Download pdf - PRODUKSI PLASTIK KOMPOSIT DARI PENCAMPURAN … · komposit biodegradabel dengan metode pencampuran antara polimer alami (tapioka dan onggok) dengan polimer sintetis ( compt. HDPE)

PRODUKSI PLASTIK KOMPOSIT

DARI PENCAMPURAN TAPIOKA DAN

ONGGOK TERMOPLASTIS DENGAN HDPE

Oleh :

UMI REZA LESTARI

F34052400

2010

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

Umi Reza Lestari. F34052400. Produksi Plastik Komposit dari Pencampuran Tapioka dan Onggok Termoplastis dengan HDPE. Di bawah bimbingan M. Zein Nasution dan Titi Candra Sunarti. 2010.

RINGKASAN

Plastik merupakan polimer sintetis yang banyak diaplikasikan secara global karena berbagai keunggulannya. Namun permasalahan kemudian muncul ketika plastik telah dibuang ke lingkungan dan tidak dapat terdegradasi karena sifatnya yang ‘abadi’, sementara penggunaannya dari tahun ke tahun semakin meningkat. Pengembangan plastik biodegradabel berbasiskan pati merupakan salah satu alternatif untuk memecahkan permasalahan ini serta diharapkan mampu meningkatkan nilai tambah produk pertanian lokal.

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses pembuatan plastik komposit biodegradabel dengan metode pencampuran antara polimer alami (tapioka dan onggok) dengan polimer sintetis (compt.HDPE) serta mengkaji karakteristik mekanik, termal, dan biodegradabilitas plastik komposit.

Penelitian ini diawali dengan persiapan dan karakterisasi tapioka dan onggok sebagai bahan pembuatan plastik komposit. Selanjutnya dilakukan pembuatan tapioka dan onggok termoplastis dengan penambahan bahan pemlastis air sebanyak 25% dan gliserol sebanyak 15% dan 20% dari total bobot bahan. Compt.HDPE dibuat dengan menambahkan 0,1% dikumil peroksida (DCP) dan 1% maleat anhidrida (MA) pada resin HDPE. Tahap terakhir yaitu pembuatan plastik komposit melalui pencampuran antara tapioka dan onggok termoplastis dengan compt.HDPE pada perbandingan 20% : 80%. Analisis karakteristik plastik komposit yang dilakukan meliputi pengujian sifat mekanik (kekuatan tarik dan elongasi), sifat termal (Tm, Tg, dan ∆H), serta biodegradabilitas secara kualitatif dan kuantitatif (enzimatis).

Hasil analisis mutu tapioka memperlihatkan bahwa tapioka yang digunakan telah memenuhi standar mutu sesuai SNI 01-3451-1994. Hasil karakterisasi onggok menunjukkan bahwa onggok mengandung serat kasar dalam jumlah cukup banyak. Berdasarkan hasil pengujian sifat mekanik diketahui bahwa compt.HDPE-tapioka dengan penambahan gliserol 15% memiliki nilai kekuatan tarik yang paling mendekati polimer HDPE murni, demikian pula dengan nilai elongasinya. Pengujian sifat termal menunjukkan bahwa penambahan polimer alami sebanyak 20% terhadap polimer sintetis tidak memberikan pengaruh yang signifikan.

Berdasarkan hasil pengujian biodegradabilitas secara kualitatif, diperoleh hasil plastik komposit memiliki kemampuan untuk terdegradasi. Hal ini dapat dilihat dari tumbuhnya kapang pada beberapa bagian permukaan sampel. Hasil pengujian biodegradabilitas secara kuantitatif menunjukkan bahwa persentase pengurangan bobot plastik pada compt.HDPE-onggok lebih besar dibandingkan compt.HDPE-tapioka. Penggunaan enzim α-amilase untuk mendegradasi pati dan selulase untuk mendegradasi selulosa pada compt.HDPE-onggok menghasilkan total glukosa yang lebih banyak sehingga bobot plastik yang terdegradasi pun lebih besar.

Umi Reza Lestari. F34052400. Production of Composite Plastic from Thermoplastic Tapioca and Cassava Bagasse Blending with HDPE. Under supervision of M. Zein Nasution dan Titi Candra Sunarti. 2010.

SUMMARY

Plastic is one of synthetic polymer which globally applicated because of its advantages. However, many problems emerged when plastic was discarded which cause serious environmental pollution because it can not be degraded, while its utilization increases year to year. Development of starch-based biodegradable plastic can be one alternative to solve this problem and expected to increase the added value of local agricultural products.

This research aims are to study the production of composite biodegradable plastic using blending method of natural (tapioca and cassava bagasse) and synthetic (HDPE) polymers; and to analyze mechanical, thermal, and biodegradability characteristics of the composite plastic.

The research was preceed with preparation and characterization of tapioca and cassava bagasse as composite plastic materials. It was followed with preparation of thermoplastic starch by adding plasticizers. Water is added up to 25% concentration of material total mass, while glycerol is added in 15% and 20% concentration. Compatibilized HDPE was made by adding 0,1% of dicumyl peroxyde and 1% of maleic anhydride in HDPE resin. The last step is processing composite plastic using blending method of thermoplastics starch and compt.HDPE in 20% and 80% ratio. Composite plastic then evaluated for its mechanical, thermal, and biodegradability characteristics.

Based on quality requirement, tapioca has good quality appropriate with SNI 01-3451-1994. Result of characterization showed that cassava bagasse has high fiber content up to 33,80%. Based on the results of mechanical properties testing, it is known that compt.HDPE-tapioca with the addition of 15% glycerol has a tensile strength close to HDPE resins, as well as the elongations value. Thermal properties testing showed that the addition of 20% natural polymers in blending process gave insignificant influence.

The results of biodegradability examination showed that composite plastics are capable to be degraded by microorganism. In qualitative examination, it can be seen from the growth of the fungi in some parts of the sample surface. In quantitative examination using enzymes, percentation of compt.HDPE-cassava bagasse weight loss was larger than compt.HDPE-tapioca. This is influenced by the use of α-amylase and cellulase in compt.HDPE-cassava bagasse so that the total glucose results higher, which means more degradable.

di SMA Negeri 1 Tenggarong pada tahun 2005, penulis melanjutkan pendidikan

S1 di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor melalui jalur Beasiswa Utusan Daer

Kutai Kartanegara.

Selama masa pendidikan di Departemen Teknologi Industri Pertanian, penulis

aktif dalam Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HILAMOGIN) sebagai

staf Kesekretariatan (2006/2007), Forum Bina Islami FATETA (FBI

staf divisi HRD (2006/2007) dan staf divisi Kemuslimahan (2007/2008), serta

Komunitas Pengabdian dan Pemberdayaan Masyarakat (KPPM) pada tahun

2008/2009. Pada tahun 2009 penulis menjadi salah satu asisten praktikum Mata

Kuliah Teknologi Minyak Atsiri, Re

Minyak, Lemak, dan Oleokimia. Penulis juga pernah menjadi tenaga pengajar

pada lembaga bimbingan belajar Primagama dan Bintang Pelajar. Pada tahun

2008, penulis melaksanakan kegiatan Praktik Lapang di PT Industri Jamu

Borobudur, Semarang, dengan judul laporan “Mengkaji Aspek Teknologi Proses

Produksi dan Pengendalian Mutu Produk Herbal di PT Industri Jamu Borobudur”.

Penulis melakukan penelitian dengan judul “

dari Pencampuran Tapioka dan Onggok

sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Departemen

Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian

Bogor, di bawah bimbingan Ir. M. Zein Nasution, M.App.Sc dan Dr. Ir. Titi

Candra Sunarti, M.Si.

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Semarang pada

November 1986 dari Ayah Sapari dan Ibu Marinah.

Penulis merupakan anak pertama dari empat

bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di

SD Negeri Gunungpring II pada tahun 1999 dan

melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Muntilan

hingga tahun 2002. Setelah menyelesaikan pendidikan



Institut Pertanian Bogor melalui jalur Beasiswa Utusan Daerah (BUD) Kabupaten



staf Kesekretariatan (2006/2007), Forum Bina Islami FATETA (FBI




Kuliah Teknologi Minyak Atsiri, Rempah, dan Fitofarmaka serta Teknologi






Penulis melakukan penelitian dengan judul “Produksi Plastik Komposit

dari Pencampuran Tapioka dan Onggok Termoplastis dengan HDPE




a Sunarti, M.Si.

Penulis dilahirkan di Semarang pada tanggal 06

November 1986 dari Ayah Sapari dan Ibu Marinah.

Penulis merupakan anak pertama dari empat

bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di

SD Negeri Gunungpring II pada tahun 1999 dan

melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Muntilan

tahun 2002. Setelah menyelesaikan pendidikan



ah (BUD) Kabupaten



staf Kesekretariatan (2006/2007), Forum Bina Islami FATETA (FBI-F) sebagai




mpah, dan Fitofarmaka serta Teknologi






Produksi Plastik Komposit

Termoplastis dengan HDPE”




SURAT PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan

judul “Produksi Plastik Komposit dari Pencampuran Tapioka dan Onggok

Termoplastis dengan HDPE” adalah karya saya sendiri dengan arahan dosen

pembimbing. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang

diterbitkan maupun tidak diterbitkan penulis lain telah disebutkan dalam teks dan

dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Januari 2010

Yang membuat pernyataan,

Umi Reza Lestari F34052400



PRODUKSI PLASTIK KOMPOSIT



SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

Umi Reza Lestari

F34052400

2010



BOGOR

JUDUL : PRODUKSI PLASTIK KOMPOSIT



NAMA : UMI REZA LESTARI NRP : F34052400

Menyetujui,

Pembimbing I, Pembimbing II,

(Ir. M. Zein Nasution, M.App.Sc.) (Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si.) NIP : 19451225 197204 1 001 NIP : 19661219 199103 2 001

Mengetahui :

Ketua Departemen,

(Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti) NIP : 19621009 198903 2 001

Tanggal Lulus :

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala

berkat, rahmat, dan kasih sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi dengan baik. Skripsi dengan judul “Produksi Plastik Komposit dari

Pencampuran Tapioka dan Onggok Termoplastis dengan HDPE” ini disusun

sebagai syarat untuk memeroleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada

Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut

Pertanian Bogor.

Penulis menyadari bahwa penyelesaian skripsi ini bukan hanya dari usaha

penulis semata. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

terima kasih kepada pihak-pihak yang telah mendukung dan membantu penulis,

yaitu :

1. Ayah dan Ibu atas doa, dukungan, dan kasih sayang yang mengalir tiada

henti. Anni, Arum, dan Elin atas keluguan dan keceriaan yang mewarnai

serta memberikan inspirasi pembelajaran dalam hidup penulis.

2. Ir. M. Zein Nasution, M.App.Sc. selaku dosen pembimbing I atas ilmu,

bimbingan, arahan, dan kesabaran yang diberikan selama membimbing

penulis.

3. Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si. selaku dosen pembimbing II atas ilmu,

bimbingan, arahan, motivasi, dan kesabaran yang diberikan kepada penulis

selama penyelesaian skripsi.

4. Drs. Chilwan Pandji, S.Apth, M.S. selaku dosen penguji atas arahan dan

saran yang diberikan dalam perbaikan skripsi.

5. Seluruh dosen Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas

Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor atas transfer ilmu

pengetahuan dan teknologi, serta arahan, bimbingan, dan dukungan yang

luar biasa.

6. Seluruh staf laboratorium dan UPT Departemen Teknologi Industri

Pertanian atas seluruh informasi, keramahan, dan bantuan kepada penulis

selama penelitian.

7. Om Salamun dan Tante Sumiarsih sekeluarga atas dukungan, nasihat,

motivasi, kepedulian tulus, serta pembelajaran hidup sangat berharga yang

menjadi pecutan semangat bagi penulis.

8. Michael Lee dan Mba Ria : rekan tim bioplastik atas segala bantuan, kerja

sama, serta dukungannya selama penelitian.

9. Yahman Faoji dan Dony Wahyudi, rekan satu bimbingan atas segala

bantuan, support, dan motivasinya.

10. Nadiyah Khaeriyyah, Amalia Riyanti, Nutriana Dinnuriah, dan Denok

Monda H.N. Terima kasih untuk sebuah persahabatan manis yang indah.

11. Siti Komariah, Adiesty Permata, Mirani Oktavia, dan Tri Yanti. Terima

kasih atas rangkaian tawa, ceria, jatuh, duka, gundah, bahagia, dan sejuta

cerita yang mewarnai persahabatan kita. Semoga Allah mengekalkan

ukhuwah kita. Ana uhibbukum fillah..

12. Rekan-rekan seperjuangan TIN 42. Terima kasih atas simfoni antusiasme

cita, sharing ilmu dan ide, semangat kekompakan, serta rangkaian

kebersamaan yang selalu terlantun indah.

13. Seluruh rekan Forum Mahasiswa Beasiswa Utusan Daerah Kutai

Kartanegara. Terima kasih atas transfer motivasi, dukungan, kekompakan,

kepedulian, kelucuan, dan kehangatan sebuah keluarga yang mewarnai

pencapaian cita kita.

14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah

membantu penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini belumlah sempurna. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang konstruktif demi kesempurnaan

skripsi ini. Akhirnya, penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan

manfaat bagi semua pihak yang berkepentingan. Terima kasih.

Bogor, Januari 2010

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ..............................................................................

DAFTAR ISI ............................................................................................

DAFTAR TABEL ....................................................................................

DAFTAR GAMBAR ................................................................................

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................

I. PENDAHULUAN .................................................................................

A. Latar Belakang .................................................................................

B. Tujuan ...............................................................................................

II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................

A. Pati ...................................................................................................

B. Ubi Kayu ..........................................................................................

1. Tapioka ........................................................................................

2. Onggok ........................................................................................

C. Pati Termoplastis .............................................................................

D. Bahan Pemlastis : Gliserol ...............................................................

E. Biodegradable Plastic ......................................................................

F. High Density Polyethylene (HDPE) .................................................

G. Bahan Aditif ....................................................................................

1. Compatibilizer (Maleat Anhidrida) ..............................................

2. Inisiator (Dikumil Peroksida) .......................................................

H. Sifat Plastik Komposit .....................................................................

1. Sifat Mekanik ...............................................................................

2. Sifat Termal ..................................................................................

3. Biodegradabilitas ..........................................................................

III. METODOLOGI PENELITIAN ......................................................

A. Bahan dan Alat ................................................................................

B. Waktu dan Tempat Penelitian ..........................................................

C. Metode Penelitian ............................................................................

1. Persiapan dan Karakterisasi Awal Bahan ...................................

2. Pembuatan Pati Termoplastis ......................................................

i

iii

v

vi

vii

1

1

3

4

4

7

8

11

12

13

16

17

20

21

23

24

24

26

27

29

29

30

30

30

31

3. Pencampuran Pati Termoplastis dan Compt.HDPE ....................

4. Analisis Sifat Plastik Komposit ..................................................

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .........................................................

A. Karakterisasi Tapioka dan Onggok ................................................

1. Mutu Tapioka ...........................................................................

2. Mutu Onggok ...........................................................................

3. Komponen Fisiko-Kimia Tapioka dan Onggok .......................

B. Pembuatan Tapioka dan Onggok Termoplastis .............................

C. Pencampuran Pati Termoplastis dengan Compt.HDPE .................

D. Karakteristik Plastik Komposit ......................................................

1. Sifat Mekanik Plastik Komposit ..............................................

2. Sifat Termal Plastik Komposit .................................................

3. Pengujian Biodegradabilitas Plastik Komposit ........................

V. KESIMPULAN DAN SARAN ..........................................................

A. Kesimpulan ......................................................................................

B. Saran ................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................

LAMPIRAN .............................................................................................

32

32

34

35

35

37

38

39

42

45

45

49

54

61

61

62

63

70

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.

Tabel 2.

Tabel 3.

Tabel 4.

Tabel 5.

Tabel 6.

Tabel 7.

Tabel 8.

Tabel 9.

Tabel 10.

Tabel 11.

Tabel 12.

Tabel 13.

Tabel 14.

Tabel 15.

Tabel 16.

Tabel 17.

Perbandingan Sifat Amilosa dan Amilopektin ....................

Perbandingan Sifat Beberapa Jenis Pati ...............................

Komposisi Kimia Ubi Kayu (per 100 g bahan) ...................

Produksi Beberapa Hasil Pertanian Sekunder di Indonesia..

Komposisi Kimia Tapioka ...................................................

Persyaratan Mutu Tapioka Menurut SNI 01-3451-1994......

Komposisi Onggok Tapioka ................................................

Karakteristik Gliserol ...........................................................

Perbandingan Sifat LDPE, MDPE, dan HDPE ....................

Karakteristik Kimia Maleat Anhidrida ................................

Karakteristik Sifat Stress-Strain Beberapa Polimer .............

Karakterisasi Mutu Tapioka Hasil Penelitian ......................

Karakteristik Onggok Hasil Penelitian ................................

Komponen Kimia Tapioka dan Onggok .............................

Hasil Analisis Sifat Mekanik Plastik Komposit ...................

Hasil Pengujian Sifat Termal Plastik Komposit ..................

Presentase Pengurangan Bobot Plastik Komposit Berdasarkan Hasil Pengujian Enzimatis ..............................

5

6

7

8

9

10

11

15

19

22

26

35

37

38

46

50

59

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.

Gambar 2.

Gambar 3.

Gambar 4.

Gambar 5.

Gambar 6.

Gambar 7.

Gambar 8.

Gambar 9.

Gambar 10.

Gambar 11.

Gambar 12.

Gambar 13.

Gambar 14.

Gambar 15.

Gambar 16.

Gambar 17.

Struktur Rantai Molekul Amilosa ......................................

Struktur Rantai Molekul Amilopektin ...............................

Granula Tapioka ................................................................

Struktur Molekul Gliserol ..................................................

Struktur Molekul Polietilen ...............................................

Contoh Produk Kemasan HDPE yang beredar di pasar ....

Struktur Molekul Maleat Anhidrida ..................................

a) Kurva stress-strain plastik dan b) Kurva stress-strain untuk empat tipe material polimer .....................................

Diagram Alir Metode Penelitian ........................................

Granula pati pada pati dan onggok tapioka termoplastis dengan perbesaran 200 x ..............................................

Bahan baku pembuatan plastik komposit ..........................

Pengaruh jenis pati dan komposisi gliserol terhadap energi torsi selama pengadukan. a) Tapioka termoplastis dengan komposisi gliserol 15% dan 20% dan compt. HDPE, b) Onggok termoplastis dengan komposisi gliserol 15% dan 20% dan compt. HDPE ..........................

Pellet Plastik Komposit hasil pencampuran (a) compt.HDPE-tapioka termoplastis dan (b) compt.HDPE-onggok termoplastis ...........................................................

Kromatogram DSC a) HDPE murni dan compt.HDPE-tapioka; b) HDPE murni dan compt.HDPE-onggok ..........

Hasil Analisis Biodegradabilitas pada Kontrol .................

Hasil Analisis Biodegradabilitas pada compt.HDPE-tapioka dan compt.HDPE-onggok menggunakan kapang Aspergillus niger ................................................................

