Pengaruh Penambahan Selulosa Nanokristal Dari Kulit Rotan Dengan Plasticizer Gliserol dan CO-Plasticizer Asam Asetat Dalam Pembuatan Biokomposit Berbahan Dasar Pati Sagu (Metroxylon sp)

(1)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Plastik merupakan hal yang tidak dapat dipisahkan dalam kehidupan manusia. Bahan atau kemasan yang berasal dari sumber yang tidak terbarukan ini sangat banyak digunakan karena memiliki keunggulan seperti bersifat mengikuti bentuk produk (fleksibel), transparan, ringan, dapat dikombinasikan dengan bahan lain dan juga tidak bersifat korosif. Namun, plastik ini juga mempunyai beberapa kekurangan seperti tidak tahan terhadap panas yang akan mengakibatkan terjadinya migrasi komponen monomer yang akan membahayakan keamanan dan kesehatan konsumen, serta kekurangannya yang lain yaitu mencemari lingkugan karena tidak dapat dihancurkan secara alami (non-biodegradable) [1].

Upaya dan inovasi yang dapat dilakukan untuk mengurangi penggunaan plastik yaitu dengan cara pengaplikasian plastik ramah lingkungan yang berasal dari bahan alam seperti pati, selulosa, kolagen, kasein atau protein yang terdapat dalam hewan. Plastik ini bersifat dapat terdegradasi dengan mudah oleh mikroba pengurai [2].

Sagu (Metroxylon sp) merupakan salah satu tanaman yang memiliki kadar pati yang tinggi. Pati merupakan komponen paling besar yang terdapat di dalam sagu. Produktivitas dari pati sagu kering merupakan yang terbesar yaitu 25 ton/tahun dibandingkan dengan ubi kayu 1,5 ton/tahun, kentang 2,5 ton/tahun dan juga jagung 5,5 ton/tahun. 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 bioplastik [3]. Beberapa penelitian terbaru yang telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik dengan bahan baku pati, seperti : pisang [4], beras [5], sagu [6] dan sebagainya.

(2)

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 oC [2]. Selain gliserol, penggunaan asam asetat juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan pendamping plasticizer (co-plasticizer). Dimana, gugus karboksil dari asam asetat akan membentuk ikatan hydrogen yang kuat dengan gugus hidroksil dari pati. Penggunaan asam asetat dan gliserol akan mempengaruhi kristalinitas bioplastik. Semakin tinggi kristalinitas menunjukkan bahwa asam asetat dan gliserol berikatan baik dengan pati [3].

Menurut penelitian Yuniarty L.I, et.al. (2014), yaitu sintesis dan karakterisasi bioplastik berbasis pati sagu (Metroxylon sp) dengan asam asetat dan gliserol menunjukkan bahwa perlakuan dengan penambahan asam asetat dan gliserol dapat meningkatkan sifat fisik dan mekanik bioplastik [3]. Selanjutnya yaitu penelitian Zuraida A, et.al. (2011), tentang studi biodegradable dari pati sagu dengan plasticizer gliserol dan citric acid didapat hasil terbaik terhadap kekuatan tarik yaitu

pada konsentrasi gliserol 30% [6].

Selain pati maupun plasticizer sebagai komponen pada bioplastik, biasanya sejumlah bahan pengisi alami ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan mekanis pada bioplastik [7]. Apabila pati digabung dengan pengisi maka akan membentuk suatu biokomposit, dimana dengan adanya bahan pengisi atau penguat dalam biopolimer akan memberikan pengaruh pada sifat-sifat komposit yang terbentuk [9].

Salah satu bahan alami yang dapat dijadikan sebagai pengisi yaitu rotan. Sebanyak 10 persen hutan di Indonesia terdiri dari rotan. Berdasarkan Direktorat Bina Produksi Kehutanan, luas hutan Indonesia yaitu sekitar 143 juta hektar, dimana sebanyak 13,40 juta hektar ditumbuhi oleh tanaman rotan [10].

(3)

terdegradasi. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, selulosa dapat dijadikan bahan pengisi organik yang menjanjikan [13].

Selulosa nanokristal mempunyai beberapa kelebihan yaitu mempunyai dimensi nano, modulus yang tinggi dan luas permukaan yang besar [14]. 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 [15]. Proses selanjutnya yaitu ultrasonikasi, dimana 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 [12].

Penelitian yang mengkaji pemanfaatan rotan sebagai pengisi pada komposit telah dilakukan oleh Siti N, et.al. (2010) [12]. Tetapi pemanfaatan bahan tersebut menggunakan metode kimiawi dengan cara hidrolisis asam dan perlakuan mekanik dengan menggunakan alat ultrasonik serta sebagai pengisi dalam biokomposit merupakan hal yang baru. Kebaruan pemanfaatan selulosa nanokristal sebagai pengisi dalam pembuatan bioplastik yang dibuat didukung dengan kemampuan biodegradasi bahan karena mengandung bahan pengisi alami.

(4)

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Adapun yang menjadi rumusan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Bagaimana karakteristik selulosa nanokristal dari rotan meliputi analisa Transform Electron Microscopy (TEM), 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 asetat 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 Transform Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD) dan

karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR).

2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan selulosa nanokristal dari rotan dengan plasticizer gliserol dan co-plasticizer asam asetat terhadap 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.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

1. Meningkatkan nilai ekonomis dari limbah 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 padat rotan yang dihasilkan industri furniture. 3. Memberikan informasi bagi penelitian selanjutnya mengenai pengaruh

(5)

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:

a.Variabel tetap:

a. Variabel tetap pembuatan selulosa nanokristal:

 Bahan baku : kulit rotan [29]

 Kondisi operasi Delignifikasi:  HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2 : 90 oC ; 120 menit [29]

 Kondisi operasi alkalisasi:  Alkasisasi I : NaOH 2% dan Na2SO3 2% : 50 oC ; 60 menit [29]

 Alkalisasi II : NaOH 17,5% : 80 oC ; 30 menit [29]

 Kondisi operasi pemutihan  Pemutihan I : NaOCl1,75% : 60 o_{C ; 60 menit [29]}

 Pemutihan II : H2O2 10% : 60 oC ; 60 menit [29]

 Kondisi operasi hidrolisis  H2SO4 45% : 45 oC ; 45 menit [29]

 Kondisi operasi sentrifugasi  Kecepatan putaran : 10000 rpm [29]

 Waktu putaran : 25 menit [29]

 Kondisi operasi ultrasonikasi  Waktu : 10 menit [29]

 Kondisi operasi filtrasi  Waktu : 4 hari [29]

b. Variabel tetap pembuatan biokomposit:  Bahan baku : pati sagu  Massa pati sagu : 10 gram [4]

 Perbandingan pati dengan aquadest : 1 : 10 (w/v) [2]

 Ukuran pati sagu : 200 mesh [16]

 Berat gliserol : 30% [6]

(6)

c. Variabel berubah:

 Berat pengisi (w/w) = 1%, 2%, 3% dan 4% [17]  Berat asam asetat (w/w) = 10%, 20%, 30% dan 40% [3,6]

Analisis 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).

 Fourier Transform Infra Red (FTIR).

 Densitas (Density).

 Sifat kekuatan tarik (Tensile strength).