BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia (Rachmi, 2012).
Teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibandingkan serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon juga memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit juga banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat diguanakan sebagai pengganti tulang rusak.(Syafriana, 2008)
2.1.1 Biokomposit
yang lebih umum digunakan adalah matriks sintesis yang bersumber dari minyak bumi. Matriks sintesis yang sering digunakan adalah berupa bahan termoplastik yang dapat didaur ulang seperti polietilen, polipropilena, polistirena dan polivinil klorida. Dapat pula digunakan bahan dari termoset seperti polyester tak jenuh, fenol formaldehida, isosianat dan epoksida (Rachmi, 2012).
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 (Steven M.P., 2007).
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, biodegradable (Nolan-ITU, 2002).
Persyaratan yang dimuat dalam kriteria dan nilai ambang batas merupakan persyaratan khusus terkait dengan kategori produk, sedangkan persyaratan yang dimuat dalam persyaratan umum merupakan persyaratan umum yang berlaku untuk berbagai kategori produk manufaktur. Berikut adalah beberapa kriteria yang harus dipenuhi dalam produksi plastik ekolabel:
1. Bahan baku plastik yang digunakan harus mengandung prodegradant (zat pendegradasi)
Tabel 2.1 Persyaratan Kemasan Biodegradabel menurut SNI 7188.7:2011
No Aspek Lingkingan Persyaratan Metode Uji/Verifikasi
1
- Verifikasi pernyataan tertulis permohonan tentang pemenuhan persyaratan prodegradant yang dilengkapi dengan pernyataan dari pemasok
- verifikasi pernyataan tertulis tentang jenis dan sifat bahan dilengkapi dengan pernyataan pemasok atau
- Tensile enlongation (elongation ato
break) kurang dari 5% dicapai
setelah mengalami perlakuan
H
CH3
C = C
H
H
2.2. Polipropilena
Polipropilena merupakan polimer hidrokarbon yang termasuk kedalam polimer termoplastik yang dapat diolah pada suhu tinggi. Struktur molekul propilena dapat dilihat pada Gambar 2.1. berikut:
Gambar 2.1. Struktur Propilena
Polipropilena merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembapan yang baik kecuali terjadi inhibisi dengan oksigen. Untuk pemanfaatan penggunaan dari polipropilena tersebut, dapat dilakukan modifikasi terhadap polipropilena (Severini, 1999). Polipropilena merupakan suatu komoditas yang menarik dari polimer termoplastik. Ketertarikan terhadap polipropilena ini ditimbulkan karena aplikasinya dibidang komposit, bioteknologi, teknologi serbuk, bidang elektronik, dan pendukung katalisasi untuk bioreaktor dan pada pengeringan air (Paik, 2007).
2.2.1. Grafting Polipropilena
Grafting kopolimer adalah suatu polimer yang terdiri dari molekul-molekul dengan satu atau lebih jenis dari monomer yang terhubung pada sisi rantai utama. Grafting kopolimer dapat juga disiapkan oleh proses kopolimerisasi cabang dengan monomer yang akan membentuk rantai utama.
Secara laporan fungsionalisasi yang diterima, proses dilakukan dengan cara grafting maleat anhidrida (MA) kepada polipropilena yang dalam kondisi cair dengan keberadaan suatu peroksida organik. Reaksi tersebut dapat dijabarkan sebagai suatu mekanisme reaksi radikal. Inisiator peroksida membentuk suatu radikal yaitu yang akan menyerang satu atom hidrogen yang berasal dari karbon tersier polipropilena yang akan membentuk polipropilena makro radikal.
Fungsionalisasi terhadap polipropilena oleh monomer-monomer polar yang merupakan suatu cara yang efektif untuk meningkatkan kepolaran dari polipropilena tersebut, dengan cara mengrafting maleat anhidrat pada polipropilena. Dan kenyataannya berbagai jenis dari polimer-polimer yang tergrafting telah digunakan secara luas untuk memperbaiki adhesi permukaan antara komponen pada campuran polimer. Modifikasi dari polipropilena juga digunakan secara luas untuk meningkatkan penggunaan dari bahan-bahan mekanik dari komposit yang berbahan dasar polipropilena dan juga meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut (Rachmi, 2012).