Hasil Analisis Biodegradabilitas pada compt.HDPE-tapioka dan compt.HDPE-onggok menggunakan kapang Penicillium sp. ...................................................................

4

5

9

15

18

20

22

25

33

40

43

44

45

53

55

56

57

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Prosedur Analisis Karakteristik Pati ..............................

Lampiran 2. Prosedur Analisis Karakterisasi Plastik Komposit .........

Lampiran 3. Data Hasil Analisis .........................................................

71

75

78

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Dalam kurun beberapa dekade terakhir, plastik sebagai material hasil

rekayasa polimer berbasis petrokimia telah digunakan secara luas dalam berbagai

produk, mulai dari kemasan, peralatan rumah tangga, sepatu, hingga komponen

berteknologi tinggi seperti barang elektronik, otomotif, dan pesawat terbang.

Bahan ini banyak digunakan karena berbagai keunggulannya seperti mempunyai

sifat mekanik dan barrier yang baik, harga yang murah, serta kemudahan

dalam proses pembuatan dan aplikasinya. Namun, plastik juga mempunyai

kelemahan yaitu sifatnya yang sulit diuraikan oleh alam, baik oleh curah hujan,

panas matahari, maupun mikroorganisme tanah (Anonim, 2002) sehingga

menyebabkan masalah yang sangat serius bagi lingkungan ketika produk ini sudah

tidak terpakai lagi dan menjadi limbah.

Dilihat dari jenisnya, limbah plastik merupakan komponen ketiga terbanyak

yang dibuang setelah limbah organik dan kertas. Menurut survei yang dilakukan

oleh Komisi Lingkungan Hidup pada 10 kota besar di Indonesia sebelum tahun

2000, komposisi sampah organik dan sampah non organik adalah 30% : 70%,

sementara di tahun 2008 komposisi sampah non organik termasuk sampah plastik

sudah meningkat menjadi 35%. Meski dari segi jumlah tidak tergolong banyak,

limbah plastik merupakan masalah lingkungan yang terbesar. Karena sifatnya

yang ringan, plastik cenderung terangkat ke permukaan ketika ditimbun sehingga

mengotori lingkungan sekitar. Diperlukan waktu dan proses yang sangat lama

(sekitar 1.000 tahun) untuk menguraikan plastik secara alami di dalam tanah. Di

dalam air, plastik dapat menyumbat aliran, mengganggu kehidupan organisme

perairan, serta memerlukan waktu 450 tahun untuk terurai (BBC News, 2008).

Bila dibakar plastik akan menimbulkan asap beracun yang membahayakan

lingkungan dan kesehatan manusia.

Fang dan Fowler (2003) menyatakan bahwa setiap tahun digunakan 125 juta

ton plastik di seluruh dunia. Dari jumlah tersebut, lebih dari 30 juta ton digunakan

untuk bahan kemasan, seperti kemasan makanan, plastik untuk pertanian, dan

kantong sampah. Riset yang dilakukan oleh PT Lion Superindo (2008)

menyatakan bahwa dalam periode satu tahun, penggunaan kantong plastik

masyarakat dunia mencapai 500 juta sampai dengan 1 miliar kantong. Jika

sampah-sampah ini dibentangkan, maka dapat membungkus permukaan bumi

hingga 10 kali lipat. Di Indonesia, rata-rata setiap individu menghasilkan 0,8

kilogram sampah per hari, dimana sebanyak 15% merupakan sampah plastik.

Dengan asumsi 220 juta penduduk Indonesia, maka sampah plastik yang terbuang

mencapai 26.500 ton per hari (KLH, 2007). Di sisi lain, apabila ditinjau dari sisi

bahan baku, untuk membuat plastik dengan jumlah total konsumsi satu tahun

dibutuhkan 12 juta barel minyak. Hal ini tentu saja mengancam ketersediaan

sumber daya minyak bumi yang tidak terbarukan.

Pemecahan masalah limbah plastik dapat dilakukan melalui beberapa

pendekatan yaitu daur ulang, teknologi pengolahan sampah plastik, serta

pengembangan bahan plastik baru yang dapat terurai dalam lingkungan

(biodegradable plastic). Biodegradable plastic merupakan plastik yang dibuat

dari sumber bahan baku alami yang bersifat dapat diperbaruhi (renewable), dapat

didegradasi (biodegradable), dan tidak beracun (non toxic). Seiring

meningkatnya kesadaran akan pentingnya sustainable development dan eco-

efficiency, biodegradable plastic dinilai merupakan alternatif solusi yang lebih

baik. Beberapa contoh biodegradable plastic yang telah dikembangkan antara lain

poli asam glikolat, poli asam laktat, poli kaprolakton, dan poli vinil alkohol; hasil

kultivasi mikroba seperti golongan poliester dan polisakarida; serta hasil

modifikasi kimia bahan-bahan alami seperti pati, selulosa, kitin, dan protein

kedelai (Huang dan Eddelman, 1995).

Dengan kekayaan sumber daya alamnya, Indonesia memiliki potensi besar

untuk mengembangkan biodegradable plastic berbasis polimer alami, terutama

pati. Sebagai bahan baku plastik, pati diunggulkan karena ketersediaanya yang

melimpah, harga yang relatif murah, tingkat biodegradabilitas yang tinggi,

kemudahan proses, morfologi akhir yang baik, serta penyebaran yang lebih merata

sebagai akibat adanya destrukturisasi. Salah satu sumber pati yang potensial di

Indonesia adalah pati ubi kayu (tapioka). Rata-rata produktivitas ubi kayu

nasional sebesar 12,2 ton/ha (BPS, 2000), sementara pemanfaatannya sebagian

besar masih terbatas untuk bahan baku atau bahan tambahan dalam industri

pangan. Data tersebut menunjukkan besarnya potensi ubi kayu untuk

dikembangkan lebih lanjut.

Proses ekstraksi tapioka menghasilkan limbah cair dan padat yang dapat

mencemari lingkungan jika tidak diolah dengan baik. Limbat padat industri

tapioka yang sering disebut onggok (cassava bagasse), jumlahnya dapat mencapai

30% (b/b) dari bahan baku (Djarwati et al., 1993). Sebagai ampas ekstraksi

tapioka yang umumnya dilakukan secara tradisional, onggok masih mengandung

banyak pati. Selain itu, tingginya kandungan serat dalam onggok juga dapat

memberikan pengaruh terhadap sifat mekanik plastik yang dihasilkan.

Meskipun memiliki keunggulan mudah terbiodegradasi, plastik biodegradabel

berbasis pati dan onggok memiliki kelemahan pada rendahnya sifat mekanis. Oleh

karena itu, dilakukan pencampuran dengan plastik sintetis HDPE untuk

mempertahankan sifat mekanisnya. Dalam proses pembuatannya, dilakukan

modifikasi terlebih dahulu pada pati dan onggok agar diperoleh karakteristik sifat

termoplastis yang diinginkan. Bahan pemlastis ditambahkan agar pati dan onggok

memiliki sifat elastis, sementara compatibilizer digunakan dalam pencampuran

pati termoplastis dan HDPE agar pencampuran berlangsung sempurna.

B. Tujuan

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk :

• Mempelajari teknologi proses pembuatan plastik komposit biodegradabel

dengan metode pencampuran antara polimer alami (tapioka dan onggok)

dengan polimer sintetis (HDPE)

• Mengetahui karakteristik mekanik, termal, dan biodegradabilitas plastik

komposit yang dihasilkan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. PATI

Pati merupakan salah satu jenis polisakarida terpenting dan tersebar luas di

alam selain selulosa, lignin, pektin, khitin, dan lain-lain. Pati berfungsi sebagai

cadangan makanan bagi tumbuh-tumbuhan yang terdapat di berbagai bagian

antara lain di dalam biji buah (padi, jagung, gandum), di dalam umbi (ubi kayu,

ubi jalar, talas, ganyong, kentang), dan pada batang (aren dan sagu). Bentuk pati

digunakan untuk menyimpan glukosa dalam proses metabolisme

(Tjokroadikoesoemo, 1986).

Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Tiap jenis

pati mempunyai sifat yang tidak sama. Hal ini dipengaruhi oleh panjang rantai

karbonnya serta perbandingan antara molekul yang lurus dan bercabang.

Komponen penyusun pati ada tiga, yaitu : amilosa, amilopektin dan bahan antara

(seperti protein dan lemak). Bahan antara tersebut biasanya terdapat dalam jumlah

5-10% dari berat total (Banks dan Greenwood, 1975). Berat molekul pati

bervariasi tergantung pada kelarutan dan sumber patinya (Hart, 1990).

Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi

yang relatif larut dalam air disebut amilosa dan fraksi yang tidak larut air disebut

amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α-(1,4)-glikosidik,

seperti terlihat pada Gambar 1. Panjang rantai lurus tersebut berkisar antara 250-

2000 unit D-glukosa. Molekul amilosa tidak semua sama ukurannya, tergantung

pada sumber pati dan tingkat kematangannya. Berat molekul amilosa dipengaruhi

oleh panjang rantai polimer, sedangkan panjang rantai polimer dipengaruhi oleh

sumber pati (Fennema, 1976). Secara umum molekul amilosa dari umbi akar

mempunyai rantai yang lebih panjang dan berat molekul yang lebih tinggi

dibandingkan molekul amilosa yang berasal dari serealia.

Gambar 1. Struktur rantai molekul amilosa

Struktur kimia amilopektin pada dasarnya sama seperti amilosa yang terdiri

dari rantai pendek α-(1,4)-glikosidik dalam jumlah besar. Perbedaannya,

amilopektin mempunyai tingkat percabangan yang tinggi dan bobot molekul yang

besar dengan ikatan α-(1,6)-glikosidik pada percabangannya (dapat dilihat pada

Gambar 2). Tiap cabang mengandung 20-25 unit D-glukosa. Adanya rantai

cabang membuat amilopektin memiliki ikatan yang lebih kuat daripada amilosa

sehingga struktur molekulnya lebih stabil. Karena itu amilopektin kurang larut

dalam air dan cenderung bersifat lengket (Winarno, 1995).

Gambar 2. Struktur rantai molekul amilopektin

Menurut Flach (1993) amilopektin mempunyai ukuran yang lebih besar

daripada amilosa karena bentuknya lebih rapat dan padat, tetapi mempunyai

kekentalan yang lebih rendah. Hal ini menunjukkan bahwa struktur amilopektin

lebih kompak bila terdapat dalam larutan. Tabel 1 di bawah ini menyajikan

perbandingan karakteristik amilosa dan amilopektin pada pati.

Tabel 1. Perbandingan Sifat Amilosa dan Amilopektin

Karakteristik Amilosa Amilopektin

Struktur umum Linear Bercabang

Ikatan α-1,4 α-1,4 dan α-1,6

Panjang rantai rata-rata ~103 20-25

Derajat polimerisasi ~103 104-105

Kompleks dengan iod Biru (λ=650 nm) Ungu-coklat (λ=550 nm)

Produk hidrolisis dengan α-amilase

Maltotriosa, glukosa, maltosa, oligosakarida

Gula pereduksi (sedikit), oligosakarida (dominan)

Pembentukan lapisan film kuat rapuh Sumber : Pomeranz (1991)

Pati alami biasanya mengandung amilopektin lebih banyak daripada amilosa.

Menurut Stoddard (1999), butiran pati mengandung amilosa berkisar antara 15-

30% dan amilopektin sekitar 70-85%. Rasio amilosa dan amilopektin akan

mempengaruhi sifat-sifat pati. Jika kadar amilosa tinggi, maka pati akan bersifat

kering, kurang lekat, dan cenderung higroskopis. Perbandingan antara amilosa dan

amilopektin juga akan berpengaruh terhadap sifat kelarutan dan derajat

gelatinisasi pati. Pati dengan kadar amilosa rendah akan mempunyai suhu

gelatinisasi tinggi. Amilopektin bergabung dengan rantai lurus amilosa

membentuk daerah kristalin. Hasil dari penggabungan ini melalui ikatan hidrogen

menyebabkan granula pati tidak larut dalam air dingin. Perbandingan sifat dan

rasio amilosa/amilopektin pada beberapa jenis pati dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Perbandingan Sifat Beberapa Jenis Pati

Jenis pati Bentuk granula

Ukuran granula

(µµµµm)

Amilosa/Amilopektin (% ratio)

Kisaran suhu

gelatinisasi Sagu Elips agak

terpotong 20-60 27/73 60-72

Beras poligonal 3-8 17/83 61-78

Jagung Poligonal 5-25 26/74 62-74

Kentang Bundar 15-100 24/76 56-69

Tapioka Oval 5-35 17/83 52-64

Gandum Elips 2-35 25/75 52-64

Ubi Jalar Poligonal 16-25 18/82 58-74 Sumber : Knight (1969)

Granula pati dapat menyerap air dan membengkak. Pembengkakan dan

penyerapan air oleh granula pati dapat mencapai kadar 30%. Peningkatan volume

granula pada selang suhu 55oC - 65oC masih memungkinkan granula kembali

pada kondisi semula. Apabila terjadi pembengkakan luar biasa dan granula pati

tidak dapat kembali ke keadaan semula, maka perubahan ini disebut gelatinisasi.

Suhu pada saat granula pati pecah disebut suhu gelatinisasi dan besarnya berbeda-

beda tergantung pada jenis pati dan konsentrasinya (Winarno, 1995).

Pati dapat dijadikan bahan dasar dalam pembuatan plastik. Pati merupakan

biopolimer karbohidrat yang dapat terdegradasi secara mudah di alam dan bersifat

dapat diperbaharui. Penelitian tentang pati sebagai bahan baku plastik telah

dilakukan mulai dari penggunaan pati alami, pati termodifikasi, dan pati

termoplastis untuk ditambahkan baik pada biodegradable plastic dan non-

degradable plastic. Pemilihan proses didasarkan pada produk akhir yang ingin

dicapai (Fabunmi et al., 2007). Starch-based plastic digunakan dalam produksi

bioplastik karena keuntungannya yaitu harga murah, jumlah berlipat, dan dapat

diperbaharui (Vilpoux dan Averous, 2006).

B. UBI KAYU

Ubi kayu merupakan sumber daya alam lokal Indonesia yang juga dikenal

dengan nama ketela pohon atau singkong. Ubi kayu memiliki nama botani

Manihot esculenta Crantz tetapi lebih dikenal dengan nama Manihot utilissima.

Tanaman ini termasuk ke dalam kingdom Plantae, divisi Spermatophyta,

subdivisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae, famili Euphorbiaceae,

genus Manihot, dan spesies esculenta Crantz dengan berbagai varietas

(Rukmana, 1997). Ubi kayu dapat tumbuh dengan baik pada ketinggian 0-1500

meter dari permukaan laut di daerah tropis dan subtropis (Yamaguchi,1983).

Umumnya tanaman ubi kayu akan membentuk umbi setelah berumur 5-6 bulan

dan akan mencapai umur panen optimum setelah 11 bulan sejak masa tanam

(Wijandi,1980). Komposisi kimia ubi kayu disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Komposisi Kimia Ubi Kayu (per 100 g bahan)

Komponen Jumlah

Kalori (kkal) 146,00

Protein (gram) 0,80

Lemak (gram) 0,30

Karbohidrat (gram) 34,70

Air (gram) 62,50

Sumber : Departemen Kesehatan (1992)

Ubi kayu merupakan tanaman yang mempunyai daya adaptasi

lingkungan yang sangat luas sehingga dapat tumbuh dengan baik di

Indonesia. Sebagai hasil pertanian sekunder, produksi ubi kayu lebih tinggi

dibandingkan dengan jagung dan ubi jalar yang juga berperan sebagai hasil

pertanian sekunder. Perbandingan tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Produksi Beberapa Hasil Pertanian Sekunder di Indonesia

Tahun Produksi (Ton)

Ubi kayu Jagung Ubi jalar

2003 18.523.810 10.886.442 1.991.478

2004 19.424.707 11.225.243 1.901.802

2005 19.196.849 11.736.977 1.799.775

Sumber: Departemen Pertanian (2005)

Apabila dilihat secara lebih komprehensif, produksi ubi kayu Indonesia cukup

besar dibanding negara-negara lain. Laporan United Nation Industrial

Development Organization (UNIDO) menunjukkan bahwa Indonesia merupakan

salah satu negara penghasil ubi kayu terbesar kedua di Asia setelah Thailand,

sementara di dunia menempati urutan kelima setelah Nigeria, Brazil, Thailand,

dan Kongo. Representasi tersebut menunjukkan potensi besar ubi kayu untuk

dimanfaatkan menjadi produk olahan lain, baik pangan maupun nonpangan.

Sejauh ini pemanfaatan ubi kayu sebesar 54,2% digunakan untuk pangan dan

sisanya sebesar 19,7% untuk bahan baku industri seperti tapioka, pakan ternak

(1,8%) dan industri nonpangan lainnya (8,5%), serta diekspor (15,8%). Hasil

ikutan ubi kayu yang banyak digunakan sebagai pakan ternak adalah onggok dan

gaplek afkir. Salah satu pemanfaatan ubi kayu yang belum banyak dilakukan

adalah dengan memprosesnya menjadi bahan baku biodegradable plastic.

1. Tapioka

Tapioka dihasilkan dari akar tanaman ubi kayu (Manihot utilissima).

Kandungan pati ubi kayu ini dipengaruhi oleh umur tanaman, varietas, keadaan

tanah, dan iklim tempat penanaman ubi kayu. Menurut Swinkels (1985), akar

tanaman ubi kayu mengandung sekitar 15%-30% pati dan 50%-70% air.

Komposisi kimia tapioka dapat diamati pada Tabel 5.

Tabel 5. Komposisi Kimia Tapioka (% berat)

Komponen Jumlah (%)

Air 9,0 – 18,0

Protein 0,3 – 1,0

Lemak 0,1 – 0,4

Abu 0,1 – 0,8

Pati, serat, dan lain-lain 81 – 89

Sumber : Swinkels (1985)

Granula tapioka berwarna putih dengan ukuran diameter bervariasi. Rentang

granula terkecil bervariasi dari 5-15 µm, untuk granula berukuran sedang antara

15-25 µm, sedangkan granula terbesar bervariasi dari 25-35 µm (Whistler et al.,

1984). Granula ini berbentuk mangkuk (cup) dan sangat kompak, tetapi selama

pengolahan granula tersebut akan pecah menjadi komponen-komponen yang tidak

teratur bentuknya (Swinkels, 1985). Bentuk dan ukuran granula pati tapioka dapat

dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Granula tapioka dengan perbesaran 1000 kali (http://www.scielo.br/scielo.php)

Menurut Balagopalan et al. (1988), beberapa karakteristik tapioka di

antaranya adalah sebagai berikut.

• Bila proses pembuatannya tepat, tapioka berwarna putih. Berkurangnya

tingkat keputihan akan mempengaruhi kualitas dan harga.

• pH normal tapioka adalah 6,3 sampai 6,5. Standar pH tapioka bervariasi. The

Indian Standard Institution (ISI) mengizinkan kisaran pH antara 4,7-7 untuk

pati yang digunakan untuk pangan, sedangkan Tapioca Institute lebih ketat

dengan menetapkan standar sebesar 4,5-6,5.

http://www.scielo.br/scielo.php

• Ukuran granula tapioka adalah 5-40 µm.

