PEMBUATAN
HYBRID BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL
CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PEMBUATAN
HYBRID BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL
CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
skripsi dengan judul “Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga
(mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dan Mikropartikel Clay
Dengan Plasticizer Gliserol”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di
Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.
2. Ibu Prof. Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc dan Bapak M. Hendra S. Ginting, ST., MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM , selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T., selaku koordinator penelitian.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Juli 2017
DEDIKASI
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Trecy Kartika NIM : 130405093
Tempat/tgl lahir : Jakarta, 15 Januari 1995 Nama Orang tua : Togi Pardede, SH
Alamat Orang tua : Jalan Stella Raya No. 11, Medan
Asal Sekolah
SD Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2000-2006
SMP Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2006-2009
SMA ST. Thomas 1 Medan tahun 2009-2012 Beasiswa yang pernah diperoleh :
-
Pengalaman organisasi/kerja :
1. HIMATEK USU periode 2016-2017 sebagai pengurus. 2. BKKMTKI tahun 2015 sebagai anggota
3. Kerja Praktek di PT. Toba Pulp Lestari tahun 2016.
Artikel yang telah dipublikasi dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah :
ABSTRAK
Hybrid biokomposit merupakan penambahan dua bahan atau lebih partikel penguat yang berbeda sifat-sifat sehingga terjadi interaksi maupun proses penguatan yang lebih komplek baik terhadap matriks maupun pengisi serta salah satu penyusunnya terbuat dari bahan alam. Pengisi hybrid yang digunakan yaitu zinc oxide (ZnO) yang berukuran nanopartikel yang bersifat ramah lingkungan dan mudah disintesa dan clay dengan sifat kuat, kaku, melimpah di alam, murah serta kemampuannya yang tinggi dalam menginterkalasikan partikel ke dalam strukturnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi biji mangga dan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay serta konsentrasi gliserol terhadap sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM). Pembuatan biokomposit merujuk pada metode melt intercalation, dimana tidak diperlukan penambahan pe larut dalam pembuatan hybrid
ABSTRACT
Hybrid biocomposite is the addition of two materials or more of different reinforcing particles of the properties resulting in interaction as well as a more complex reinforcement process both to the matrix and filler and one of the constituents made of natural materials. Hybrid fillers used are zinc oxide (ZnO), a nanoparticle-sized, environmentally friendly and readily synthesized and clay with strong, rigid, abundant in nature, inexpensive and high in interconnecting particles into its structure. The aim of this research is to know the potency of mango seed and filler of zinc oxide and clay nanoparticles and glycerol concentration to mechanical properties (tensile strength and elongation at break), physical properties (resistance to water and density), functional groups (FTIR) and surface morphology (SEM). Biocomposite production refers to the method of melt intercalation, which does not require the addition of solvent in the manufacture of hybrid biocomposites. In this study used mango seed starch mass of 5 grams, with ZnO filler mass of 0; 1; 3; And 6% wt and clay of 0; 3; 6; And 9 wt%, while mass of glycerol with variation 0; 20; 25; 30; And 35% wt. The heating temperature of the biocomposite solution used was 80,53 0C. The resulting biocomposites were analyzed for their physical and chemical properties, including FTIR, SEM, RVA, tensile strength, elongation at break, water absorption, and density. From result of FTIR analysis showed the expansion of OH group from 3599,17 cm-1 to 3645,46 cm-1. FTIR analysis result also shows the existence of new functional group formed that is group C=C (aromatic ring). The SEM results show the biocomposite morphology in which the hybrid filler is dispersed well enough that indirectly affects the mechanical properties of the biocomposite. From manganese starch starch analys is, starch content of starch 75,47%, amylopectin content 44,0%, amylose 14,82% and water content 12,65%, gelatinization temperature 80,53 0C with peak viscosity 5303 cP , And a breakdown viscosity of 1577 cP. In this study obtained biocomposite with the best conditions on the use of ZnO 3% hybrid filler, 6% clay and 25% glycero l, with a tensile strength of 6,053 MPa, percent extension at break off 58,148%, density 1,338 gr / cm3 and moisture absorption percentage 27,845 %.