Mekanisme penempelan gugus fungsi pada polipropilena diawali dengan hilangnya satu atom H dari atom C tersier dengan adanya inisiator dikumil peroksida menghasilkan radikal polipropilena, selanjutnya akan berinteraksi dengan gugus maleat anhidrat. Tahapan reaksinya adalah sebagai berikut :
- Dekomposisi peroksida
CH3 CH3 CH3
C O O C 165°C 2 C O
CH3 CH3 CH3
Dikumil Peroksida
- Inisiasi
- Propagasi
H CH3 H CH3 C C + C C
H n O O O H n
O O O
- Transfer rantai
H CH3 H CH3 H CH3
C C + C C C C + H n H H n H H n
O O O O O O
H CH3 C C H n
- Terminasi
H CH3 H CH3 H CH3
C C + C C C C +
H n H n H H n
O O O O O O
H CH3 C C
H CH3 H CH3 H H H H C C + C C C C H n H n C C
CH3 CH3 O O O O O O
ikat silang (crosslinking) Gambar 2.2 Reaksi PP-g-MA (Nasution, R. S, 2009).
2.3. Maleat Anhidrida
Maleat anhidrida larut dalam aseton dan air, tidak berwarna atau berwarna putih padat dalam keadaan murni dengan abu yang sangat tajam. Maleat anhidrida adalah senyawa vinil tidak jenuh yang merupakan bahan mentah dalam sintesa resin polyester, pelapisan permukaan karet seterjen, bahan aditif dan minyak pelumas, plastisizer, dan kopolimer. Maleat anhidrida mempunyai sifat kimia khas yaitu adanya ikatan etilenik dengan gugus karbonil didalamnya. Ikatan ini berperan dalam reaksi adisi. Maleat anhidrida juga dikenal sebagai 2,5-furandione (Parker,P.1984). Maleat anhidrida masih digunakan dalam penelitian polimer.
O O O
Gambar 2.3 Struktur Maleat Anhidrida
2.4. Dikumil Peroksida
2.4.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DCP) Sebagai Inisiator
Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil dengan panas dan terurai menjadi radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak (Steven, 2001).
Dikumil peeroksida adalah sumber radikal yang kuat, dan digunakan sebagai inisiator polimerisasi, katalis, dan zat pemvulkanisasi. Sifat fisik dikumil peroksida:
- Titik lebur 39-410C
- pH 5.7
- kelarutan larut dalam alcohol, keton, ester, dan aromatic hidrokarbon
- berupa bubuk putih
- titik didih 1300C
Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah dikenal sejak lama. Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagai zat ikat silang adalah ketahanannya baik pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, keelastisannya yang baik, dan tidak ada penghilangan warna pada produk akhir (Thitithammawong, 2007).
2.5. Cempedak
Klasifikasi botani tanaman cempedak adalah sebagai beikut : Kingdom : Plantae (Tumbuhan)
Subkingdom : Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh) Super Divisi : Spermatophyta (Menghasilkan biji Divisi : Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga) Kelas : Magnoliopsida (berkeping dua / dikotil)
Sub Kelas : Dilleniidae Ordo : Urticales
Famili : Moraceae (suku nangka-nangkaan) Genus : Artocarpus
Spesies : Artocarpus integer (Thunb.) Merr.
Varietas cempedak yang sudah umum dikenal masyarakat adalah:
1. Cempedak Biasa, yang merupakan buah asli dari Indonesia, banyak ditemukan di Sumatera, Jawa, Kalimantan, Sulawesi, dan Irian Jaya. Buahnya lonjong silindris, panjangnya 20-35 cm dan lebar 10-15 cm, berat 3-4 kg, berwarna kuning gading atau cokelat tanah, dan aromanya wangi sekali. Daging buah lunak dan mudah hancur, berwarna kuning-emas-gading-kemerahan dan rasanya manis. Produksinya bisa mencapai 60 buah per pohon per tahun.