• Suhu gelatinisasi tapioka berkisar antara 58,5°C sampai 70oC.

• Tapioka tidak beraroma sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan,

diantaranya kosmetik dan makanan.

• Tapioka tidak berasa. Tidak adanya rasa dan after taste (seperti pada jagung)

membuat tapioka cocok digunakan pada produk seperti pudding dan pie.

• Saat dimasak, tapioka akan menjadi pasta yang jernih sehingga cocok untuk

dikombinasikan dengan berbagai pewarna.

• Perbandingan kadar amilopekin dan amilosa pada tapioka sekitar 80:20

menyebabkan tapioka memiliki titik viskositas yang tinggi yang sangat

berguna untuk berbagai aplikasi.

Mutu tapioka di Indonesia dibedakan menjadi mutu I, II, dan III. Persyaratan

mutu tersebut ditentukan berdasarkan SNI 01-3451-1994, seperti yang disajikan

pada Tabel 6 di bawah ini.

Tabel 6. Persyaratan Mutu Tapioka Menurut SNI 01-3451-1994

Jenis Uji Satuan Persyaratan Mutu I Mutu II Mutu III

Kadar air % Maks. 15,0 Maks. 15,0 Maks. 15,0 Kadar abu % Maks. 0,6 Maks. 0,6 Maks. 0,6 Serat dan benda asing

% Maks. 0,6 Maks. 0,6 Maks. 0,6

Derajat putih (BaSO4 = 100%)

% Min. 94,5 Min. 92,0 < 92,0

Derajat asam ml NaOH 1N/100 g

Maks. 3,0 Maks. 3,0 Maks. 3,0

Cemaran logam - Timbal - Tembaga - Seng - Raksa - Arsen

mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg

Maks. 1,0 Maks. 10,0 Maks. 40,0 Maks. 0,05 Maks. 0,5



Cemaran mikroba - Angka

lempeng total

- E. coli - Kapang

koloni/g koloni/g koloni/g

Maks. 1,0x106

- Maks. 1,0x104

Maks. 1,0x106

- Maks. 1,0x104

Maks. 1,0x106

- Maks. 1,0x104

Salah satu yang penting pula dalam menentukan mutu tapioka adalah

kehalusan tepung. Tapioka yang bermutu baik tidak menggumpal dan memiliki

kehalusan baik. Salah satu institusi yang mensyaratkan kehalusan tapioka adalah

The Tapioca Institute of America (TIA) yang membagi mutu tapioka menjadi tiga

kelas berdasarkan tingkat kehalusan, yaitu mutu A (99% lolos ayakan 140 mesh),

mutu B (99% lolos ayakan 80 mesh), dan mutu C (95% lolos ayakan 60 mesh)

(Radley, 1976).

2. Onggok

Onggok adalah limbah yang dihasilkan pada pengolahan ubi kayu menjadi

tapioka, berupa limbah padat utama setelah pengepresan. Jumlah onggok

mencapai 19,7% dari total produksi ubi kayu nasional. Komponen penting dalam

onggok adalah pati dan serat kasar, sedangkan lemak dan protein terdapat dalam

jumlah kecil. Komposisi kimia onggok tapioka disajikan pada Tabel 7.

Tabel 7. Komposisi Onggok Tapioka

Komponen Jumlaha) Jumlahb)

Air (%) 16,86 13,39

Abu (%b/k) 8,50 4,90

Serat kasar (%b/k) 8,14 11,02

Lemak (%) 0,25 0,15

Protein (%) 0,42 0,58

Pati (%) 62,97 68,79

Sumber : a) Tjiptadi (1982) b) Anonim (1984)

Keragaman komposisi kimia onggok sangat bergantung pada varietas dan

mutu ubi kayu yang diolah menjadi tapioka, efisiensi proses ekstraksi pati, serta

penanganan onggok. Hal ini menyebabkan hasil analisis proksimat menunjukkan

hasil yang berbeda-beda (Anonim, 1984).

Onggok tahan relatif lama dalam keadan kering. Dalam keadaan basah

onggok mudah sekali ditumbuhi kapang dan terjadi pembusukan. Sebagai hasil

samping pengolahan tapioka yang umumnya masih dilakukan secara tradisional,

onggok masih memiliki kandungan pati dan serat yang tinggi. Pemanfaatan

onggok masih terbatas dan umumnya digunakan sebagai makanan ternak. Onggok

juga dapat digunakan sebagai substrat untuk produksi selulase, amilase,

amiloglukosidase, dan angkak (Jenie dan Fachda, 1991).

C. PATI TERMOPLASTIS

Pemanfaatan pati sebagai bahan baku plastik dapat diproses dalam bentuk

pati alami, pati modifikasi maupun pati termoplastis. Pemilihan proses atas pati

didasarkan pada bentuk akhir yang ingin dicapai. Hasil penelitian Ishiaku et al.

(2007) menunjukkan bahwa pati termoplastis lebih sesuai untuk produk yang

memiliki sifat elastis, sedangkan pati alami diaplikasikan pada produk-produk

yang bersifat plastis. Hal ini mendukung penelitian sebelumnya oleh Averous et

al. (2000) dimana pati termoplastis cenderung memiliki rubbery behaviour,

sedangkan pati alami lebih bersifat glassy behaviour.

Pati termoplastis dihasilkan melalui pemrosesan pada suhu dan gesekan tinggi

sehingga pati bersifat termoplastis dan bisa dicetak. Selama proses termoplastis,

air akan masuk ke 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). Bahan pemlastis berupa gliserol digunakan pada proses ekstrusi dengan

suhu 120oC akan menurunkan transisi gelas pati (Kalambur dan Rizvi, 2006).

Pembentukan pati termoplastis dipengaruhi oleh kondisi proses dan formulasi

bahan yang digunakan. Pati termoplastis memiliki kelebihan untuk sifat modulus

young, dimana adanya bahan pemlastis dan destrukturisasi granular menyebabkan

pati termoplastis lebih tahan terhadap deformasi. 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, memungkinkan terjadinya migrasi bahan pemlastis dan

rekristalisasi berlebih akan memberikan sifat rapuh (Huneault dan Li, 2007).

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembentukan pati termoplastis yaitu

(Morawietz, 2006) :

- parameter proses : kecepatan ulir, laju alir bahan dalam ektruder, suhu dan

profil ekstruder, geometri ekstruder, dan jenis pelletizer.

- parameter formulasi : jenis pati, konsentrasi air, konsentrasi dan jenis

plasticizer, serta konsentrasi dan jenis aditif.

D. BAHAN PEMLASTIS : GLISEROL

Bahan pemlastis memegang peranan penting dalam pembuatan pati

termoplastis. Zat pemlastis dalam konsep sederhana dapat didefinisikan sebagai

pelarut organik dengan titik didih yang tinggi atau suatu padatan dengan titik leleh

rendah. Apabila ditambahkan ke dalam resin yang kaku dan atau keras seperti

karet atau plastik, maka akumulasi gaya intramolekuler pada rantai panjang akan

menurun sehingga kelenturan (flexibility), kelunakan (softness), dan pemanjangan

(elongation) bertambah (Mellan, 1963).

Pada umumnya bahan yang bersifat kaku disebabkan karena suhu transisi

gelasnya (Tg) di atas suhu ruang dan struktur molekul bahan yang sangat kristalin

(Wade, 1991). Efek penambahan pemlastis dapat mengurangi kristalinitas polimer

dan menurunkan suhu transisi gelas. Namun demikian, adanya bahan pemlastis

dapat berpengaruh negatif terhadap sifat mekanis plastik, yakni memberikan sifat

soft dan weak (Kalambur dan Rizvi, 2006). 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 (Stevens, 2007).

Prinsip dasar kerja suatu zat pemlastis adalah berinteraksi dengan rantai

polimer dalam tingkat molekul sehingga menyebabkan peningkatan

viskoelastisitas polimer. Interaksi tingkat molekul tersebut dijelaskan oleh

Darusman et al. (1999) dapat berupa gaya van der Waals, yaitu gaya tarikan

lemah antara molekul dalam senyawa akibat adanya dwikutub-dwikutub

terinduksi, ataupun karena adanya ikatan hidrogen yaitu gaya tarik elektrostatik

antara atom O, N, dan F. Interaksi tersebut menimbulkan peningkatan mobilitas

molekul dari rantai polimer dan menyebabkan turunnya suhu transisi gelas (Tg).

Menurut Hammer (1971), suatu polimer dengan Tg yang rendah (memiliki lebih

banyak rantai elastis) memiliki tingkat kekakuan yang lebih kecil sehingga lebih

mudah untuk diproses. Sebaliknya, jika polimer memiliki Tg yang tinggi dan

viskositas lelehan yang tinggi pula, kemudahan proses didapatkan dengan tanpa

perubahan yang berarti pada kekakuan rantai polimer.

Faktor yang berpengaruh dalam pemilihan bahan pemlastis di antaranya

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.

Umumnya bahan pemlastis diperlukan dalam edible film dari polisakarida dan

protein. Bahan pemlastis merupakan bahan dengan berat molekul kecil sehingga

dapat bergabung dengan matriks protein dan dan polisakarida untuk meningkatkan

sifat fleksibilitas dan kemampuan membentuk film. Bahan pemlastis

meningkatkan volume bebas atau mobilitas molekul primer dengan mengurangi

ikatan hidrogen antar rantai polimer. Komposisi, ukuran, dan bentuk dari bahan

pemlastis mempengaruhi kemampuannya untuk mengganggu ikatan rantai

hidrogen, termasuk juga kemampuannya untuk mengikat air ke dalam sistem

protein yang mengandung plasticizer tersebut (Sothornvit dan Krochta, 2000).

Penggunaan pemlastis seperti gliserol lebih unggul karena tidak ada gliserol

yang menguap dalam proses dibandingkan dengan dietilena glikol monometil eter

(DEGME), etilena glikol (EG), dietilena glikol (DEG), trietilena glikol (TEG),

dan tetraetilena glikol (TEEG). Hal ini disebabkan titik didih gliserol cukup tinggi

(290°C) jika dibandingkan dengan DEGME, EG, DEG, TEG dan juga tidak ada

interaksi antara gliserol dan molekul protein (bahan baku pembuatan film)

(Noureddini et al., 1998). Gliserol sebaiknya digunakan pada konsentrasi 20%

karena jika berlebihan, film akan lengket. Gliserol cukup sesuai digunakan

sebagai pemlastis pada pembuatan plastik berbasis pati. Tabel 8 berikut

menyajikan beberapa karakteristik gliserol.

Tabel 8. Karakteristik

Sifat

Rumus Molekul

Massa Molar

Densitas

Titik Cair

Titik Didih

Viskositas

Sumber : en.wikipedia.org

Gliserol adalah rantai alkohol trihidrik dengan susunan molekul C

Nama gliserol diartikan sebagai bahan kimia murni, namun dalam dunia

perdagangan dikenal dengan nama gliserin. Dalam

tidak berbau, tidak berwarna, dan berbentuk cairan kental dengan rasa manis.

Gliserol bersifat larut dengan sempurna di dalam air dan alkohol (memiliki

kelarutan tinggi yaitu 71 g/100 g air pada suhu 25°C, serta dapat terlarut

pelarut tertentu (misalnya eter, etil asetat, dan dioxane), namun bersifat tidak larut

dalam hidrokarbon. Massa jenis gliserol adalah 1,23 g/cm

Struktur molekul gliserol dapat dilihat pada Gambar 4.

Gliserol berfungsi sebagai penyerap air, pembentuk kristal, dan zat pemlastis.

Gliserol didapatkan dengan cara sintetis maupun diperoleh dari hasil samping

pembuatan sabun dan produksi oleokimia yang menggunakan minyak dan lemak

alami sebagai bahan bakunya. Teori kimia menyatakan bahwa dalam satu molekul

lemak terkandung gliserol dan tiga molekul asam lemak. Pada umumnya lemak

mengandung kurang lebih 11% gliserol di dalamnya.

Ada dua prosedur dalam memproduksi g

saponifikasi dan transesterifikasi (Tovbin

. Karakteristik Gliserol

Sifat

C3H5(OH)3

92,09382 g/mol

1,261 g/cm3

18°C (64,4°F

290°C (554°F)

1,5 cP

en.wikipedia.org

Gliserol adalah rantai alkohol trihidrik dengan susunan molekul C


perdagangan dikenal dengan nama gliserin. Dalam kondisi yang murni, gliserol



kelarutan tinggi yaitu 71 g/100 g air pada suhu 25°C, serta dapat terlarut


dalam hidrokarbon. Massa jenis gliserol adalah 1,23 g/cm3 (Igoe dan Hui, 1994).

Struktur molekul gliserol dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Struktur molekul gliserol




gai bahan bakunya. Teori kimia menyatakan bahwa dalam satu molekul


mengandung kurang lebih 11% gliserol di dalamnya.

Ada dua prosedur dalam memproduksi gliserol dari lemak yaitu met

i dan transesterifikasi (Tovbin et al., 1976). Proses saponifikasi dan

Gliserol adalah rantai alkohol trihidrik dengan susunan molekul C3H8O3.


kondisi yang murni, gliserol



kelarutan tinggi yaitu 71 g/100 g air pada suhu 25°C, serta dapat terlarut dalam


(Igoe dan Hui, 1994).




gai bahan bakunya. Teori kimia menyatakan bahwa dalam satu molekul


liserol dari lemak yaitu metode

Proses saponifikasi dan

http://www.wikipedia.com/

transesterifikasi tersebut akan menghasilkan senyawa gliserol mentah yang masih

banyak mengandung bahan pengotor seperti sisa katalis dan asam lemak bebas.

Penggunaan gliserol mentah secara langsung dapat menimbulkan terjadinya

proses dekomposisi, polimerisasi, dan masalah lainnya, sehingga penggunaan

gliserol secara langsung tanpa melakukan pre-treatment terlebih dahulu pada

proses karbonasi akan menghasilkan komposisi produk yang tidak stabil dan daya

konversi yang rendah (Noureddini et al., 1998).

E. BIODEGRADABLE PLASTIC

Secara umum, kemasan biodegradable diartikan sebagai film kemasan yang

dapat didaur ulang dan dihancurkan secara alami. Istilah biodegradable diartikan

sebagai kemampuan komponen-komponen molekuler dari suatu meterial untuk

dipecah menjadi moleku-molekul yang lebih kecil oleh mikroorganisme hidup

sehingga zat karbon yang terkandung dalam material tersebut akhirnya dapat

dikembalikan ke biosfer (Gould et al., 1990). Pranamuda (2001) menyatakan

bahwa 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.

Plastik berbasis pati dapat digolongkan dalam jenis biodegradable plastic.

Plastik berbasis pati didefinisikan sebagai plastik berbahan baku pati dengan

penggunaan berkisar 10-90%, yang dapat berasal dari sumber pati-patian seperti

jagung, gandum, dan kentang. Peningkatan pati akan meningkatkan

biodegradabilitas dari polimer. Dalam pembuatan plastik berbasis pati sering

dicampur dengan jenis polimer lain seperti poliester alifatik dan polivinil alkohol

untuk meningkatkan performa dan kebutuhan aplikasi produk (Nolan-ITU, 2002).

Beberapa kategori polimer berbasis pati diantaranya :

- Produk-produk pati termoplastis (thermoplastic starch)

- Campuran pati dengan poliester alifatik sintetik

- Campuran pati dengan poliester PBS/PBSA

- Campuran pati dengan PVOH

Potensi penggunaan pati sebagai bioplastik berkisar 85–90% dari pasar

bioplastik yang ada, termasuk polimer asam laktat yang diproduksi melalui

fermentasi pati. Di antara bioplastik tersebut digunakan pati alami dan

modifikasinya dalam bentuk campuran dengan polimer sintetik (Vilpoux dan

Averous, 2006). Keuntungan dari penggunaan pati dalam memproduksi bioplastik

adalah harga murah, jumlah berlimpah dan dapat diperbaruhi. Namun pembuatan

film dari 100% pati sulit untuk diproses saat kondisi mencair (melting) (Nolan

ITU, 2002) sehingga perlu dilakukan pencampuran dengan polimer sintetis untuk

memperbaiki sifat fisiknya.

Menurut Otey et al. (1987), pati yang sering digunakan sebagai bahan

campuran polimer adalah granula pati alami atau granula pati yang telah

dimodifikasi secara kimiawi untuk meningkatkan kesesuaian granula dengan

matriks polimer sintetis yang digunakan. Semakin kecil campuran konsentrasi

pati, akan memberikan pengaruh yang semakin rendah pula terhadap

biodegradabilitas plastik.

Produksi biodegradable plastic 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%), atau

- Menggunakan proses ekstrusi untuk mencampur pati dengan bahan-bahan

seperti protein kedelai, gliserol, alginat, lignin dan sebagainya sebagai bahan

pemlastis (plasticizer) (Flieger et al., 2003).

F. HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE)

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 polipropilen (PP),

polietilen (PE), polivinil klorida (PVC) dan polistirena (PS). Plastik teknik dalam

aplikasinya bersaing dengan logam, keramik dan gelas (Stevens, 2007).

Polietilen merupakan polimer yang paling banyak digunakan sebagai plastik

kemasan (kantong plastik belanja) dengan produksi tahunan sekitar 80 juta metrik

ton. PE dibuat melalui polimerisasi gas etilen, yang dapat diperoleh dengan

memberi hidrogen gas pertoleum pada pemecahan minyak (nafta), gas alam

asetilen. Strultur molekul PE

Proses polimerisasi PE digolongkan dalam tekanan tinggi, medium dan

rendah, yang akan menghasilkan tiga jenis produk yang berbeda, yaitu :

- PE massa jenis rendah (LDPE

0,910-0,926 g/cm

digunakan sebagai kantong, mudah dikelim dan murah.

- PE massa jenis medium (MDPE

massa jenis 0,926

leleh lebih tinggi daripada LDPE.

- PE massa jenis tinggi (HDPE

0,940-0,965 g/cm

(120°C) sehingga dapat diguna

mengalami sterilisasi. Dihasilkan pada proses dengan suhu dan tekanan

rendah.

Pada polietilen jenis

molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yan

sedangkan high density

dibandingkan dengan jenis

sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan terhadap suhu tinggi

(120°C/248°F untuk periode singkat, 110°C/230°F untuk periode lama). Ikatan

hidrogen antarmolekul juga berperan dalam menentukan titik leleh plastik

(Harper, 1975). Berat molekul dan struktur polimer, bercabang atau linier turut

berpengaruh terhadap titik leleh. Plastik L


(kantong plastik belanja) dengan produksi tahunan sekitar 80 juta metrik


memberi hidrogen gas pertoleum pada pemecahan minyak (nafta), gas alam

Strultur molekul PE disajikan pada Gambar 5 berikut.

Gambar 5. Struktur molekul polietilen



PE massa jenis rendah (LDPE-Low Density Polyethylene) dengan massa jenis

0,926 g/cm3, dihasilkan melalui proses tekanan tinggi. Paling banyak

digunakan sebagai kantong, mudah dikelim dan murah.

PE massa jenis medium (MDPE-Medium Density Polyethylene

massa jenis 0,926-0,940 g/cm3, lebih kaku dari LDPE dan memiliki suhu

leleh lebih tinggi daripada LDPE.