2.9 GELATINISASI PATI ... 16
2.10 METODE PEMBUATAN BIOKOMPOSIT ... 17
2.10.1 Eksfoliasi/Adsorpsi ... 17
2.10.2 Polimerisasi In Situ Interkalatif ... 18
2.10.3 Interkalasi Larutan/Interkalasi Prepolimer dari Larutan ... 18
2.10.4 Melt Intercalation ... 18
2.11 PENGUJIAN BIOKOMPOSIT ... 18
2.11.1 Penentuan Rapat Massa (Densitas) ... 18
2.11.2 Sifat Kekuatan Tarik ... 19
2.11.3 Pemanjangan pada saat Putus ... 20
2.11.4 Scanning Electron Microscopy (SEM) ... 20
2.11.5 Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ... 21
2.11.6 Ketahanan terhadap Air ... 21
2.11.7 Uji Biodegrabilitas ... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN ... 23
3.2 BAHAN ... 23
3.3 PERALATAN ... 23
3.4 PROSEDUR PENELITIAN ... 23
3.4.1 Ekstraksi Pati ... 23
3.4.2 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Mikropartikel Clay serta Variasi Plasticizer Gliserol ... 24
3.4.3 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid ... 25
3.5 PROSEDUR ANALISIS ... 25
3.5.1 Prosedur Analisa Pati ... 25
3.5.1.1 Prosedur Analisa Kadar Pati ... 25
3.5.1.2 Prosedur Analisa Kadar Air ... 26
(FT-IR) ... 27
3.5.1.5 Prosedur Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ... 27
3.5.2 Prosedur Analisa Biokomposit ... 28
3.5.2.1 Prosedur Analisis Densitas ... 28
3.5.2.2 Prosedur Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ... 28
3.5.2.3 Prosedur Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus ... 28
3.5.2.4 Prosedur Pengujian Ketahanan terhadap Air ... 28
3.5.2.5 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ... 29
3.5.2.6 Prosedur Analisa Scanning Electron (SEM)... 29
3.5.3 Prosedur Uji Biodegrabilitas ... 29
3.5.3.1 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam ... 29
3.5.3.2 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ... 29
3.6 FLOWCHART PENELITIAN ... 30
3.6.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga ... 30
3.6.2 Flowchart Uji Kadar Pati ... 31
3.6.3 Flowchart Uji Kadar Air ... 32
3.6.4 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ... 33
3.6.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit ... 34
3.6.5.1 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer Gliserol ... 34
3.6.5.2 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Mikropartikel Clay dan Variasi Plasticizer Gliserol ... 35
3.6.5.3 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid... 36
3.6.6 Flowchart Analisa Densitas ... 37
3.6.7 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ... 38
3.6.9 Flowchart Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus ... 39
3.6.10 Flowchart Analisa Ketahanan terhadap Air ... 40
3.6.11 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ... 41
3.6.12 Flowchart Uji Biodegrabilitas ... 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam ... 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44
4.1 HASIL EKSTRAKSI DARI PATI BIJI MANGGA ... 44
4.2 HASIL KARAKTERISTIK PATI BIJI MANGGA ... 44
4.2.1 Kadar Pati... 44
4.2.2 Kadar Amilosa dan Amilopektin ... 45
4.2.3 Kadar Air... 46
4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PENGISI HYBRID DENGAN PLASTICIZER GLISEROL ... 46
4.4 KARAKTERISTIK MORFOLOGI PATI BIJI MANGGA DENGAN SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) ... 50
4.5 KARAKTERISTIK PROFIL GELATINISASI PATI DENGAN RVA (RAPID VISCO ANALYZER) ... 52
4.6 HASIL KARAKTERISTIK BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI MANGGA... 54
4.6.1 Hasil Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ... 54
4.6.2 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol terhadap Sifat Densitas Biokomposit ... 57
4.6.3 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol terhadap Kekuatan Tarik Biokomposit... 58
4.6.4 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit... 61
4.7 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA MORFOLOGI PATAHAN BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DENGAN PENGISI HYBRID DAN PLASTICIZER
GLISEROL ... 66
4.8 UJI BIODEGRABILITAS BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DENGAN PENGISI HYBRID DENGAN PLASTICIZER GLISEROL ... 69
4.9 KARAKTERISASI TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE (TEM) PENGISI NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) ... 71
BAB V KESIMPULAN ... 72
5.1 KESIMPULAN ... 72
5.2 SARAN ... 73
DAFTAR PUSTAKA ... 74
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN ... 80
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ... 86
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ... 89
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Rute Berbeda untuk Pembuatan Biokomposit ... 8
Gambar 2.2 Pengaruh Temperatur Gelatinisasi Terhadap Viskositas Pati ... 17
Gambar 3.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga ... 30
Gambar 3.2 Flowchart Pengujian Kadar Pati ... 31
Gambar 3.3 Flowchart Pengujian Kadar Air ... 31
Gambar 3.4 FlowchartAnalisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)... 33
Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer Gliserol ... 34
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer Gliserol ... 35
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi Hybrid dan Variasi Plasticizer Gliserol ... 36
Gambar 3.8 Flowchart Analisa Densitas ... 37
Gambar 3.9 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)... 38
Gambar 3.10 Flowchart Analisa Kuat Tarik ... 38
Gambar 3.11 Flowchart Analisa Perpanjangan Saat Putus ... 39
Gambar 3.12 Flowchart Analisa Ketahanan Terhadap Air ... 40
