baku industri. Contoh pemanfaatan patinya yaitu sebagai bahan baku bioplastik [11].

Umumnya, bioplastik yang terdiri dari pati sebagai bahan dasarnya membutuhkan campuran bahan aditif yang digunakan untuk menghasilkan sifat mekanis yang lunak, ulet, dan kuat [14]. Plasticizer biasanya dipakai untuk mengurangi sifat barrier dan juga memperbaiki keelastisan film dari pati [15].

Plasticizer seperti gliserol biasanya lebih unggul karena saat pemprosesan tidak ada gliserol yang menguap sehingga proses mekanis mudah untuk dilakukan. Plasticizer

gliserol cukup sesuai digunakan sebagai bahan pemplastis dari plastik yang berbahan dasar pati karena gliserol mempunyai titik didih yang cukup tinggi yaitu 290 o_{C [14].} Selain gliserol, penggunaan asam sitrat juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan pendamping plasticizer (co-plasticizer). Dimana, gugus karboksil dari asam sitrat akan membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan gugus hidroksil dari pati. Gugus karboksil pada asam sitrat tidak hanya mengubah sifat-sifat materialnya, tetapi juga akan membentuk ikatan sambung silang (cross linking) yang menyebabkan peningkatan sifat fisik dan mekanaik dari produk yang dihasilkan [9,13].

(3)

Pembuatan plastik dari pati dan bahan pemlastis (plasticizer) saja masih memiliki sifat mekanik yang kurang baik, untuk memperbaiki kelemahan tersebut perlu dilakukan penambahan bahan lain yang bersifat sebagai penguat untuk membentuk komposit plastik biodegradeable [16]. Komposit plastik biodegradeable

atau biasa disebut biokomposit terdiri dari polimer biodegradeable sebagai matrik dan juga sebagai pengisi (filler). Bahan biopolimer sebagai pengisi yang dapat ditambahkan untuk membentuk biokomposit adalah selulosa [25]. Dimana, selulosa merupakan salah satu polimer yang melimpah di alam dengan sifat fleksibilitas dan elastisitas yang baik [23]. Sumber daya alam yang memiliki kadar selulosa yang cukup tinggi adalah rotan.

Rotan merupakan salah satu sumber hayati terbesar yang terdapat di Indonesia. Sebanyak 10% hutan di Indonesia terdiri dari rotan [17]. Rotan terdiri atas selulosa 37,6%, hemiselulosa 41%, dan lignin 22,6% [19]. Semakin tingginya ketersediaan limbah rotan, menjadikan sumber daya alam ini dapat direkayasa menjadi produk teknologi nasional menggunakan sistem nanoteknologi [18].

Selulosa nanokristal mempunyai beberapa kelebihan yaitu mempunyai dimensi nano, kekuatan spesifik dan modulus yang tinggi dan luas permukaan yang besar [20]. Selulosa nanokristal dapat diproduksi menggunakan metode hidrolisis asam dibawah pengaruh kontrol suhu dan waktu. Selulosa nanokristal biasanya diproduksi menggunakan asam sulfat untuk menghilangkan selulosa amorf dengan tujuan untuk menghasilkan kristal selulosa dengan diameter sekitar 2-20 nm dan distribusi panjang 100-600 nm [21]. Ultrasonikasi merupakan metode yang digunakan untuk sintesis nanopartikel yang digunakan oleh peneliti dan bidang industri untuk sintesis nanomaterial. Kekurangan dari metode ultrasonifikasi tersebut yaitu untuk menghasilkan ukuran <100 nm dan untuk memecah ikatan non selulosa yang terdapat dalam biomassa tersebut dibutuhkan frekuensi yang tinggi dan waktu proses yang cukup lama. Oleh karena itu, proses perlakuan awal diperlukan seperti penggilingan mekanik diikuti dengan proses pemanasan [19].

Beberapa penelitian telah pula mengkaji pemanfaatan limbah kulit rotan sebagai

(4)

Kebaruan pemanfaatan selulosa nanokristal sebagai filler dalam pembuatan biokomposit yang dibuat didukung dengan kemampuan biodegradasi bahan karena mengandung bahan pengisi alami.