PE massa jenis tinggi (HDPE-High Density Polyethylene) dengan massa jenis

0,965 g/cm3, paling kaku diantara ketiganya, tahan terhadap suhu tinggi

C) sehingga dapat digunakan untuk pengemasan produk yang harus


Pada polietilen jenis low density terdapat sedikit cabang pada rantai antara

molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yan

high density mempunyai jumlah rantai cabang yang lebih sedikit

dibandingkan dengan jenis low density. Dengan demikian, high density


uk periode singkat, 110°C/230°F untuk periode lama). Ikatan



berpengaruh terhadap titik leleh. Plastik LDPE dan HDPE memiliki titik leleh


(kantong plastik belanja) dengan produksi tahunan sekitar 80 juta metrik


memberi hidrogen gas pertoleum pada pemecahan minyak (nafta), gas alam, atau



) dengan massa jenis

, dihasilkan melalui proses tekanan tinggi. Paling banyak

Medium Density Polyethylene) dengan

lebih kaku dari LDPE dan memiliki suhu

) dengan massa jenis

, paling kaku diantara ketiganya, tahan terhadap suhu tinggi

kan untuk pengemasan produk yang harus


terdapat sedikit cabang pada rantai antara

molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yang rendah,

mempunyai jumlah rantai cabang yang lebih sedikit

high density memiliki


uk periode singkat, 110°C/230°F untuk periode lama). Ikatan



DPE dan HDPE memiliki titik leleh

yang berbeda selisih ± 25°F (Sidney dan Dubois, 1977). Perbandingan sifat LDPE,

MDPE, dan HDPE secara rinci disajikan pada Tabel 9.

Tabel 9. Perbandingan Sifat LDPE, MDPE, dan HDPE

Sifat LDPE MDPE HDPE

Massa jenis (g/cm3) 0,92 0,93-0,94 0,95-0,96

Kristalinitas (%) 65 75 85-95

Titik cair (°C) 105 118 124-127

Kekuatan tarik (Kgf/cm2) 144 175 245-235

Elongasi (%) 500 300 100

Kekuatan impak (Izod ditactic) 42 21 17

Sumber : Surdia dan Saito (1985)

Sifat-sifat PE secara umum dapat disajikan sebagai berikut :

- Hubungan dengan massa jenis

Polimerisasi PE yang berbeda akan menghasilkan struktur molekul yang

berbeda pula. 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, memiliki karakteristik mekanik

dan kemampuan proses yang berbeda. Kondisi ini dipengaruhi oleh berat

molekul. Berat molekul kecil akan memiliki sifat mencair lebih baik, namun

ketahanan akan zat pelarut dan kekuatannya menurun.

- Sifat-sifat listrik

PE merupakan senyawa nonpolar 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 kalida dan oksida kuat.

PE larut dalam hidrokarbon aromatik dan larutan hidrokarbon terklorinasi

diatas suhu 70°C, tetapi tidak ada pelarut yang bisa 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 sebaginya. 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

(Surdia dan Saito, 1985).

HDPE sebagai salah satu plastik komoditi digunakan secara luas dalam

produk dan kemasan seperti botol susu, botol deterjen, margarin, tubs, kontainer

sampah, dan pipa air (Harper, 1975) serta botol kosmetik, botol obat, botol

minuman, botol susu yang berwarna putih susu, tupperware, galon air minum,

kursi lipat, jerigen, pelumas, dan lain-lain (Sidney dan Dubois, 1977). Walaupun

demikian, Sidney dan Dubois (1977) menambahkan, HDPE hanya

direkomendasikan untuk sekali pakai karena pelepasan senyawa SbO3 (Antimon

trioksida) terus meningkat seiring waktu. Bahan HDPE bila ditekan tidak kembali

ke bentuk semula. Contoh aplikasi HDPE sebagai bahan kemasan dapat dilihat

pada Gambar 6.

Gambar 6. Contoh produk kemasan HDPE yang beredar di pasar

G. BAHAN ADITIF

Penambahan bahan aditif terhadap plastik campuran memberikan pengaruh

positif karena pati bersifat polar dan hidrofilik, sedangkan polietilen bersifat

hidrofobik dan nonpolar dimana penggabungan kedua bahan tersebut tanpa

adanya aditif tertentu akan menghasilkan produk yang tidak kompak dan

mempunyai sifat mekanik yang jelek.

Menurut Rabek (1980), kompatibilitas hasil campuran menggambarkan

kekuatan interaksi yang terjadi antara rantai-rantai polimer sehingga membentuk

campuran yang homogen atau mendekati homogen. Semakin kompatibel suatu

bahan hasil pencampuran, maka bahan tersebut akan semakin homogen.

Kekompetibelan bahan hasil pencampuran dapat terlihat dengan cara membuat

film tipis dari lelehan bahan plastik campuran. Bercak-bercak dan warna buram

pada film menunjukkan hasil pencampuran yang terbentuk tidak kompatibel.

Bahan aditif berfungsi untuk memperbaiki sifat-sifat plastik. Bahan aditif

yang digunakan merupakan bahan dengan berat molekul rendah, maksudnya

adalah mempunyai sifat pemlastis, antioksidan, antiblok, antistatis, pelumas,

penyerap sinar ultraviolet, bahan pengisi, dan bahan penguat.

1. Compatibilizer (Maleat Anhidrida/MA)

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.

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 sedikit untuk membentuk sifat

kompatibel dan membentuk matriks kamba (Kalambur et al., 2006).

Compatibilizer merupakan senyawa spesifik yang dapat digunakan untuk

memadukan polimer yang tidak kompatibel menjadi campuran yang stabil

melalui ikatan intramolekuler (Mehta dan Jain, 2007). Compatibilizer yang

digunakan dalam penelitian ini adalah maleat anhidrida (MA).

Maleat anhidrida (cis-butenadioat anhidrida, anhidrida toksilat, dihidro-

2,5-dioksofuran) adalah sebuah senyawa organik dengan rumus kimia

C4H2O3. Struktur molekul senyawa ini disajikan pada Gambar 7. Dalam

http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik

keadaan murninya, MA tidak berwarna atau berwarna putih padat dengan bau

yang tajam. Karakteristik kimia maleat anhidrida dapat dilihat pada Tabel 10.

Gambar 7. Struktur molekul maleat anh

Maleat anhidrida secara tradisional diproduksi dari

senyawa aromatik

pabrik yang masih menggunakan benzena. Oleh karena kenaikan harga

benzena, kebanyakan pabrik

dengan reaksi sebagai berikut :

2 CH3CH

Terdapat banyak reaksi kimia yang dapat dilakukan oleh maleat

anhidrida:

• Hidrolisis, menghasilkan

alkohol, menghasilkan setengah ester,

• Maleat anhidrida merupakan

• Maleat anhidrida (MA) adalah ligan yang bai

bervalensi rendah, misalnya Pt(PPh

Tabel 10. Karakteristik Kimia Maleat Anhidrida

Sifat

Rumus molekul

Massa molar

Penampilan

Densitas

Titik leleh

Titik didih

Kelarutan dalam air

Berlaku pada suhu dan tekanan standar (25°C,

Sumber : Steven (2007)


Karakteristik kimia maleat anhidrida dapat dilihat pada Tabel 10.

Gambar 7. Struktur molekul maleat anhidrida

Maleat anhidrida secara tradisional diproduksi dari oksidasi

senyawa aromatik lainnya. Sampai dengan tahun 2006, hanya beberapa


benzena, kebanyakan pabrik menggunakan n-butana sebagai stok umpan

dengan reaksi sebagai berikut :

CH2CH2CH3 + 7 O2 → 2 C2H2(CO)2O + 8 H2O


Hidrolisis, menghasilkan asam maleat, cis-HO2CCH=CHCO

alkohol, menghasilkan setengah ester, cis-HO2CCH=CHCO

Maleat anhidrida merupakan dienofil dalam reaksi Diels-Alder

Maleat anhidrida (MA) adalah ligan yang baik untuk kompleks logam

bervalensi rendah, misalnya Pt(PPh3)2(MA) dan Fe(CO)4(MA).

Tabel 10. Karakteristik Kimia Maleat Anhidrida

Keterangan

Rumus molekul C4H2O3

98,06 g/mol

kristal putih

1,314 g/cm3

60°C, 333 K, 140°F

202°C, 475 K, 396°F

Kelarutan dalam air 202°C, 475 K, 396°F

Berlaku pada suhu dan tekanan standar (25°C, 100kPa)

Sumber : Steven (2007)


Karakteristik kimia maleat anhidrida dapat dilihat pada Tabel 10.

oksidasi benzena atau

lainnya. Sampai dengan tahun 2006, hanya beberapa


sebagai stok umpan


CCH=CHCO2H. Dengan

CCH=CHCO2CH3.

Alder.

k untuk kompleks logam

(MA).

http://id.wikipedia.org/wiki/Oksidasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Benzena

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Senyawa_aromatik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Butana

http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_maleat

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Dienofil&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Reaksi_Diels-Alder

Maleat anhidrida sebagai 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 lainnya dalam campuran polimer yaitu

memperbaiki adhesivitas antarfase (Steven, 2007).

Prinsip kerja maleat anhidrida merupakan kombinasi dari mekanisme

berikut : 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 immicible, dengan mengasumsikan segmen A dari

blok kopolimer atau grafting identik dengan polimer A dan segmen B identik

dengan polimer B. Dalam 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 dan semakin kuatnya ikatan permukaan melalui

pembentukan ikatan kovalen pada fase-fase terpisah (Mehta dan Jain, 2007).

2. Inisiator (Dikumil Peroksida/DCP)

Gaylord dan Metha (1982) mengemukakan beberapa jenis inisiator yaitu

dikumil peroksida (DCP), tert-Butyl Peroxy Benzoat, Benzoyl Peroxide (BP),

dan Dimethyl Formamide (DMF). Kemudian Bremner dan Rudin (1993)

menambahkan bahwa peroksida organik memiliki peranan penting sebagai

inisiator dari mekanisme degradasi radikal bebas dalam polietilen untuk

memodifikasi struktur dan sifat polimer. Satu dari sekian banyak peroksida

yang terkenal yaitu dikumil peroksida yang sangat efektif dalam

mengintroduksi cabang rantai panjang menjadi linear polietilen. Pada

konsentrasi rendah, dikumil peroksida mampu dengan baik mengubah

distribusi berat molekuler, sedangkan pada konsentrasi tinggi menyebabkan

terjadinya ikatan silang polietilen.

DCP memiliki karakteristik seperti dapat bertahan pada suhu tinggi

(180°C), memiliki sensitivitas oksigen yang rendah dibandingkan dengan

peroxide group carboxyl, serta sensitif terhadap asam. Tensile strength,

breaking elongation, dan modulus young dari komposit meningkat seiring

dengan peningkatan konsentrasi radikal inisiator, yaitu DCP yang optimal

(Febrianto, 1999).

H. SIFAT PLASTIK KOMPOSIT

Menurut Knapczyk dan Simon (1992), pengujian yang penting dari suatu

bahan polimer antara lain densitas, titik leleh (Tm), glass transition temperature

(Tg), reologi, konduktivitas, kekuatan tarik, permeabilitas gas, ketahanan terhadap

reaksi kimia, dan sebagainya.

1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik suatu bahan berhubungan erat dengan struktur kimianya,

terutama struktur molekulnya. Struktur molekul yang mempengaruhi sifat

mekanik suatu bahan meliputi bentuk molekul, kekompakan molekul,

kristalinitas, kekuatan ikatan molekul, dan gaya antarmolekul (Allcock dan

Lampe, 1981).

Sifat mekanik sangat diperlukan peranannya dalam melindungi produk

dari faktor-faktor mekanis seperti tekanan fisik (jatuh dan gesekan), adanya

getaran, serta benturan antara bahan dengan alat atau wadah selama

penyimpanan/distribusinya. Sifat mekanik ini tergantung pada jenis bahan

pembentuknya, terutama sifat kohesinya. Sifat ini merupakan hasil

kemampuan polimer untuk membentuk ikatan-ikatan molekul yang kuat dan

kokoh (Gontard dan Guilbert, 1992).

Kuat tarik merupakan salah satu sifat mekanik dari bahan. Kekuatan tarik

menggambarkan ketegangan maksimum spesimen untuk menahan gaya yang

diberikan (Billmeyer, 1984). Stevens (2007) menambahkan bahwa kuat tarik

merupakan ukuran besarnya beban atau gaya yang dapat ditahan sebelum

suatu contoh rusak atau putus. Kekuatan tarik timbul sebagai reaksi dari

ikatan polimer antara atom-atom atau ikatan sekunder antara rantai polimer

terhadap gaya luar yang diberikan (Van, 1991). Kekuatan tarik diukur dengan

menarik polimer pada dimensi yang seragam.

Pengujian kuat tarik akan menghasilkan kurva tegangan

(stress-strain). Informasi yang diperoleh dari kurva tegangan

polimer adalah kekuatan tarik saat putus (

saat putus (elongation at break

dapat dipengaruhi oleh bahan pemlastis yang ditambahkan dalam proses

pembuatan film, sedangkan perpanjangan putus adalah perubahan panjang

maksimum yang diala

Perpanjangan tarik (ε,

dihasilkan oleh ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang diberikan

(Billmeyer, 1984). Suatu kurva tegangan

termoplastik memperlihatkan tegangan tarik dan perpanjangan putus, yaitu

pada mulanya tinggi sampai mencapai

terdeformasi. Sebelum titik deformasi tersebut, perpanjangan masih dapat

balik dan setelah sampai pada titik

selanjutnya sampel tersebut patah pada titik

menyajikan kurva tegangan

polimer.

Gambar 8. a) Kurva tegangan

stresscnrc.gc.ca

Berdasarkan Gambar 8

(Gambar 8a), elastisitas akan terus meningkat dari titik no

suatu titik hingga plastik mengalami deformasi. Sebelum mencapai titik

deformasi tersebut, plastik masih mempunyai kemampuan untuk kembal

bentuk asalnya. Namun

Perpanjangan pada deformasi

Tegangan deformasi

Perpanjangan saat putus

tega

ngan

regangan

Pengujian kuat tarik akan menghasilkan kurva tegangan

). Informasi yang diperoleh dari kurva tegangan-

polimer adalah kekuatan tarik saat putus (ultimate strength) dan perpanjangan

elongation at break) dari bahan (Billmeyer, 1971). Kuat tarik



maksimum yang dialami plastik pada saat pengujian kuat tarik.

Perpanjangan tarik (ε, elongation) adalah perubahan panjang contoh yang

an oleh ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang diberikan

(Billmeyer, 1984). Suatu kurva tegangan-regangan yang umum untuk bahan

memperlihatkan tegangan tarik dan perpanjangan putus, yaitu

pada mulanya tinggi sampai mencapai suatu titik hingga plastik tersebut


balik dan setelah sampai pada titik yield, perpanjangan tidak dapat balik yang

selanjutnya sampel tersebut patah pada titik break. Gambar 8 di bawa

menyajikan kurva tegangan-regangan pada plastik dan empat tipe material

Gambar 8. a) Kurva tegangan-regangan (stress-strain) plastik stress-strain untuk empat tipe material polimer (cnrc.gc.ca)

Berdasarkan Gambar 8 di atas, pada kurva tegangan-regangan

(Gambar 8a), elastisitas akan terus meningkat dari titik nol hingga mencapai


deformasi tersebut, plastik masih mempunyai kemampuan untuk kembal

bentuk asalnya. Namun, apabila telah mencapai titik deformasi, maka plastik

Keras dan rapuh

Keras dan kuat

Keras dan liat

regangan

tega

ngan

Perpanjangan pada deformasi

Kekuatan tarik saat putus

Perpanjangan saat putus

Pengujian kuat tarik akan menghasilkan kurva tegangan-regangan

-regangan untuk

) dan perpanjangan

yer, 1971). Kuat tarik



mi plastik pada saat pengujian kuat tarik.

han panjang contoh yang

an oleh ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang diberikan

g umum untuk bahan

memperlihatkan tegangan tarik dan perpanjangan putus, yaitu

suatu titik hingga plastik tersebut


, perpanjangan tidak dapat balik yang

Gambar 8 di bawah ini

regangan pada plastik dan empat tipe material

) plastik dan b) Kurva strain untuk empat tipe material polimer (http://www.nrc-

regangan plastik

l hingga mencapai


deformasi tersebut, plastik masih mempunyai kemampuan untuk kembali ke

, apabila telah mencapai titik deformasi, maka plastik

Keras dan rapuh

Keras dan kuat

Lunak dan liat

Keras dan liat

http://www.nrc-cnrc.gc.ca/


tersebut telah mencapai kondisi yield (maksimum) perpanjangan hingga pada

akhirnya plastik akan patah pada titik break. Titik awal dimulainya grafik

elastisitas hingga mencapai titik break dinamakan sebagai perpanjangan pada

patah. Gambar 8b menunjukkan grafik tegangan-regangan untuk empat tipe

material polimer. Karakteristik sifat stress-strain beberapa polimer disajikan

pada Tabel 11 berikut.

Tabel 11. Karakteristik Sifat Stress-Strain Beberapa Polimer

Contoh dan katakteristik

bahan polimer

Tipe bahan polimer

keras & rapuh

keras & kuat

keras & liat

lunak & liat

PS, PMMA, Phenolics

Rigid PVC, PS poly-blends

PE, PTFE Flexible PVC,

Rubbers Modulus Tinggi Tinggi Tinggi Rendah

Yield Stress - Tinggi Tinggi Rendah

Ultimate Strength Sedang Tinggi Tinggi Sedang

Elongation at Break

Rendah Sedang Tinggi Tinggi

Keterangan : PS = polystyrene; PMMA = poly(methyl methacrylate); PVC = poly(vinyl chloride); PE = polyethylene; PTFE = polytetrafluoroethylene.

Sumber : http://www.nrc-cnrc.gc.ca

2. Sifat Termal

Analisis termal mengacu pada ASTM D-3418 yang menyediakan metode

untuk mengukur transisi dari morfologi atau perubahan kimia dalam suatu

polimer pada saat dipanaskan atau didinginkan melalui perubahan suhu yang

spesifik. Perubahan dalam kapasitas panas, aliran panas, dan suhu

menentukan transisi tersebut. Differential Scanning Calorimetry (DSC)

digunakan untuk membantu mengidentifikasikan polimer tertentu yang

spesifik, polimer alloys, dan polimer yang telah diberi aditif tertentu yang

ketiganya mempunyai transisi termal. Reaksi kimia yang disebabkan oleh

transisi tertentu telah diukur dengan teknik utama ini, seperti reaksi oksidasi,


resin termoseting yang dibarukan, dan dekomposisi termal. Metode ini dapat

diaplikasikan pada polimer dalam bentuk granula atau bentuk lainnya di mana

dapat dilakukan preparasi pemotongan pada spesimen tersebut.