Gambar 3.13 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ... 41
Gambar 3.14 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanaman ... 42
Gambar 3.15 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ... 43
Gambar 4.1 (a) Biji Mangga (b) Pati Biji Mangga ... 44
Gambar 4.2 Karakteristik Hasil Analisa FT-IR ... 47
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Waktu dan Temperatur terhadap
Viskositas Pati Biji Mangga ... 52
Gambar 4.5 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol terhadap Densitas Biokomposit ... 57
Gambar 4.6 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol terhadap Sifat Kekuatan Tarik Biokomposit ... 58
Gambar 4.7 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit... 61
Gambar 4.8 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol terhadap Sifat Penyerapan Air Biokomposit ... 64
Gambar 4.9 Hasil Analisa Morfologi Patahan Biokomposit dari Pati Biji Mangga Tanpa Pengisi dengan Plasticizer Gliserol dan (b) Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid dan Plasticizer Gliserol di di Perbesaran 500x ... 66
Gambar 4.10 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid dan Plasticizer Gliserol ... 69
Gambar 4.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan dengan Pengisi ZnO dan Clay ... 69
Gambar 4.12 Karakteristik Transmission Electron Microscope (TEM) Pengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Pada Perbesaran 200 nm………. 72
Gambar C.1 Pati Biji Mangga... 89
Gambar C.2 Clay... 89
Gambar C.3 Zinc Oxide (ZnO) ... 90
Gambar C.4 Gliserol ... 90
Gambar C.5 Proses Pembuatan Bioplastik ... 91
Gambar C.6 Ultrasonikasi... 91
Gambar C.7 Alat Uji Tarik (Tensile Strength)... 92
Gambar C.8 Alat Uji FTIR (Fourier Transform Infra-Red) ... 92
Gambar C.9 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)... 93 Gambar C.10 (a) Produk Biokomposit dengan Pengisi Clay dan Variasi Gliserol
Gliserol ... 93
Gambar C.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan cara (a) Ditanam dan (b) Digantung ... 94
Gambar D.1 Hasil FT-IR Clay ... 95
Gambar D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO)... 96
Gambar D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ... 97
Gambar D.4 Hasil FT-IR Biokomposit Pati Biji Mangga tanpa Pengisi dan tanpa Plasticizer Gliserol... 98
Gambar D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan Plasticizer Gliserol dan tanpa Penambahan Pengisi... 99
Gambar D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan Plasticizer Gliserol dengan Penambahan Pengisi Hybrid ZnO Dan Clay ... 100
Gambar D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid ZnO dan Clay dengan Plasticizer Gliserol ... 101
Gambar D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan Kadar Amilopektin Pati Biji Mangga ... 102
Gambar D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay ... 103
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Variabel Bebas Penelitian ... 5
Tabel 2.2 Komposisi Pati Biji Mangga ... 11
Tabel 2.3 Sifat-Sifat Gliserol ... 12
Tabel 2.4 Sifat-Sifat ZnO (Zinc Oxide) ... 14
Tabel 4.1 Hasil Keterangan Gugus Fungsi Pati Biji Mangga Menggunakan FT-IR ... 48
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ... 11
Tabel A.1 Data Hasil Analisis Pati Biji Mangga ... 80
Tabel A.2 Data Hasil Analisis RVA (Rapid Visco Analyzer) Pati Biji Mangga ... 80
Tabel A.3 Data Hasil Analisis Densitas (Density) ... 80
Tabel A.4 Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ... 81
Tabel A.5 Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation At Break) ... 83
Tabel A.6 Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) ... 84
DAFTAR LAMPIRAN
A.4 Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ... 81
A.5 Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation At Break) ... 83
A.6 Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) ... 84
A.7 Hasil Pengujian Biodegrabilitas Biokomposit... 85
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ... 86
B.1 Perhitungan Pembuatan Biokomposit... 86
B.2 Perhitungan Densitas ... 86
B.3 Perhitungan Ketahanan Terhadap Air... 87
B.4 Perhitungan Ukuran Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dari Hasil TEM ... 87
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ... 89
C.1 Pati Biji Mangga ... 89
C.2 Clay ... 89
C.3 Zinc Oxide (ZnO) ... 90
C.4 Gliserol... 90
C.5 Proses Pembuatan Biokomposit... 91
C.6 Ultrasonikasi ... 91
C.7 Alat Uji Tarik (Tensile Strength) ... 92
C.8 Alat Uji FT-IR (Fourier Transform Infra-Red) ... 92
C.9 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) ... 93
(b) Digantung ... 94
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN ANALISIS LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN... 95
D.1 Hasil FT-IR Clay ... 95
D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO) ... 96
D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ... 97
D.4 Hasil FT-IR Bioplastik Pati Biji Mangga Tanpa Pengisi dan Tanpa Plasticizer Gliserol ... 98
D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan Plasticizer Gliserol dan Tanpa Penambahan Pengisi ... 99
D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan Plasticizer Gliserol dan dengan Penambahan Pengisi Hybrid Clay dan Zinc Oxide ... 100
D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid Clay dan Zinc Oxide serta Plasticizer Gliserol ... 101
D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan Kadar Amilopektin Pati Biji Mangga... 102
D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay... 103