2. Cempedak Malaysia, keistimewaannya yaitu buahnya tidak disukai hama lalat buah, lebih cepat berbuah (umur 5 tahun sudah berbuah, sedangkan pada cempedak biasa umur berbuah diatas 5 tahun ). Ukuran buahnya dua kali ukuran cempedak biasa, kulit buah berwarna hijau. Daging buah berwarna kuning jeruk kemerahan, rasanya manis, harum aromanya antara harum nangka dan cempedak. Biji relatif bulat dan ukurannya dua kali lebih besar dari pada biji cempedak biasa. Produksinya bisa mencapai 50 buah/pohon/tahun dengan bobot rata-rata per buah 8 kg. Cempedak malaysia ini di duga merupakan hasil persilangan alami antara nangka dan cempedak sebab ciri-cirinya menyerupai nangka dan cempedak (ebookbrowse.com).
tingginya dapat mencapai 20 m. Ranting-ranting dan pucuk dengan rambut halus dan kaku, kecoklatan. Buah semu majemuk (syncarp) berbentuk silinder sampai bulat, 10-15 × 20-35 cm, kehijauan, kekuningan sampai kecoklatan, dengan tonjolan piramida serupa duri lunak yang rapat atau licin berpetak-petak.
2.5.1. Biji Cempedak
Dari segi komposisi kimia, perbandingan bahan mentah biji cempedak dapat dilihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Data Komposisi Kimia Biji Cempedak per 100 gram: Komposisi biji Biji cempedak
Energi (kkal) 116
Protein (gram) 3,0
Lemak (gram) 0,4
Karbohidrat (gram) 28,6
Kalsium (gram) 0,022
Fosfor (gram) 0,030
Besi (gram) 0,00015
Air (gram) 67,0
Vit A (gram) 0,2
Vit B (gram) 0
Vit C (gram) 0,015
Sumber : Direktorat Gizi Departemen Kesehatan RI (1992)
Gambar 2.4. Biji Cempedak dan buah Cempedak
2.6. Karbohidrat
Karbohidrat adalah senyawa polihidroksi yang biasa terdapat di alam, baik sebagai molekul-molekul yang relatif kecil ( gula) maupun sebagai kesatuan yang besar sampai makromolekul (polisakarida). Nama karbohidrat semula berasal dari rumus umum Cx(H2O)y, dengan hidrat dari karbon, tetapi bentuk defenisi sederhana ini tidak mencakup kelas karbohidrat yang luas (Sjostrom, 1995).
Karbohidrat banyak terdapat dalam bahan nabati, baik berupa gula sederhana, heksosa, pentosa, maupun karbohidrat dalam berat molekul tinggi seperti pati, pektin, selulosa,lignin. Poliskarida seperti pati banyak terdapat dalam serealia dan umbi-umbian, selulosa dan pectin banyak terdapat dalam buah-buahan. Sumber karbohidrat utama bagi bahan makanan kita adalah serealia dan umbi-umbian. Misalnya kandunagn pati dalam beras 78,3%, jagung 72,4%, singkong 34,6%, dan talas 40%.
2.6.1 Pati
Pati merupakan karbohidrat, kandungan utama pada tanaman tingkat tinggi yang diproduksi melalui fotosintesis dalam tanaman hijau. Pati diperoleh dalam seluruh organ tanaman tingkat tinggi yang disimpan dalam biji, umbi, akar, dan jaringan batang tanaman sebagai cadangan energy untuk masa pertumbuhan dan pertunasan. Selain sebagai bahan makanan pati juga digunakan dalam non food, diantaranya perekat,dtergen, dalam industry tekstil dan polimer. Pati merupakan polisakarida yang dapat diperbaharui (renewable), mudah rusak (degradable) dan harga murah (Winarno, 1998).
Pati digunakan dalam industri makanan baik sebagai komponen bahan makanan atau dihidrolisis lebih lanjut dengan menggunakan glukosa. Pati juga digunakan untuk menghasilkan kanji untuk kertas dan tekstil dan untuk diragikan menjadi alkohol (Cowd, 1991). Pati merupakan granula berwarna putih dengan diameter 2-100 µm, merupakan polimer karbohidrat dari unit anhidroglukosa. Pati tersususn dari 2 fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak larut disebut amilopektin.