Sifat termal yang dianalisis adalah suhu pelelehan (melting point, Tm)

dan suhu transisi gelas (glass transition temperature, Tg). Tg dan Tm

merupakan sifat termal yang penting untuk dianalisis guna mengetahui

kemampuan proses suatu polimer. Menurut Allcock dan Lampe (1981), Tg

merupakan suhu peralihan dari bentuk kaca ke karet (rubber) untuk polimer

amorf atau pealihan dari kaca ke termoplastik untuk polimer kristalin,

sedangkan Tm merupakan suhu dimana polimer berubah bentuk menjadi cair

(liquid). DSC mengukur sejumlah energi (panas) yang diserap atau

dilepaskan oleh suatu sampel ketika dipanaskan, didinginkan, atau didiamkan

pada suhu konstan.

3. Biodegradabilitas

Biodegradasi adalah penurunan sifat-sifat dikarenakan aksi

mikroorganisme alam seperti bakteri dan fungi. Biasanya disebabkan adanya

serangan kimia oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme sehingga

dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer (Alger, 1990). Menurut ASTM

D-5488-84d, biodegradable berarti mampu diurai menjadi gas

karbondioksida, metana, air, inorganic compounds atau biomassa dimana

mekanisme yang utama adalah karena aktivitas enzim yang dihasilkan oleh

suatu organisme.

Di dalam tanah terdapat berbagai macam komponen organik, anorganik,

dan mikroorganisme. Mikroorganisme memiliki peranan penting dalam

penguraian semua material organik termasuk biopolimer. Mikroorganisme

yang mempunyai peranan dalam perombakan bahan-bahan organik kompleks

menjadi senyawa yang lebih sederhana antara lain bakteri, fungi, dan

aktinomisetes (Schnabel, 1981).

Biodegradabilitas plastik tergantung pada struktur kimia materialnya dan

konstitusi dari produk akhirnya, bukan hanya bahan baku untuk

pembuatannya. Oleh karena itu plastik biodegradabel dapat berbasis bahan

alami maupun resin sintetis. Plastik biodegradabel alami terutama berasal dari

sumber daya terbarukan (misalnya pati). Plastik biodegradabel sintetis berasal

dari sumber daya tak terbarukan, yaitu minyak bumi (NIRR, 2006).

Pengujian biodegradasi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan

metode penguburan tanah dan degradasi mikrobial dengan mikroorganisme.

Biodegradasi dalam lingkungan dapat dideskripsikan dengan persamaan

kimia seperti berikut (Mark, 1985) :

Polimer + O2 CO2 + H2O + biomassa + residu

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. BAHAN DAN ALAT

1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : bahan baku

pembuatan pati termoplastis yang terdiri dari tapioka dan onggok hasil

produksi masyarakat Cimahpar (Kabupaten Bogor) yang diolah secara

tradisional dengan pengeringan sinar matahari, gliserol dan air sebagai zat

pemlastis; serta bahan baku pembuatan plastik komposit (compatibilized

plastic) yang terdiri dari polietilen jenis HDPE dalam bentuk resin yang

berasal dari PT. Super Exim Sari, pati termoplastis, maleat anhidrida (MA)

sebagai compatibilizer, serta dikumil peroksida (DCP) sebagai inisiator.

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam analisis meliputi : akuades,

alkohol/etanol, kapang Aspergillus niger dan Penicillium sp., enzim selulase

dan α-amilase, H2SO4, NaOH, indikator phenolphtalein (PP), indikator kanji,

larutan HCl, Luff Schroll, larutan KI, sodium tiosulfat, larutan buffer

phosphate pH 7.0, asam asetat, larutan iod, larutan DNS,dan media PDA.

2. Alat

Alat yang digunakan dalam pembuatan pati termoplastis terdiri dari

rheocord mixer (rheomix) 3000 HAAKE dengan kapasitas 200-250 gram dan

open mill, sedangkan untuk pembuatan plastik komposit digunakan alat

rheocord mixer (rheomix) 3000 HAAKE dan ekstruder dua ulir simulator

dengan spesifikasi : panjang barrel 30 cm, diameter ulir 30 mm, serta

kecepatan rotor maksimum 150 rpm.

Alat yang digunakan untuk karakterisasi plastik meliputi : Hydraulic

Heat Press untuk pembuatan spesimen uji kuat tarik dan biodegradabilitas;

Universal Testing Machine (UTM) untuk pengujian kuat tarik dan elongasi;

mikroskop cahaya terpolarisasi untuk pengamatan sifat birefringent pati

termoplastis; Differential Scanning Calorimeter (DSC) untuk analisis sifat

termal plastik komposit; waterbath shaker dan spektrofotometer untuk

pengujian biodegradabilitas secara kuantitatif menggunakan enzim; serta

cleanbench, autoclave, dan inkubator untuk pengujian biodegradabilitas

secara kualitatif.

Peralatan yang digunakan dalam analisis terdiri dari cawan aluminium,

cawan porselen, oven, tanur, desikator, kertas saring, autoclave, soxhlet, labu

ukur, erlenmeyer, gelas piala, pipet, penyaring vakum, magnetik stirrer,

penangas air, bunsen, dan cawan petri.

B. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN

Penelitian ini telah dilakukan sejak bulan Februari - Desember 2009 dengan

bertempat pada :

1. Laboratorium Teknologi Kimia, Laboratorium Bioindustri, Laboratorium

Instrument, dan Laboratorium Pengawasan Mutu - Departemen Teknologi

Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

2. Laboratorium Polimer, Laboratorium and Technical Services -

PERTAMINA, Jakarta.

C. METODE PENELITIAN

Penelitian ini terdiri atas beberapa tahap yang meliputi : persiapan dan

karakterisasi awal bahan baku plastik komposit, pembuatan pati termoplastis,

proses pencampuran antara pati termoplastis dan comptatibilized HDPE, serta

analisis produk akhir untuk mengetahui karakteristik plastik komposit yang

dihasilkan.

1. Persiapan dan Karakterisasi Awal Bahan

Persiapan awal bahan dilakukan dengan tujuan memperoleh kondisi

bahan (tapioka dan onggok) yang baik, sementara karakterisasi awal

dilakukan untuk mengetahui karakteristik awal bahan sebelum dilakukan

proses pembuatan pati termoplastis dan pencampuran dengan compatibilized

HDPE. Tahap persiapan bahan meliputi pengeringan tapioka dan onggok

dengan penjemuran hingga diperoleh kadar air 6%-10%. Bahan yang telah

dikeringkan kemudian dikecilkan ukurannya hingga lolos saringan 200 mesh.

Pengecilan ukuran ini dilakukan dengan tujuan agar pencampuran

berlangsung lebih homogen.

Karakterisasi awal bahan yang dilakukan meliputi analisis proksimat

(kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, dan kadar karbohidrat by

difference), analisis bilangan asam, kadar serat kasar, kadar pati, kadar

amilosa dan amilopektin, serta bentuk dan ukuran granula pati. Prosedur

analisis yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 1.

2. Pembuatan Pati Termoplastis

Pada tahap pembuatan pati termoplastis ini dilakukan pencampuran

antara tapioka dan onggok dengan zat pemlastis yaitu gliserol sebanyak 15%

dan 20% dari bobot pati dan akuades hingga kadar air pati mencapai 25% dari

bobot pati kering. Pencampuran secara merata antara fase cair zat pemlastis

dilakukan terlebih dahulu selama 5 menit, kemudian dilanjutkan dengan

mencampur fase cair tersebut dengan masing-masing tapioka dan onggok

secara homogen selama 45 menit. Setelah campuran homogen, dilakukan

pemeraman (aging) selama 4 hari. Selanjutnya, dilakukan proses mixing

menggunakan alat rheomix 3000 HAAKE dengan suhu 90°C, kecepatan rotor

100 rpm, selama 8 menit. Pati termoplastis yang terbentuk masih berupa

bongkahan sehingga perlu dilakukan pengecilan ukuran berbentuk pelet

dengan alat open mill. Pelet ini yang selanjutnya digunakan dalam pembuatan

plastik komposit. Proses pembuatan pati termoplastis ini merupakan

modifikasi dari metode Zhang et al., (2007).

Pada tahap ini juga dilakukan modifikasi resin HDPE dengan

penambahan 1% maleat anhidrida (MA) sebagai compatibilizer dan 0,1%

dikumil peroksida (DCP) sebagai inisiator. Proses ini dilakukan

menggunakan alat ekstruder dua ulir simulator dengan kecepatan rotor 10

rpm dan suhu 180°C yang merupakan suhu bereaksinya MA. HDPE yang

telah dimodifikasi kemudian langsung dipotong menjadi pelet-pelet kecil

(diameter 2 mm dan panjang 2-3mm) menggunakan pelletizer yang

dihubungkan dengan ektruder. Pelet ini selanjutnya dikeringkan terlebih

dahulu di dalam oven bersuhu 90°C selama 15 menit untuk menguapkan air

selama proses pendinginan setelah keluar dari ekstruder.

3. Pencampuran Pati Termoplastis dan Compatibilized HDPE

Pencampuran antara pelet pati termoplastis dengan compatibilized HDPE

pada tahap ini dilakukan untuk menghasilkan plastik komposit. Modifikasi

pencampuran (berdasarkan metode yang digunakan oleh Huneault dan Li,

2007) dilakukan pada komposisi pati termoplastis dan compatibilized HDPE

sebesar 20% : 80%. Proses pencampuran dilakukan menggunakan alat

rheomix 3000 HAAKE pada suhu 210°C, kecepatan rotor 100 rpm, dengan

waktu 3 menit. Plastik komposit yang terbentuk masih berupa bongkahan

sehingga perlu dilakukan pengecilan ukuran berbentuk pelet. Pelet ini yang

selanjutnya digunakan dalam analisis sifat plastik komposit.

Percobaan dilakukan dengan mengamati pengaruh bahan (tapioka dan

onggok) serta komposisi gliserol yang digunakan terhadap karakteristik

plastik komposit yang dihasilkan. Percobaan dilakukan dengan dua kali

ulangan.

4. Analisis Sifat Plastik Komposit

Analisis ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik

plastik komposit yang telah dihasilkan. Analisis yang dilakukan meliputi :

a. Analisis Sifat Mekanik sesuai dengan ASTM D-638 (1991) berupa

pengujian kuat tarik dan elongasi menggunakan alat Universal Testing

Machine (UTM).

b. Analisis Sifat Termal sesuai dengan ASTM D-3418 (1991) berupa

pengujian suhu pelelehan (Tm) dan transisi gelas (Tg) menggunakan alat

Differential Scanning Calorimeter (DSC).

c. Analisis Biodegradabilitas dengan modifikasi ASTM G-2170 (1980)

menggunakan kapang Aspergillus niger dan Penicillium sp. serta enzim

selulase dan α-amilase.

Prosedur analisis dapat dilihat pada Lampiran 2. Gambar 9 berikut

menyajikan diagram alir metode penelitian yang dilakukan.

Akuad(hingga ka

menjadi 2

Resin HDPE murni

Gliserol (15% dan 20%)

Pati tapioka dan onggok

0,1% Dikumil peroksida

1% Maleat idrida

camp(45 m encam

Pencampfase ca

Penuran ir

es dar air 5%)

Pelet compt.HDPE

Pelet pati termoplastis

aging

fisi

Analisis biodegradabilitas

Analisis sifat termal (DSC)

Analisis sifat mekanik (kuat tarik dan elongasi)

Karakterisasi plastik komposit

Pengecilan ukuran

Pembuatan plastik komposit (rheomix, 210°C, 100 rpm,

3 menit)

Pencampuran fisik (PT : CH = 20% : 80%)

Pengeringan pelet (oven, 90°C, 15 menit)

Pengecilan ukuran
Pengecilan ukuran
anh puran

k

uran fisik enit,

4 hari) P

Pembuatan pati termoplastis

(rheomix, 90°C, 100 rpm, 8 menit)

Pembuatan compatibilized HDPE

(extruder, 180°C, 10 rpm, 3 menit)

Gambar 9. Diagram alir metode penelitian

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Plastik merupakan polimer yang banyak diaplikasikan secara global oleh

manusia karena berbagai keunggulannya. Namun permasalahan kemudian muncul

ketika plastik telah dibuang ke lingkungan dan tidak dapat terdegradasi karena

sifatnya yang ‘abadi’, sementara penggunaannya semakin meningkat dari tahun ke

tahun. Limbah plastik telah menjadi sumber pencemaran lingkungan yang hingga

saat ini belum ditangani secara optimal. Banyaknya limbah ini pun menjadi salah

satu pemicu meningkatnya pemanasan global.

Salah satu upaya untuk mereduksi dampak negatif yang ditimbulkan akibat

plastik sintetis adalah dengan mencari alternatif bahan baku plastik yang lebih

ramah lingkungan. Pengembangan plastik biodegradabel berbasiskan pati

merupakan salah satu alternatif untuk memecahkan permasalahan ini serta

diharapkan mampu meningkatkan nilai tambah produk pertanian lokal.

Polimer alami dapat menggantikan kegunaan polimer sintetik melalui

beberapa modifikasi kimia maupun fisik untuk memperbaiki sifat-sifatnya dan

lebih dapat didegradasi bila dibuang ke lingkungan. Keuntungan lain dari bahan

baku alami ini adalah sifatnya yang terbarukan sehingga keberadaannya di alam

dapat terus dilestarikan serta harganya terjangkau. Namun dalam aplikasinya,

polimer alami memiliki kelemahan pada rendahnya sifat mekanis. Oleh karena itu,

dilakukan pencampuran antara polimer alami dalam hal ini pati termoplastis

dengan polimer sintetis (HDPE) dengan tujuan memperbaiki kelemahan sifat

mekanis pada polimer alami serta ketidakmampuan terdegradasi pada polimer

sintetis.

Perbedaan sifat yang berlawanan antara polimer alami dan sintetis

menyebabkan perlunya suatu zat dan proses modifikasi yang dapat menjembatani

pencampuran keduanya. Oleh karena itulah digunakan compatibilizer sehingga

keduanya dapat bercampur dengan baik. Analisis karakteristik plastik komposit

yang dihasilkan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sifat mekanik, termal,

dan biodegradabilitasnya.

A. Karakterisasi Tapioka dan Onggok

1. Mutu Tapioka

Tapioka memiliki peranan penting sebagai salah satu bahan pangan

tradisional sumber karbohidrat utama yang banyak dimanfaatkan secara luas oleh

masyarakat Indonesia. Tapioka juga digunakan sebagai bahan baku industri lain

sehingga mutunya harus memenuhi standar yang telah ditetapkan. Analisis mutu

dilakukan berdasarkan kriteria standar mutu untuk tapioka di Indonesia yang

diatur dalam SNI 01-3451-1994, yaitu meliputi pengujian kadar air, kadar abu,

kadar serat kasar, derajat asam, dan lolos saringan 80 mesh. Hasil analisis mutu

tapioka secara rinci dapat dilihat pada Tabel 12.

Tabel 12. Karakterisasi Mutu Tapioka Hasil Penelitian

Kriteria SNI 01-3451-1994 Hasil Analisis

Kadar air (%) Maks. 15,0 8,57

Kadar abu (%) Maks. 0,6 0,09

Kadar serat kasar (%) Maks. 0,6 0,085

Derajat asam (ml NaOH 0,1 N/g bahan)

Maks. 3,0 2,3

Lolos saringan 80 mesh (%) - 100

Proses pengolahan ubi kayu menjadi tapioka sangat menentukan mutu tapioka

yang dihasilkan. Ekstraksi tapioka di Indonesia umumnya dilakukan oleh

pengrajin industri kecil dengan metode konvensional dan peralatan sederhana.

Pengeringan pati dilakukan dengan penjemuran di bawah sinar matahari. Tahap

ini sangat menentukan mutu akhir pati yang dihasilkan. Pati merupakan bahan

kering yang rentan mengalami perubahan kadar air selama penyimpanan karena

sifatnya yang mudah menyerap uap air (hidrofilik). Apabila pengeringan tidak

optimal, pati masih lembab, atau kadar air pada bahan masih tinggi, maka bahan

akan rentan mengalami kerusakan akibat tumbuhnya kapang dan timbulnya bau

asam selama penyimpanan.

Hasil analisis kadar air menunjukkan bahwa tapioka telah memenuhi SNI

yaitu sebesar 8,57% dari persyaratan maksimal 15%. Hal ini membuktikan bahwa

proses pengeringan dan penyimpanan tapioka telah dilakukan dengan baik.

Swinkels (1985) menyatakan bahwa dalam kondisi atmosfer normal, kebanyakan

pati komersial mengandung 10-20% air. Tingkat kelembaban yang terlalu tinggi

pada tempat penyimpanan dapat mengakibatkan kadar air meningkat karena pati

menyerap uap air dari lingkungan, sementara kelembaban yang terlalu rendah

akan menyebabkan kadar air semakin menurun karena pati mengeluarkan uap air.

Menurut Favis et al. (2005), kadar air pada bahan akan mempengaruhi

interaksi interfacial antara pati dengan polimer. Kadar air yang tinggi akan

menyebabkan pati teraglomerasi dan menimbulkan efek negatif terhadap interaksi

interfacial antara pati dan polimer. Sebaliknya, kadar air yang rendah akan

mengurangi aglomerasi granula pati selama proses pencampuran fisik. Air yang

berlebih pada tahap pembuatan pati termoplastis akan menimbulkan gelembung

pada produk sehingga menurunkan sifat mekanisnya. Tingginya kadar air di

dalam pati juga akan memicu terjadinya proses hidrolisis pati menjadi molekul-

molekul glukosa, baik secara kimiawi maupun enzimatis.

Kadar abu menunjukkan kandungan bahan anorganik yang terkandung dalam

pati. Abu tersebut dapat berasal dari mineral yang terkandung di dalam pati

maupun zat asing yang terikut dalam proses ekstraksi pati. Berdasarkan hasil

analisis, kadar abu tapioka telah memenuhi SNI yaitu sebesar 0,09% dari

persyaratan maksimal 0,6%. Hal ini menunjukkan bahwa tapioka mempunyai

kualitas yang baik.

Kadar serat kasar tapioka hasil analisis sebesar 0,085% telah memenuhi SNI

(maksimal 0,6%). Hal ini berarti bahwa proses ekstraksi tapioka telah dilakukan

dengan baik. Corradini et al. (2007) menyatakan bahwa adanya serat pada pati

akan memberikan pengaruh positif terhadap sifat mekanik plastik komposit yang

dihasilkan.

Nilai derajat asam pati hasil analisis sebesar 2,3 ml NaOH 0,1N/g bahan

menunjukkan bahwa mutu pati yang diuji sesuai dengan SNI. Hal ini berarti

tapioka memenuhi mutu dan berada dalam kondisi yang baik. Tingginya nilai

derajat asam menunjukkan tingginya kerusakan akibat proses hidrolisis pada pati.

Hasil pengujian lolos saringan 80 mesh menunjukkan bahwa tapioka

seluruhnya mempunyai ukuran partikel yang lebih kecil dari 80 mesh. Hal ini

disebabkan oleh adanya perlakuan pendahuluan yaitu pengecilan ukuran hingga

200 mesh yang dilakukan terhadap tapioka sebelum analisis dilakukan. Pengecilan

ukuran ini bertujuan untuk menyeragamkan ukuran partikel pati serta agar

pencampuran antara pati dengan polimer sintetis berlangsung homogen. Semakin

kecil ukuran partikel pati, penyebaran partikel di dalam polimer akan lebih

homogen sehingga memberikan pengaruh positif terhadap sifat mekanik plastik

komposit yang dihasilkan.