Berdasarkan uraian di atas, penulis tertarik melakukan penelitian mengenai pengaruh penambahan selulosa nanokristal yang berasal dari kulit rotan sebagai pengisi menggunakan plasticizer gliserol dan penambahan asam sitrat sebagai co-plasticizer dalam pembuatan biokomposit berbahan dasar pati sagu (Metroxylon sp).

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Adapun yang menjadi rumusan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Bagaimana karakteristik selulosa nanokristal dari rotan meliputi analisa Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) dan karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR).

2. Bagaimana pengaruh penambahan selulosa nanokristal dari rotan dengan

plasticizer gliserol dan co-plasticizer asam sitrat karakteristik biokomposit pati sagu meliputi analisa Scanning Electron Microscopy (SEM), karakteristik Fourier Transform Infra Red (FTIR), uji densitas (density), uji kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break) dan penyerapan air.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dilakukan penelitian ini yaitu sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui karakteristik selulosa nanokristal meliputi analisa Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) dan karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR).

2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan selulosa nanokristal dari rotan dengan

(5)

1.4 MANFAAT PENELITIAN

1. Meningkatkan nilai ekonomis dari limbah kulit rotan yang diolah menjadi selulosa nanokristal yang memiliki kualitas dan kuantitas yang baik.

2. Menjadi salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan limbah kulit rotan yang dihasilkan industri furniture.

3. Memberikan informasi bagi penelitian selanjutnya mengenai pengaruh penambahan selulosa nanokristal dari kulit rotan dengan plasticizer gliserol dan co-plasticizer asam sitrat dalam pembuatan biokomposit berbahan dasar pati sagu (Metroxylon sp).

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Adapun Penelitian ini memiliki ruang lingkup atau batasan sebagai berikut:

1. Variabel tetap:

a. Variabel tetap pembuatan selulosa nanokristal:

 Bahan baku : kulit rotan [52]

 Kondisi operasi Delignifikasi:

 HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2 : 90 oC ; 120 menit [52]

 Kondisi operasi alkalisasi:

 Alkasisasi I : NaOH 2% dan Na2SO3 2% : 50 oC ; 60 menit [52]

 Alkalisasi II: NaOH 17,5% : 80 oC ; 30 menit [52]

 Kondisi operasi pemutihan

 Pemutihan I : NaOCl 1,75% : 30 menit [52]

 Pemutihan II: H2O2 10% : 60 oC ; 60 menit [52]

 Kondisi operasi hidrolisis

 H2SO4 45% : 45 oC ; 45 menit [52]

 Kondisi operasi sentrifugasi

 Kecepatan putaran : 10000 rpm [52]

 Waktu putaran : 25 menit [52]

 Kondisi operasi ultrasonikasi

(6)

 Kondisi operasi filtrasi

 Waktu : 4 hari [52]

b. Variabel tetap pembutan biokomposit:  Bahan baku : pati sagu  Massa pati sagu dan pengisi :10 gram [7]

 Perbandingan pati dengan aquadest : 1 : 10 (w/v) [24]

 Ukuran pati sagu :200 mesh [23]

 Berat Gliserol : 30% [13]

 Temperatur Pemanasan larutan pati :85 oC [13]

2. Variabel berubah:  Berat pengisi(w/w) :1%, 2%, 3% dan 4% [22]

 Berat asam sitrat (w/v) :10%, 20%, 30% dan 40% [13] Analisa hasil penelitian yaitu:

a. Karakterisasi selulosa nanokristal meliputi:

 Transmission Electron Microscopy (TEM).

 X-Ray Diffraction (XRD).

 Fourier Transform Infra Red (FTIR). b. Karakterisasi biokomposit, meliputi:

 Scanning Electron Microscopy (SEM)

 Fourir Transform Infra Red (FTIR)

 Densitas (Density).

 Sifat kekuatan tarik (Tensile strength).

 Pemanjangan pada saat putus (Elongation at break).