Sifat-sifat dari amilosa: 1. Ikatannya linier (lurus)
2. Larut dalam air dingin dalam batas tertentu 3. Berat molekul rata-rata 1000-60000 (103-603)
4. Ikatan antara molekul α.D.glukosa dihubungkan pada ikatan 1,4.
Gambar 2.6 Struktur Amilopektin ( Sastrohamidjojo, 2005). Sifat-sifat dari amilopektin :
1. Ikatannya bercabang 2. Tidak larut dalam air dingin
3. Mempunyai berat molekul 60000-100000 (603-104)
4. Ikatan antar molekul α.D.glukosa dihubungkan oleh ikatan 1,4 dan ikatan 1,6 pada percabangan.
2.7. Karakterisasi dan pengujian bahan polimer
dalam penelitian ini adalah menggunakan analisa Sifat mekanik meliputi kekuatan tarik dan kemuluran, SEM ( Scanning Electron Microscopy), Uji biodegradable.
2.7.1. Analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kekuatan Tarik dan Kemuluran
Sifat mekanis biasanya biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (σ t) menggunakan alat pengukuran tensometer atau dinamometer, bila terhadap bahan diberikan tegangan. Secara praktis kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum (F
maks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang bahan. Karena selama dibawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka definisi kekuatan tarik dinyatakan dengan luas penampang semula (A0)
σ
t = Fmaks / Ao ………..………….. (2.2) selama deformasi, dapat diasumsikan bahwa volum spesimen tidak berubah, sehingga perbandingan luas penampang semula dengan penampang setiap saat, A
o/A = l/lo, dengan l dan l
o masing-masing adalah panjang spesimen setiap saat dan semula. Bila didefenisikan besaran kemuluran (ε) sebagai nisbah pertambahan panjang terhadap
panjang spesimen semula (ε = Δl/lo) maka diperoleh hubungan: A = A
o/ (l + ε) ………...… (2.3)
Gambar 2.8 Spesimen Uji Kekuatan Tarik Berdasarkan ASTM D – 638 – 72 – Type IV
Kedua ujung spesimen dijepit pada alat kemuluran kemudian dicatat perubahan panjang (mm) berdasarkan besar kecepatan 50 mm/menit (Yazdani, 2000).
2.7.2. Analisa Sifat Permukaan dengan Pengujian Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar X, elektron sekunder dan absorpsi elektron.
Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar tofografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detektor yang diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam suatu disket.
digunakan adalah perak, tetapi juga dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik digunakan emas atas campuran emas dan palladium (Rusdi, 2008).
2.7.3. Analisa Spektrofotometer FTIR
Sistem analisa spektroskopi infra merah (IR) telah memberikan keunggulan dalam mengkarakterisasi senyawa organik dan formulasi material komposit. Analisa infra merah (IR) akan menentukan gugus fungsi dari molekul yang memberikan regangan pada daerah serapan infra merah. Tahap awal identifikasi bahan polimer, maka harus diketahui pita serapan yang karakteristik untuk masing-masing polimer dengan membandingkan spektrum yang telah dikenal. Pita serapan yang khas ditunjukkan oleh monomer penyusun material dan struktur molekulnya ( Hummel, 1985)
2.7.4. Analisa Kemampuannya Terurai di Alam dengan Uji Biodegradable
Prosedur analitik untuk mengamati biodegradasi antara lain dengan : pengamatan visual, perubahan sifat mekanik dan massa molar, pengukuran pengurangan berat (penentuan polimer residu), konsumsi O2 dan perubahan CO2, penentuan biogas, pelabelan radio aktif, pembentukan daerah nyata (pada cawan agar), penurunan densitas optik, penurunan ukuran partikel, dan penentuan asam bebas. Standarisasi uji biodegradasi terbagi berdasarkan lingkungan uji yakni:
a. Pengujian kompos
b. Pengujian biodegradasi anaerobik
c. Pengujian biodegradasi di tanah. (Müller, 2005)