2. Mutu Onggok

Hasil analisis mutu onggok menunjukkan nilai berbeda-beda. Hal ini dapat

disebabkan oleh kandungan pati dalam onggok sangat tergantung pada varietas

dan mutu ubi kayu yang diolah menjadi tapioka, efisiensi proses ekstraksi tapioka,

serta penanganan onggok (Anonim, 1984). Hasil analisis mutu onggok disajikan

pada Tabel 13 berikut.

Tabel 13. Karakteristik Onggok Hasil Penelitian

Parameter Pustaka Hasil

Analisis a b

Kadar air (% bb) 16,86 13,39 6.71

Kadar abu (% bk) 8,50 4,90 3.37

Kadar serat kasar (% bk) 8,14 11,02 33.80

Kehalusan / Lolos saringan 80 mesh (%) - - 100

a) Tjiptadi (1982) b) Anonim (1984)

Berdasarkan data pada Tabel 13 tersebut, dapat diamati bahwa kadar air

onggok hasil analisis jauh lebih kecil dibandingkan dengan kedua pustaka.

Rendahnya kadar air onggok hasil analisis ini disebabkan oleh proses pengeringan

yang dilakukan sebelum onggok diuji. Hal ini dilakukan agar onggok tidak mudah

rusak selama penyimpanan serta aglomerasi dengan polimer dapat berlangsung

dengan baik.

Kadar abu onggok hasil analisis memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan

dengan kedua literatur. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan zat anorganik dan

benda asing dalam onggok yang digunakan sangat sedikit, sehingga dapat

dikatakan bahwa kualitas onggok yang diuji cukup baik.

Kandungan serat pada onggok yang digunakan dalam penelitian ini berjumlah

cukup besar, yaitu 33,80%. Sebagai hasil samping dalam produksi tapioka,

onggok masih mengandung serat dalam jumlah banyak sehingga sering

dimanfaatkan sebagai sumber selulosa dalam industri pakan ternak. Dalam

pembuatan plastik komposit, adanya komponen serat pada onggok akan

mempengaruhi sifat mekanik yang dihasilkan. Komponen serat dalam material

pati berperan dalam memberikan sifat mekanik yang kuat.

3. Komponen Fisiko-Kimia Tapioka dan Onggok

Analisis sifat fisiko-kimia tapioka dan onggok dilakukan untuk mengetahui

kadar komponen-komponen yang berpengaruh terhadap proses selanjutnya, yaitu

pembuatan tapioka dan onggok termoplastis serta pencampuran dengan resin

HDPE. Nilai masing-masing komponen disajikan pada Tabel 14 berikut.

Tabel 14. Komponen Kimia Tapioka dan Onggok

Komponen Tapioka Onggok

Pati (% b/k) 85,74 22,25

Amilosa (%) 27,98 19,90

Lemak (%) 0,045 0,17

Protein (%) 0,23 1,50

Berdasarkan tabel hasil analisis di atas, dapat diketahui bahwa kadar pati pada

tapioka yang digunakan cukup tinggi (85,74%), sementara kadar pati pada onggok

lebih rendah (22,25%). Rendahnya kadar pati pada onggok ini menunjukkan

bahwa proses ekstraksi pati telah berlangsung baik dan efisien sehingga residu

atau limbah padat yang dihasilkan tidak terlalu banyak mengandung pati.

Pati terdiri dari dua komponen utama, yaitu komponen mayor (amilosa dan

amilopektin) serta komponen minor (lemak dan protein). Hasil analisis kadar

amilosa pada tapioka menunjukkan nilai yang cukup tinggi yaitu 27,98%,

sementara pada onggok kadar amilosanya lebih rendah, yaitu sebesar 19,90%.

Menurut Thomas dan Atwell (1999), kandungan amilosa yang tinggi pada pati

memiliki kecenderungan untuk membentuk film yang kuat dibandingkan dengan

amilopektin. Untuk membentuk film dan gel yang kuat harus digunakan pati

dengan kandungan amilosa yang tinggi.

Film amilosa tahan terhadap beberapa pelarut, minyak pelumas, dan

mempunyai sifat yang tidak tembus oksigen. Sifat fisik campuran pati dengan

HDPE sebagian besar akan dipengaruhi oleh jumlah rasio amilosa dan

amilopektin yang terkandung di dalamnya. Menurut Nisperos-Carriedo (1994) di

dalam Krochta dan McHugh (1994), aplikasi yang membutuhkan viskositas,

stabilitas, dan kekuatan mengental yang tinggi, digunakan pati dengan kandungan

amilopektin yang tinggi, sedangkan untuk membentuk film dan gel yang kuat,

digunakan pati dengan kandungan amilosa yang tinggi.

Berdasarkan data hasil analisis, diketahui bahwa kadar lemak dan protein

pada tapioka lebih rendah dibandingkan kadar lemak dan protein pada onggok.

Nilai kadar lemak dan protein pada tapioka sebesar 0,045% dan 0,23%, sedangkan

kadar lemak dan protein pada onggok yaitu 0,17% dan 1,5%. Menurut Banks dan

Greenwood (1975), komponen minor atau komponen antara yang menyusun pati

terdiri dari protein dan lemak yang biasanya terdapat dalam jumlah 5%-10% dari

berat total. Namun jumlah yang kecil tersebut memberikan pengaruh yang besar

terhadap sifat fungsional pati. Semakin sedikit kandungan lemak dan protein di

dalam pati, semakin baik pula kualitas pati tersebut. Adanya komponen lemak dan

protein pada pati akan memberikan sifat hidrofobik di sekeliling granula sehingga

menyebabkan terhambatnya pengikatan air oleh granula pati. Hal ini akan

mempengaruhi hasil pencampuran dengan compt.HDPE karena membuat pati

menjadi hidrofobik sehingga kadar air yang diinginkan sulit tercapai.

B. Pembuatan Tapioka dan Onggok Termoplastis

Tapioka dan onggok termoplastis dibuat dengan memberikan perlakuan panas

tinggi disertai gesekan yang tinggi pula terhadap bahan selama waktu tertentu.

Selama proses termoplastisasi, air akan masuk ke dalam pati dan bahan pemlastis

membentuk ikatan hidrogen dengan pati sehingga terjadi reaksi antara gugus

hidroksil dan molekul pati dimana pati tersebut akan menjadi lebih plastis.

Proses termoplastisasi dilakukan menggunakan alat rheomix 3000 HAAKE

dengan kondisi suhu 90°C, kecepatan rotor 100 rpm, dan waktu 8 menit. Bahan

pemlastis yang ditambahkan yaitu air dan gliserol masuk ke dalam molekul pati

lalu akan membentuk suatu bantalan di dalam molekul pati tersebut sehingga

membuat pati menjadi plastis. Bahan pemlastis juga berfungsi melindungi

molekul pati sehingga membuat pati lebih tahan panas dan tahan gesekan saat

pemrosesan dalam kondisi suhu dan gesekan tinggi.

Pembuatan pati termoplastis dengan kadar air rendah dan tingkat

destrukturisasi tinggi akan menyebabkan pati menjadi plastis, meleleh, dan

mengalami depolimerisasi. Akibat dari terganggunya pati ini adalah granula tidak

lagi bersifat semikristalin tetapi berubah menjadi amorf karena rusaknya ikatan

hidrogen antar molekul pati tersebut. Gambar 10 di bawah ini menunjukkan

penampakan granula pati di bawah mikroskop cahaya setelah mengalami

termoplastisasi. Gambar granula tapioka termoplastis di bawah mikroskop cahaya

dan cahaya terpolarisasi ditunjukkan pada Gambar 10 (a) dan (b), sedangkan

gambar granula onggok termoplastis di bawah mikroskop cahaya dan cahaya

terpolarisasi ditunjukkan pada Gambar 10 (c) dan (d) berikut.

Keterangan :

a) Tapioka termoplastis+gliserol 20% menggunakan mikroskop cahaya b) Tapioka termoplastis+gliserol 20% menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi c) Onggok termoplastis+gliserol 20% menggunakan mikroskop cahaya d) Onggok termoplastis+gliserol 20% menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi

G

ambar 10. Granula pati pada pati dan onggok tapioka termoplastis dengan perbesaran 200 x

d)
c)
b)
a)

Dari gambar tersebut terlihat bahwa bentuk granula pati tetap utuh dan tidak

kehilangan sifat birefringentnya. Pudarnya cahaya saat diberikan cahaya

terpolarisasi menunjukkan bahwa terjadi pengembangan granula namun tidak

sampai pecah. Hal ini disebabkan oleh adanya difusi bahan pemlastis ke dalam

granula.

Pada Gambar 10 (c) dan (d) dapat terlihat komponen serat yang terkandung di

dalam onggok berupa serabut panjang transparan. Kadar lemak dan protein yang

rendah pada kedua bahan memberikan efek positif karena tidak ada penghalang

absorbsi air dan gliserol ke dalam molekul granula pati sehingga sifat mekanik

plastik komposit yang dihasilkan pun lebih baik.

Dalam bentuk alami, granula pati memiliki sifat birefringent, yaitu

kemampuan merefleksikan cahaya terpolarisasi di bawah mikroskop yang

memperlihatkan adanya garis silang polarisasi berwarna hitam (Wurzburg, 1989).

Menurut Pomeranz (1991), garis silang polarisasi tersebut menunjukkan bahwa

granula pati memiliki daerah kristalin yang di dalamnya terdapat polimer-polimer

yang tersusun secara teratur.

Pada tahap ini tidak terjadi gelatinisasi pada granula pati walalupun suhu

yang digunakan melebihi suhu gelatinisasi tapioka. Hal ini disebabkan oleh

rendahnya kadar air di dalam pati dan air yang ada pada proses termoplastisasi ini

bukan berfungsi sebagai penjenuh molekul pati atau moisture content untuk

terjadinya gelatinisasi, melainkan sebagai bahan pemlastis dan lubrikan.

Berdasarkan Gambar 10 dapat dilihat adanya beberapa granula yang pecah.

Hal ini disebabkan beberapa molekul pati kurang mampu bertahan dalam kondisi

pemrosesan termoplastis. Pecahnya molekul pati ini akan berpengaruh terhadap

pencampuran pati termoplastis dengan polimer sintetis yang telah dimodifikasi

karena dapat menyebabkan sifat plastik menjadi rapuh.

Pada Gambar 10 juga terlihat bahwa sifat birefringent molekul pati pada

onggok termoplastis cenderung lebih rendah dibandingkan dengan molekul

tapioka yang terlihat masih mempertahankan sifat birefringentnya. Hal ini

disebabkan tingginya kadar amilopektin dan kandungan serat yang cukup tinggi

pada onggok yang mengganggu proses absorbsi bahan pemlastis ke dalam

molekul pati. Menurut Teixeira (2009), adanya serat atau selulosa pada onggok

mengakibatkan terakumulasinya bahan pemlastis di sekitar selulosa atau daerah

interfacial amilopektin. Fenomena ini dapat menganggu terbentuknya ikatan

hidrogen antara bahan pemlastis dan granula pati serta menghalangi transfer

tegangan (stress) pada permukaan atau pengisi matriks plastik. Akibatnya, plastik

komposit yang dihasilkan pun akan memiliki sifat mekanik yang kurang baik.

Komponen yang menyebabkan kristalinitas pati adalah amilopektin. Seiring

dengan meningkatnya kadar amilopektin pada pati, maka kristalinitasnya juga

akan meningkat (Eliasson dan Gudmundsson, 1996). Christianty (2009)

menambahkan bahwa dengan semakin rendahnya kristalinitas pati, menyebabkan

pati termoplastis lebih mudah untuk dicetak dan dibentuk.

C. Pencampuran Pati Termoplastis dengan Compatibilized HDPE

Sebagaimana telah dikemukakan di awal, pati termoplastis sebagai polimer

alami memiliki keunggulan dalam hal sifatnya yang terbarukan, dapat didegradasi,

dan harganya murah, sedangkan kelemahannya adalah pada rendahnya sifat

mekanik dan mikroskopis. Sementara itu, resin HDPE sebagai polimer sintetis

memiliki keunggulan dalam hal sifat mekaniknya, sedangkan kemampuan

degradasinya sangat rendah. Pencampuran pati termoplastis dilakukan dengan

tujuan untuk menutupi kelemahan masing-masing polimer sehingga diharapkan

akan dihasilkan plastik komposit yang memiliki kemampuan biodegradasi lebih

baik dibandingkan plastik sintetis dan memiliki sifat mekanik yang baik.

Sebelum dilakukan pencampuran, dilakukan proses modifikasi terhadap

HDPE yang akan digunakan. Modifikasi dilakukan dengan tujuan untuk

mengubah karakteristik HDPE agar dapat bercampur dengan pati termoplastis.

Modifikasi dilakukan dengan menambahkan 1% (dari bobot total) compatibilizer

maleat anhidrida dan 0,1% (dari bobot total) inisiator dikumil peroksida.

Polietilen bersifat nonpolar dan hidrofobik, sedangkan pati termoplastis bersifat

polar dan hidrofilik. Keduanya tidak akan bercampur dengan baik tanpa

penambahan compatibilizer. Maleat anhidrida yang ditambahkan berfungsi

memadukan kedua polimer yang tidak kompatibel tersebut menjadi campuran

yang stabil melalui ikatan intramolekuler (Mehta dan Jain, 2007).

Pencampuran antara pati termoplastis dengan compatibilized HDPE

dilakukan dengan komposisi pati termoplastis : compt.HDPE sebesar 20%:80%.

Gambar 11 berikut menunjukkan bahan yang digunakan dalam pencampuran

tersebut.

a) b) c)

Keterangan :

a) Tapioka termoplastis yang telah dilakukan pengecilan ukuran berbentuk pelet b) Compt. HDPE c) Onggok termoplastis yang telah dilakukan pengecilan ukuran berbentuk pelet

Gambar 11. Bahan baku pembuatan plastik komposit

Pengamatan dilakukan terhadap nilai torsi pada alat rheomix yang digunakan

dalam pencampuran. Nilai torsi menunjukkan berapa besar energi yang

dibutuhkan oleh alat untuk mencampurkan semua bahan secara homogen. Gambar

12 memperlihatkan kurva torsi yang terjadi selama proses pencampuran.

Berdasarkan kurva torsi tersebut, dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan

maksimum energi pencampuran selama tahapan awal proses, kemudian akan

berangsur menjadi stabil setelah pencampuran berlangsung merata. Pada kurva

torsi pati tapioka termoplastis, komposisi gliserol sebanyak 15% dan 20%

menunjukkan pengaruh yang tidak signifikan. Hal ini terlihat dari besarnya

kisaran nilai torsi yang tidak jauh berbeda selama proses pencampuran. Sementara

pada kurva torsi onggok tapioka termoplastis, komposisi gliserol sebanyak 15%

dan 20% menunjukkan pengaruh yang cukup signifikan, dimana nilai torsi

onggok termoplastis dengan komposisi gliserol 20% terlihat lebih cepat mencapai

titik stabil. Hal ini disebabkan oleh kandungan bahan pemlastis yang lebih banyak

sehingga kelenturan bahan meningkat dan energi yang dihasilkan lebih sedikit

dibandingkan onggok termoplastis dengan komposisi gliserol lebih sedikit.

a)

b)

Gambar 12.Pengaruh jenis pati dan komposisi gliserol terhadap energi torsi selama pengadukan. a) Tapioka termoplastis dengan komposisi gliserol 15% dan 20% dan compt. HDPE, b) Onggok termoplastis dengan komposisi gliserol 15% dan 20% dan compt. HDPE.

Pada proses pencampuran ini terjadi perubahan warna plastik komposit

menjadi kecoklatan disebabkan oleh lamanya pencampuran yang mengakibatkan

pati dan serat terdegradasi. Lamanya pencampuran disebabkan oleh sifat pati yang

0

10

20

30

40

50

60

70

0 11 20 36 54 66 78 90 100 116 126 162 180

tapioka termoplastis+gliserol 15%

tapioka termoplastis+gliserol 20%

Tor

si (N

m)

Waktu pengadukan (detik)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 11 20 36 54 66 78 90 100 116 126 162 180

onggok termoplastis+gliserol 15%

onggok termoplastis+gliserol 20%

Tor

si (N

m)

Waktu pengadukan (detik)

tidak memiliki kemampuan alir sehingga diperlukan waktu yang lama untuk

membuat campuran menjadi homogen. Molekul-molekul pada pati dan serat

terdegradasi menjadi komponen yang lebih kecil (gula-gula sederhana) yang

mengalami reaksi browning atau pencoklatan akibat dua kali pemanasan yang

dilakukan, yaitu pada saat pembuatan pati termoplastis (suhu 90°C) dan

pencampuran antara pati termoplastis dengan compt.HDPE (suhu 210°C). Gambar

13 berikut merupakan plastik komposit yang telah mengalami pengecilan ukuran.

Gambar 13. Pellet plastik komposit hasil pencampuran (a) compt.HDPE-tapioka termoplastis dan (b) compt.HDPE-onggok termoplastis

D. Karakteristik Plastik Komposit

Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui kualitas plastik komposit yang

dihasilkan pada penelitian ini. Sifat plastik komposit yang dianalisis meliputi sifat

mekanik, sifat termal, biodegradabilitas, dan morfologi permukaannya.

1. Sifat Mekanik Plastik Komposit

Pengujian sifat mekanik berkaitan erat dengan aplikasi plastik. Karakterisasi

ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh komposisi gliserol dan bahan yang

digunakan pada pati termoplastis. Sifat yang diuji meliputi kekuatan tarik dan

perpanjangan putus dengan prosedur kerja menurut ASTM D-638.

Kuat tarik adalah tegangan regangan maksimum yang dapat diterima sampel

(Surdia dan Saito, 1995), sedangkan elongasi adalah salah satu jenis deformasi

yang terjadi pada bahan akibat diberikan gaya. Hasil pengujian kuat tarik dan

perpanjangan putus plastik komposit disajikan pada Tabel 15 berikut.

Tabel 15. Hasil Analisis Sifat Mekanik Plastik Komposit

Keterangan

Tensile Stress At Yield (kg/cm2)

Elongation At Yield

(%)

Compt. Tapioka-HDPE

gliserol 15% 279,1233 4,8642

gliserol 20% 267,1329 3,5273

Compt. Onggok-HDPE

gliserol 15% 224,2146 2,0013

gliserol 20% 194,7437 2,0497

HDPE 291,8982 6,5186

Hasil pengujian kuat tarik dan elongasi menunjukkan bahwa sifat mekanik

semua plastik komposit lebih rendah dibandingkan polimer sintetis (HDPE)

murni. Nilai kuat tarik dan elongasi pada compt.tapioka-HDPE memberikan nilai

yang lebih besar dibandingkan compt.onggok-HDPE. Hal ini dipengaruhi oleh

kandungan serat pada onggok termoplastis dan kandungan amilosanya yang lebih

rendah dibandingkan dengan pati tapioka termoplastis. Teixeira (2009)

menyatakan adanya serat atau selulosa pada onggok (cassava bagasse)

mengakibatkan terakumulasinya bahan pemlastis di sekitar selulosa atau daerah

interfacial amilopektin. Fenomena ini dapat menganggu terbentuknya ikatan

hidrogen antara bahan pemlastis dan granula pati serta menghalangi transfer

tegangan (stress) pada permukaan atau pengisi matriks plastik. Akibatnya, plastik

komposit yang dihasilkan pun akan memiliki sifat mekanik yang kurang baik

karena bersifat rapuh (fragile).

Rendahnya kandungan amilosa pada onggok menunjukkan tingginya

kristalinitas pada onggok termoplastik. Seiring dengan menurunnya kadar

amilosa, kadar amilopektin meningkat, sehingga kristalinitasnya juga akan

meningkat (Eliasson dan Gudmundsson, 1996). Christianty (2009) menambahkan

bahwa semakin rendahnya kristalinitas pati menyebabkan pati termoplastis lebih

mudah untuk dicetak dan dibentuk. Karakteristik selulosa yang terdapat pada

onggok juga mendukung sifat kristalin plastik komposit. Di dalam serat terbentuk

mikrofibril yang sangat terkristal (high crystalline) di mana setiap rantai selulosa

diikat bersama-sama dengan ikatan hidrogen. Hal ini menyebabkan terganggunya

proses penyisipan oleh bahan pemlastis sehingga pencampuran dengan bahan

pemlastis menjadi kurang homogen. Sifat yang sangat kristalin ini menyebabkan

kekuatan tarik yang rendah karena plastik komposit yang dihasilkan bersifat getas

dan rapuh.

Data Tabel 15 menunjukkan adanya hubungan antara penambahan

konsentrasi gliserol dengan kekuatan tarik plastik komposit. Elastisitas akan

menurun seiring dengan meningkatnya jumlah bahan pemlastis dalam film.

Elastisitas adalah sifat benda yang mengalami perubahan bentuk atau deformasi

secara tidak permanen. Benda dapat dikatakan elastis sempurna artinya jika gaya

penyebab perubahan bentuk hilang, maka benda akan kembali ke bentuk semula.

Banyak benda yang bersifat elastis sempurna yaitu mempunyai batas-batas

deformasi yang disebut limit elastis sehingga jika melebihi limit elastis, maka

benda tidak akan kembali ke bentuk semula. Sifat yang lain adalah sifat plastis

atau sifat tidak elastis dan perubahan cenderung tidak kembali ke bentuk semula,

misalnya lilin. Perbedaan antara sifat elastis dan plastis adalah pada tingkatan

dalam besar atau kecilnya deformsi yang terjadi.

Pada pengujian kuat tarik terlihat bahwa komposisi gliserol 15% pada bahan

memberikan nilai kuat tarik yang lebih besar dibandingkan dengan komposisi

gliserol 20%. Penambahan konsentrasi gliserol menunjukkan adanya penurunan

nilai kuat tarik dari plastik komposit yang diuji. Hal ini disebabkan oleh jumlah

pemlastis yang ditambahkan ke dalam bahan. Pemlastis yang ditambahkan

tersebut akan mengisi struktur matriks plastik komposit dengan ikatan hidrogen.

Walaupun ikatan hidrogen yg terjadi memiliki kekuatan kecil (sepersepuluh dari

ikatan kovalen normal), namun dapat mempengaruhi sifat mekaniknya seperti

sifat kuat tarik. Semakin tinggi konsentrasi gliserol yang ditambahkan maka

makin banyak ikatan hidrogen yang terbentuk menyebabkan struktur molekul

menjadi tidak teratur (acak) dan plastik komposit yang dihasilkan cenderung

amorf. Bentuk molekul yang amorf cenderung kurang kompak dibandingkan

bentuk molekul kristalin (Allcock dan Lampe, 1981) sehingga kekuatan ikatan

yang terdapat di dalam plastik komposit menjadi rendah dan gaya yang

dibutuhkan untuk memutuskan spesimen plastik komposit menjadi semakin kecil.

Penambahan pemlastis dapat mengakibatkan terbentuknya ‘ikatan yang

hilang’. Ikatan baru yang terbentuk biasanya berupa ikatan jembatan hidrogen

antara polimer resin dan pemlastis. Ikatan tersebut mampu memperlemah

sebagian gaya Van der Waals melalui penyisipan fisika pemlastis terhadap

polimer-polimer yang menyebabkan bahan resin tersebut bersifat lebih elastis

(Spink dan Waychoff, 1958 di dalam Modern Plastic Encyclopedia, 1958).

Berdasarkan Tabel 15 diketahui bahwa nilai elongasi plastik komposit

berfluktuasi pada kedua komposisi gliserol. Nilai perpanjangan putus tertinggi

dimiliki oleh compt.tapioka-HDPE dengan komposisi gliserol 15%, sementara

pada compt.onggok-HDPE nilai perpanjangan putusnya tidak jauh berbeda.

Menurut Hammer (1978), penambahan pemlastis akan membentuk interaksi

molekuler rantai polimer untuk meningkatkan kecepatan respon viskoelastis pada

polimer sehingga meningkatkan mobilitas molekuler rantai polimer.

Meningkatnya mobilitas molekuler rantai polimer menunjukkan bahan semakin

plastis sehingga perpanjangan putus akan semakin meningkat. Peningkatan

perpanjangan putus ini akan terus terjadi selama masih terbentuk interaksi

molekuler rantai polimer dengan pemlastis.

Billmeyer (1994) menyatakan bahwa bahan pemlastis yang ditambahkan pada

polimer semikristalin akan lebih banyak berinteraksi dengan fase amorf dan

sangat sedikit berinteraksi dengan fase kristalin sehingga struktur polimer lebih

amorf. Perubahan struktur polimer ke arah lebih amorf menjadikan polimer lebih

elastis. Perpanjangan putus semakin meningkat dengan meningkatnya konsentrasi

pemlastis. Sementara pada hasil pengujian, nilai perpanjangan putus pada

compt.tapioka-HDPE mengalami penurunan dengan meningkatnya konsentrasi

gliserol. Perbedaan hasil pengujian dengan literatur ini dapat disebabkan oleh

beberapa faktor. Perpanjangan putus yang menunjukkan penurunan dapat

disebabkan tingginya faktor koreksi perpanjangan putus spesimen plastik

komposit tersebut dan dapat juga disebabkan oleh jumlah pemlastis yang

ditambahkan tidak cukup banyak untuk membentuk ikatan hidrogen pada setiap

molekul plastik komposit sehingga gaya van der Waals pada plastik komposit

masih cukup banyak. Selain itu, faktor pencampuran plastik komposit juga

berpengaruh. Pencampuran yang kurang homogen menyebabkan penyisipan

bahan pemlastis ke dalam matrik plastik komposit belum berlangsung sempurna

sehingga perpanjangan putus yang dihasilkan tidak maksimal.

2. Sifat Termal Plastik Komposit

Sifat termal plastik komposit yang dianalisis meliputi suhu transisi gelas

(glass transition temperature, Tg), suhu pelelehan (melting point, Tm), dan

perubahan entalpi (∆H). Tg dan Tm merupakan sifat termal yang penting untuk

dianalisis guna mengetahui kemampuan proses suatu polimer.

Menurut Allcock dan Lampe (1981), Tg merupakan suhu peralihan dari

bentuk kaca (glass) ke karet (rubber) untuk polimer amorf atau peralihan dari

kaca ke termoplastik untuk polimer kristalin, sedangkan Tm merupakan suhu

dimana polimer berubah bentuk menjadi cair (liquid). DSC mengukur sejumlah

energi (panas) yang diserap atau dilepaskan oleh suatu sampel ketika dipanaskan,

didinginkan, atau didiamkan pada suhu konstan.

Menurut Latief (2001), kemampuan suatu bahan dasar dalam pembentukan

film dapat diterangkan melalui fenomena fase transisi kaca. Pada fase tertentu di

antara fase cair dengan padat, massa dapat dicetak atau dibentuk menjadi suatu

bentuk tertentu pada suhu dan kondisi lingkungan yang tertentu. Fase transisi kaca

biasanya terjadi pada bahan berupa polimer. Suhu saat fase transisi kaca terjadi

disebut sebagai titik fase kaca (glassy point). Pada suhu tersebut bahan padat

dapat dicetak menjadi suatu bentuk yang dikehendaki, misalnya lembaran tipis

(film) kemasan. Menurut Umam et al. (2007) nilai Tg akan bervariasi bergantung

pada struktur molekul spesifik dari polimer dasarnya, berat molekul, distribusi

berat molekul tersebut, aditif yang ditambahkan ke dalam formula, serta beberapa

faktor lainnya.

Hasil pengujian nilai Tg (suhu transisi gelas), Tm (suhu pelelehan), dan ∆H

(perubahan entalpi) plastik komposit disajikan pada Tabel 16 berikut.

Tabel 16. Hasil Pengujian Sifat Termal Plastik Komposit

Plastik komposit Glass Transition Temperature

(°C)

Melting Point Temperature

(°C)

∆H (mJ/mg)

Compt. Tapioka-HDPE

Gliserol 15% 32,8 132,9 30,5

Gliserol 20% 31,3 132,4 32,1

Compt. Onggok-HDPE

Gliserol 15% 32,3 132,6 32,3

Gliserol 20% 28,3 131,5 32,7

HDPE murni 31,5 131,0 41,3

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, diketahui bahwa nilai Tg plastik

komposit pada komposisi gliserol 15% lebih tinggi dibandingkan dengan nilai Tg

pada HDPE murni dan plastik komposit pada komposisi gliserol 20%. Hal ini

menunjukkan bahwa nilai Tg plastik komposit mengalami penurunan dengan

peningkatan konsentrasi gliserol. Data analisis sifat termal plastik komposit secara

lengkap disajikan pada Lampiran 3.

Spink dan Waychoff (1958) menjelaskan teori mengenai reaksi yang terjadi

antara pemlastis dan suatu polimer. Pemlastis yang ditambahkan pada suatu bahan

polimer resin akan tersisip secara fisika di antara rantai-rantai polimer tersebut.

Penambahan pemlastis dapat mengakibatkan terbentuknya ‘ikatan yang hilang’.

Ikatan baru yang terbentuk biasanya ikatan jembatan hidrogen antara polimer

resin dan pemlastis tersebut. Hammer (1978) menerangkan bahwa pemlastis

adalah bahan kimia yang dapat digunakan untuk mengurangi kekakuan resin

termoplastik. Prinsip kerja pemlastis adalah dengan membentuk interaksi

molekuler rantai polimer untuk meningkatkan kecepatan respon viskoelastis pada

polimer. Hal ini akan meningkatkan mobilitas molekuler rantai polimer dan

akibatnya dapat menurunkan suhu transisi gelas (Tg).

Titik leleh (Tm) adalah suhu pada saat rantai polimer berada dalam daerah

berkristal polimer terpisah, sehingga memungkinkan polimer untuk mengalir

(meleleh). Penentuan titik leleh dilakukan dengan menggunakan Differential

Scanning Calorimetry. Pada DSC terdapat dua wadah kecil berbahan logam, satu

diisikan sampel polimer dan yang lainnya dengan bahan kontrol. Masing-masing

wadah berisi sampel dan bahan kontrol dipanaskan dan suhu tiap wadah dimonitor

oleh sensor panas. Jika sampel secara tiba-tiba menyerap panas selama proses

transisi, perubahan akan dideteksi oleh sensor. Perubahan ini akan menyebabkan

mulai dialirkannya arus panas yang lebih besar untuk mengganti kehilangan panas

yang terjadi. Jika perubahan ini dimonitor secara teliti, maka akan menghasilkan

ukuran suhu transisi.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa semua plastik komposit memiliki nilai

Tm yang lebih tinggi dibandingkan dengan polimer HDPE murni. Nilai Tm plastik

komposit pada komposisi gliserol 15% lebih tinggi dibandingkan dengan plastik

komposit pada komposisi gliserol 20%. Hal ini menunjukkan bahwa nilai Tm

plastik komposit mengalami penurunan dengan peningkatan konsentrasi gliserol.

Dengan semakin banyaknya konsentrasi pemlastis, ikatan hidrogen yang terbentuk

akan semakin banyak. Terbentuknya ikatan hidrogen akan menyebabkan struktur

molekul menjadi tidak teratur. Struktur yang semakin tidak teratur menunjukkan

peningkatan fraksi amorf dan penurunan fraksi kristalin (Allcock dan Lampe,

1981). Penurunan fraksi kristalin menyebabkan penurunan titik leleh bahan.

Selain itu, jika suatu polimer semikristalin mendapat tambahan pemlastis, maka

akan terjadi penurunan suhu pelelehan (Tm) dan derajat kristalinitas, pemlastis

akan lebih banyak berinteraksi dengan fase amorf dan sangat sedikit yang

berinteraksi dengan fase kristalin (Billmeyer, 1994).

Perubahan entalpi (∆H) merupakan besarnya energi yang dibutuhkan untuk

melelehkan bahan. Pada pelelehan plastik komposit ini, reaksi yang terjadi

merupakan reaksi endoterm dimana bahan menyerap kalor. Luas lembah yang

membentuk peak menurun menunjukkan reaksi ini. Berdasarkan data tabel 16 di

atas, diketahui bahwa nilai ∆H plastik komposit lebih rendah dibandingkan ∆H

polimer HDPE murni. Tingginya perubahan entalpi menunjukkan besarnya gaya

atau ikatan antar molekul pada polimer. Adanya polimer alami yang ditambahkan

sebanyak 20% telah mengganggu ikatan antar molekul HDPE sehingga energi

yang dibutuhkan untuk pelelehan pun semakin kecil.

Nilai ∆H pada compt.HDPE-tapioka mengalami penurunan yang lebih besar

dibandingkan dengan compt.HDPE-onggok. Hal ini dipengaruhi oleh komponen

penyusun tapioka dan onggok, salah satunya adalah kandungan serat yang cukup

besar dalam onggok. Serat merupakan polimer yang bersifat sangat kristalin dan

memiliki ikatan intermolekul yang kuat sehingga dalam proses pencampuran,

ikatan antara molekul HDPE dan onggok tidak berlangsung sempurna. oleh

karena itu, penurunan entalpi yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan pati yang

cenderung lebih mudah berikatan dengan molekul HDPE. Plastik komposit

dengan konsentrasi gliserol 15% menunjukkan nilai ∆H yang lebih rendah

dibandingkan dengan konsentrasi gliserol 20%. Hal ini menunjukkan bahwa

dengan semakin banyaknya penambahan zat pemlastis, energi yang diserap untuk

pelelehan bahan semakin besar.

Meskipun nilai Tm plastik komposit lebih tinggi dibandingkan dengan

polimer HDPE murni dan mengalami penurunan pada konsentrasi gliserol yang

lebih tinggi, namun nilai Tm tersebut tidak berbeda secara signifikan. Nilai Tm

pada polimer campuran sangat dipengaruhi oleh bahan pencampurnya, terutama

material yang paling dominan dalam campuran tersebut. Semakin sedikit bahan

yang ditambahkan pada polimer sintetis maka perbedaan titik lelehnya akan

semakin kecil.

Hasil pengujian sifat termal plastik komposit menggunakan DSC dijelaskan

secara lebih rinci melalui kromatogram pada Gambar 14 berikut. Berdasarkan

Gambar 14 tersebut, terlihat bahwa rentang nilai Tg dan Tm plastik komposit yang

diuji tidak berbeda secara signifikan dengan HDPE murni.

Adanya peak hasil uji DSC yang menuju ke arah bawah dengan tingkat

ketajaman berbeda pada Gambar 14 menunjukkan bahwa sampel menyerap energi

(kalor) sehingga entalpi akan berubah. Oleh karena sampel menyerap energi,

maka proses yang terjadi adalah proses endoterm. Energi yang diserap oleh

sampel menyebabkan terjadinya pelelehan sampel. Oleh karena itu, suhu pada saat

tercapai puncak absorpsi energi kalor (peak) disebut sebagai suhu pelelehan (Tm).

Adanya peak yang tajam menunjukkan komponen dominan berupa resin HDPE

sebanyak 80%.

a)

b)

Gambar 14. Kromatogram DSC a) HDPE murni dan compt.HDPE-tapioka; b) HDPE murni dan compt.HDPE-onggok.

Nilai Tg pada kromatogram dapat terdeteksi oleh adanya peak berbentuk

seperti anak tangga (tanpa puncak) yang menunjukkan terjadinya peralihan bentuk

dari kaca ke karet untuk struktur molekul amorf dan peralihan bentuk dari

berkristal/kaca ke termoplastik yang fleksibel untuk struktur molekul kristalin

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

tapioka+G15%

tapioka+G20%

HDPE murni

DSC (mW)

Suhu (°C)

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

onggok+G15%

onggok+G20%

HDPE murni

DSC (mW)

Suhu (°C)

(Allcock dan Lampe, 1981). Pengujian ini membuktikan bahwa komposisi

polimer alami yang ditambahkan sebanyak 20% ke dalam matriks polimer HDPE

tidak memberikan pengaruh terhadap nilai Tg dan Tm secara nyata.

3. Pengujian Biodegradabilitas Plastik Komposit

Pengujian biodegradabilitas plastik komposit dilakukan dengan dua metode,

yaitu metode kualitatif dengan penanaman pada media PDA menggunakan kapang

Aspergillus niger dan Penicillium sp. serta metode kuantitatif dengan reaksi

enzimatis menggunakan enzim α-amilase dan selulase.

a. Pengujian Biodegradabilitas Secara Kualitatif

Pengujian biodegradabiltas secara kualitatif dilakukan berdasarkan

ASTM G-2170 dan bertujuan untuk membuktikan bahwa plastik komposit

yang diuji dapat menjadi media tumbuh bagi kapang yang diinokulasikan.

Tumbuhnya kapang pada plastik komposit menunjukkan bahwa plastik

komposit memiliki kemampuan untuk didegradasi oleh mikroorganisme di

dalam tanah yang dalam pengujian ini diwakili oleh kapang Aspergillus niger

dan Penicillium sp.

Pengujian dilakukan dengan cara inokulasi pada media PDA, bukan

dengan cara burial (penguburan di dalam tanah) karena metode penguburan

memakan waktu yang lebih lama. Kapang yang diinokulasikan pada media

agar dan dilakukan pengkondisian yang sesuai akan berkembang secara

optimum dalam waktu singkat sehingga pengamatan dapat dilakukan dalam

waktu yang lebih singkat.

Pada pengujian ini digunakan dua kontrol sebagai indikator, yaitu kontrol

negatif berupa lembaran HDPE murni serta kontrol positif berupa lembaran

tapioka dan onggok termoplastis. Gambar 15 berikut menunjukkan hasil

pengujian biodegradabilitas secara kualitatif pada kontrol.

Ketera

a) Kb) Kc) Kd) Ke) Kf) K

B

(HDP

0% (k

positi

pertu

ditum

onggo

Sebal

mikro

KKKKKK

B

(HDP

0% (k

positi

pertu

ditum

onggo

B

0% (k

positi

ditum

d)

ngan :

ontrol negatif : HDPE murni dengan kapang ontrol positif : tapioka termoplastis dengan kapang ontrol positif : onggok termoplastis dengan kapang ontrol negatif : HDPE murni dengan kapang ontrol positif : tapioka termoplastis dengan kapang ontrol positif : onggok termoplastis dengan kapang

Gambar

erdasarkan gambar tersebut dapat diamati bahwa

E murni) menempati ranking ke

edua kapang tidak tumbuh pada permukaan sampel), se

f (tapioka dan onggok termoplastis) menempati rank

mbuhan kapang sebesar 60%

buhi kapang). Hal ini menunjukkan bahwa polimer ala

k termoplastik) memiliki kemampuan untuk terde

iknya, polimer sintetis (resin HDPE) tidak mampu d

organisme.

ontrol negatif : HDPE murni dengan kapang Aspergillus niger ontrol positif : tapioka termoplastis dengan kapang Aspergillus nigontrol positif : onggok termoplastis dengan kapang Aspergillus nigontrol negatif : HDPE murni dengan kapang Penicillium sp. ontrol positif : tapioka termoplastis dengan kapang Penicillium sp.ontrol positif : onggok termoplastis dengan kapang Penicillium sp.

15. Hasil analisis biodegradabilitas pada kon


E murni) menempati ranking ke-0, yakni pertumbuhan



mbuhan kapang sebesar 60%-100% (seluruh perm


k termoplastik) memiliki kemampuan untuk terdegra

polimer sintetis (resin HDPE) tidak mampu d

Aspergillus nigAspergillus nig

on


0, yakni pertumbuhan



% (seluruh perm


gra

polimer sintetis (resin HDPE) tidak mampu d

f)

b)
c)
e)

a)

kontrol

dangkan kontrol

ing ke

mi (tapioka dan

idegradasi oleh

erer

trol

kontrol

kapang sebesar

dangkan kontrol

ing ke

ukaan sampel

mi (tapioka dan

dasi seluruhnya.

idegradasi oleh

er er

trol

kontrol negatif

kapang sebesar

dangkan kontrol

ing ke-4, yakni

ukaan sampel

mi (tapioka dan

dasi seluruhnya.

idegradasi oleh

Keterangan :

a) Compt.HDPE-tapioka dengan komposisi gliserol 15%b) Compt.HDPE-tapioka dengan komposisi gliserol 20%c) Compt.HDPE-onggok dengan komposisi gliserol 15%d) Compt.HDPE-onggok dengan komposisi gliserol 20%

Gambar 16. Hasil analisis biodegradabilitas pada compt.HDPE-onggok menggunakan k

Gambar 16 memperlihatkan bahwa keempat s

ke-1 yang berarti sekitar 10% permukaan sa

Aspergillus niger. Kapang Aspergillus niger dan

beberapa jenis mikroorganisme pendegradasi ya

dalam tanah. Melalui pengujian ini diharapkan da

bahwa plastik komposit yang dihasilkan dari pe

sintetis dan alami ini dapat didegradasi oleh mikr

dalam tanah. Adanya komponen pati di antara

diharapkan dapat memicu proses degradasi dan me

panjang polimer sintetis sehingga memperbesar

oleh mikroorganisme.

d)
c)
b)
a)
compt.HDPE-tapioka dan apang Aspergillus niger

ampel menempati ranking

mpel ditumbuhi kapang

Penicilium sp. merupakan

ng umumnya terdapat di

pat memberikan gambaran

ncampuran antara polimer

oorganisme ketika dikubur

matriks polimer sintetis

nyebabkan putusnya rantai

kemungkinan terdegradasi

Keterangan :

a) Compt.HDPE-tapioka dengan komposisi gliserol 15%b) Compt.HDPE-tapioka dengan komposisi gliserol 20%c) Compt.HDPE-onggok dengan komposisi gliserol 15%d) Compt.HDPE-onggok dengan komposisi gliserol 20%

Gambar 17. Hasil analisis biodegradabilitas padcompt.HDPE-onggok menggunakan

Pada Gambar 17, pertumbuhan kapang Pe

compt.HDPE-tapioka menempati ranking ke-2

kapang tumbuh menutupi permukaan sampel,

compt.HDPE-onggok menempati ranking ke-3

kapang tumbuh menutupi permukaan sampel.

Menurut Nikazar et al. (2005), pada saat ka

akan muncul peningkatan pori-pori secara signi

proses metabolisme kapang dalam pati telah opti

memproduksi enzim yang mampu memecah p

segmen yang lebih kecil dengan berat molekul yan

menurut Nakamura et al. (2005) menyebabkan ma

Proses degradasi plastik komposit diawali denga

d)
c)
b)
a)
a compt.HDPE-tapioka dan kapang Penicillium sp.

nicillium sp. pada sampel

dimana 10%-30% koloni

sedangkan pada sampel

dimana 30%-60% koloni

pang tumbuh pada sampel,

fikan karena penetrasi dan

mal. Mikroorganisme akan

ati dalam plastik menjadi

g lebih rendah. Kondisi ini

terial polimer terdegradasi.

n proses biodegradasi yang

dilanjutkan dengan fotodegradasi dan terakhir biodegradasi lagi. Degradasi

pati akibat aktivitas enzim yang dikeluarkan oleh mikroorganisme akan

meninggalkan ruang kosong dalam plastik sehingga memperluas permukaan

kontak antara plastik dengan logam yang ada di dalam tanah. Selanjutnya

terjadi proses fotodegradasi dimana energi dari sinar matahari bersama katalis

logam dalam tanah akan merusak polimer menjadi rantai yang lebih pendek.

Jika molekul telah pendek, maka mikroorganisme akan dapat mencerna

polimer tersebut sebagai sumber karbon.

Pengujian biodegradabilitas ini membuktikan bahwa plastik komposit

dapat ditumbuhi oleh mikroorganisme sehingga secara umum dapat dikatakan

bahwa plastik komposit memiliki kemampuan untuk terbiodegradasi.

b. Pengujian Biodegradabilitas Plastik Komposit Secara Kuantitatif

Pengujian biodegradabilitas secara kuantitatif dilakukan menggunakan

dua enzim yaitu α-amilase dan selulase. Enzim merupakan biokatalisator

yang mampu mempercepat proses hidrolisis ikatan-ikatan molekul menjadi

unit-unit yang lebih sederhana. Enzim α-amilase digunakan dalam hidrolisis

compt.HDPE-tapioka, sedangkan enzim α-amilase dan selulase digunakan

dalam hidrolisis compt.HDPE-onggok.

Perbedaan penggunaan enzim terhadap plastik komposit disebabkan oleh

perbedaan komponen pada sumber polimer alami yang digunakan. Pati

tapioka sebagian besar tersusun atas komponen pati yang dapat dihidrolisis

oleh enzim α-amilase menjadi gula-gula pereduksi. Onggok yang merupakan

hasil samping dalam proses pengolahan pati tapioka, mengandung komponen

serat dalam jumlah yang cukup besar sehingga dibutuhkan enzim yang tidak

hanya dapat menghidrolisis pati, namun juga dapat memecah molekul serat

yang sebagian besar tersusun atas komponen selulosa. Oleh karena itu, dalam

pengujian enzimatis onggok, digunakan enzim α-amilase dan selulase.

Persentase pati dan serat yang terhidrolisis dari pengujian enzimatis

dapat dihitung berdasarkan nilai gula pereduksi yang dihasilkan. Semakin

besar nilai gula pereduksi, persentase pengurangan bobot plastik komposit

juga semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan plastik

komposit dalam terbiodegradasi juga semakin baik. Hasil analisis enzimatis

disajikan pada Tabel 17 berikut.

Tabel 17. Presentase Pengurangan Bobot Plastik Komposit Berdasarkan Hasil Pengujian Enzimatis

Plastik komposit Pengurangan bobot

plastik (%)

Tapioka Gliserol 15% 2,879

Gliserol 20% 2,723

Onggok Gliserol 15% 3,033

Gliserol 20% 3,406

Hasil pengujian di atas menunjukkan plastik komposit memiliki

kemampuan untuk terhidrolisis. Persentase pengurangan bobot pada

compt.HDPE-tapioka lebih rendah dibandingkan pada compt.HDPE-onggok.

Hal ini disebabkan oleh perbedaan pengunaan enzim untuk menghidrolisis

polimer alami yang dicampurkan. Pada compt.HDPE-tapioka, hanya

digunakan enzim α-amilase untuk memecah komponen pati, sedangkan pada

compt.HDPE-onggok ditambahkan pula enzim selulase sehingga gula

pereduksi yang dihasilkan lebih besar, yang berasal dari pemecahan

komponen selulosa.

Berdasarkan data hasil analisis dapat diketahui bahwa konsentrasi

gliserol yang ditambahkan memberikan pengaruh yang berbeda. Pada

compt.HDPE-tapioka, peningkatan konsentrasi gliserol memberikan pengaruh

yang negatif terhadap hasil hidrolisis enzim, sementara pada compt.HDPE-

onggok, peningkatan konsentrasi gliserol menyebabkan meningkatnya

kemampuan plastik komposit dalam terhidrolisis. Namun berdasarkan data

lengkap hasil pengujian pada Lampiran 3, perbedaan nilai ini tidak berbeda

nyata karena nilai pengurangan bobot pada ulangan sampel memberikan nilai

yang tidak jauh berbeda.

Rendahnya nilai persentase pengurangan bobot plastik komposit

dipengaruhi oleh komposisi polimer alami dan polimer sintetis yang

dicampurkan. Komposisi HDPE yang dominan (80%) menyebabkan hanya

sebagian kecil plastik komposit saja yang dapat terdegradasi. Christianty

(2009) menyatakan bahwa semakin tinggi komposisi pati dalam campuran,

maka bobot bahan yang hilang karena terdegradasi juga semakin besar.

Keberadaan pati yang semakin besar akan meningkatkan nilai degradasinya

karena bagian yang mampu dipecah oleh enzim semakin besar pula. Selain

itu, terperangkapnya pati dan serat dalam matriks plastik komposit juga

mempengaruhi kemampuan enzim. Polimer HDPE yang membentuk matriks

menciptakan barrier yang cukup sulit ditembus oleh enzim sehingga

menghalangi terhidrolisisnya polimer alami yang dicampurkan.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Plastik komposit dapat dibuat dari pencampuran antara polimer sintetis

(HDPE) dan polimer alami (tapioka dan onggok termoplastis) dengan

penambahan zat pemlastis, compatibilizer, dan inisiator. Penambahan bahan aditif

ini bertujuan agar pencampuran dapat berlangsung homogen.

Berdasarkan pengujian sifat mekanik plastik komposit dapat disimpulkan

bahwa penambahan tapioka terhadap polimer sintetis (HDPE) memberikan sifat

mekanik yang lebih baik dan mendekati polimer HDPE murni dibandingkan

dengan onggok. Kandungan serat yang cukup tinggi pada onggok memberikan

sifat kristalin sehingga plastik komposit yang terbentuk cenderung getas dan

rapuh. Konsentrasi gliserol sebanyak 15% memberikan pengaruh yang lebih baik

terhadap nilai kuat tarik plastik komposit dibandingkan dengan konsentrasi

gliserol 20%, sedangkan nilai elongasi bervariasi. Perbedaan nilai elongasi ini

dapat disebabkan oleh kurangnya konsentrasi gliserol yang ditambahkan, maupun

pencampuran yang kurang optimal.

Pada pengujian sifat termal plastik komposit, nilai Tg dan Tm plastik komposit

dengan konsentrasi gliserol 20% lebih rendah dibandingkan plastik komposit

dengan konsentrasi gliserol 15%. Komposisi pati dan onggok termoplastis

sebanyak 20% tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai Tg dan

Tm plastik komposit yang dihasilkan apabila dibandingkan dengan polimer HDPE

murni. Nilai Tg plastik komposit berkisar antara 28,3°C – 32,8°C, sedangkan nilai

Tm berkisar antara 131,5°C – 132,9°C.

Pengujian biodegradabilitas secara kualitatif menggunakan kapang

Aspergillus niger menunjukkan bahwa sebanyak 10% permukaan sampel dapat

ditumbuhi koloni kapang, sedangkan pengujian menggunakan kapang Penicillium

sp. menunjukkan bahwa sekitar 30% - 60% koloni kapang dapat tumbuh pada

permukaan sampel. Pengujian biodegradabilitas secara kuantitatif menunjukkan

bahwa plastik komposit memiliki kemampuan untuk dihidrolisis oleh enzim.

Kandungan serat yang cukup tinggi pada onggok memberikan pengaruh yang

positif terhadap kemampuan hidrolisis polimer alami oleh enzim. Rendahnya

persentase pengurangan bobot plastik komposit disebabkan oleh terjeratnya pati

dan serat dalam matriks polimer sintetis HDPE.

Berdasarkan ketiga pengujian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa

kandungan pati yang tinggi pada tapioka memberikan pengaruh yang lebih baik

terhadap sifat mekanik plastik komposit, sedangkan kandungan serat yang cukup

tinggi pada onggok memberikan sifat kristalin pada plastik komposit sehingga

plastik yang dihasilkan bersifat getas dan rapuh. Sifat kristalin dari serat pada

onggok juga menyebabkan energi yang dibutuhkan dalam proses pelelehan lebih

besar dibandingkan tapioka, serta menyebabkan penurunan nilai Tg dan Tm

meskipun pengaruhnya tidak cukup signifikan pada plastik komposit yang

dihasilkan dibandingkan dengan polimer HDPE murni. Pengujian

biodegradabilitas menunjukkan bahwa plastik komposit dapat terdegadrasi, baik

oleh mikroorganisme kapang dan aktivitas enzim.

B. Saran

Saran yang dapat diberikan berdasarkan penelitian ini adalah :

Ø Dalam penelitian selanjutnya dapat dilakukan optimasi pembuatan pati

termoplastis dengan formulasi bahan baku (pencampuran antara tapioka

dan onggok) untuk menghasilkan karakteristik plastik komposit yang baik.

Ø Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai optimasi kondisi proses dan

komposisi pati termoplastis yang ditambahkan terhadap polimer sintetis

dalam pembuatan plastik komposit agar diperoleh sifat mekanik dan

biodegradabilitas yang baik.

DAFTAR PUSTAKA

Alger, M.S. 1990. Polymer Science Dictionary. Elsevier Applied Science.

London. Allcock, H.R. dan F.W. Lampe. 1981. Contemporary Polymer Chemistry.

Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 07632. AOAC. 1984. Official Methode of Analysis of The Association of Official

Analytical Chemist. Virginia : AOAC, Int. AOAC. 1994. Official Methode of Analysis of The Association of Official



Analytical Chemist. Virginia : AOAC, Int. Anonim. 1984. Pembuatan Sirup Glukosa dari Ampas Tapioka. Badan Penelitian

dan Pengembangan Industri Semarang. Departemen Perindustrian, Semarang.

Anonim. 2002. Menghancurkan Plastik dengan Air. http://www.kompas.com

[Online : 26 Oktober 2002] Anonim. 2006. Bioplastik dari Bahan Sagu dan Sawit.

http://www.litbang.deptan.go.id/berita/one/288/ [Online : 30 Juni 2006] Apriyantono, A., D. Fardiaz, N.L. Puspitasari, Sedarnawati, dan S. Budiyanto.

1989. Analisis Pangan. IPB Press. Bogor. ASTM. 1980. Annual Book of ASTM Standards. Volume ke-14. Philadelphia :

American Society for Testing and Material. ASTM. 1991. Annual Book of ASTM Standards. Volume ke-14. Philadelphia :

American Society for Testing and Material. Averous, L., L. Moro, P. Dole, dan C. Fringant. 2000. Properties of Thermoplastic Blends : Starch-Polycaprolactone. Polym 41(11):4157-4167. Badan Pusat Statistik. 1999. Proyeksi Produksi Plastik Biodegradabel. BPS,

Jakarta. Badan Pusat Statistik. 2000. http://www.bps.go.id. [Online, 23 Juli 2009]

http://www.kompas.com/

http://www.litbang.deptan.go.id/berita/one/288/

http://www.bps.go.id/

Balagopalan, C., G. Padmaja, S.K. Nanda, dan S.N. Moorthy. 1988. Cassava in Food, Feed, and Industry. CRC Press Inc., Boca Raton Florida.

Banks, W. dan C.T. Greenwood. 1975. Starch It’s Component. Halsted Press,

John Willey and Sons. New York. Billmeyer, F.W. 1994. Text of Polymer Science. John Wiley and Sons., Chapters

7, 12, and 17. Bremner, T. dan A. Rudin. 1993. Peroxide Modification of Linear-Low Density

Polyethylene : A Comparison of Dialkyl Peroxide. J Appl Polym Sci. 49:795-798.

Christianty, M.U. 2009. Pembuatan Biodegradable Plastic Melalui Pencampuran

Pati Sagu Termoplastis dan Compatibilized Linear Low Density Polyethylene. Tesis. Program Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Corradini, E., A.J.F. Carvalho, A.A.daS. Curvelo, J.A.M. Agnelli, dan L.H.C.

Mattoso. 2007. Preparation and Characterization of Thermoplastic Starch/Zein Blends. Mat.Res.10(3):227-231.

Darusman, L.K., H. Adijuwana, Purwatiningsih, S.S. Achmadi, W. Harjadi, D.

Saprudin, E. Suradikusumah, T. Setiawati, dan D. Tohir. 1999. Kimia Dasar 1. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. IPB, Bogor.

Departemen Kesehatan. 1992. Daftar Kandungan Gizi Makanan. Bharata. Jakarta. Departemen Pertanian. 2005. Database Pemasaran Internasional Ubi Kayu.

Deptan. Jakarta. Djarwati, I. Fauzi, dan Sukani. 1993. Pengolahan Air Limbah Industri Tapioka

Secara Kimia Fisika. Laporan Penelitian. Departemen Perindustrian RI, Semarang.

Elliason, A.C. dan M. Gudmundsson. 1996. Starch : Physicochemical and

Functional Aspects. Di dalam Elliason, A. C. (ed). Carbohydrates in Food. Marcel Dekker, New York.

Fabunmi, O.O., L.G. Tabil, P.R. Chang, dan S. Panigrahi. 2007. Developing

Biodegradable Plastics from Starch. Paper Number RRV07130, ASABE/CSBE North Central Intersectional Meeting. The American Society of Agricultural and Biological Engineers, St. Joseph, Michigan. http://www.asabe.org. [Online : 13 Maret 2008]

Fang, J. dan P. Fowler. 2003. The Use of Starch and Its Derivatives as

Biopolymer Source of Packaging Material. J. Food, Agric&Environ 1(3-4):82-84.

http://www.asabe.org/

Favis, B. D., F. Rodriguez, dan B.A. Ramsay. 2005. Method of Making Polymer Compositions Containing Thermoplastic Starch. http://www.freepatentsonline.com/6844380.html. [Online : 08 Juli 2009]

Febrianto, F. 1999. Preparation and Properties Enchancement of Moldable Wood

– Biodegradable Polymer Composites. Doctoral Dissertation Graduate School of Agriculture, Kyoto University. Not Published.

Fennema, O.R. 1976. Principles of Food Science. Food Chemistry Part I.

Department of Food Science, University of Wincosin-Madison. Marcel Dekker Inc., New York.

Flach, M. 1993. Problems and Prospects of Sago Palm Development. Sago Palm

1:8-17. Flieger, M.M., A. Kantorova, T. Prell, Rezenka., dan J. Votruba. 2003.

Biodegradable Plastics From Renewable Sources. J Folia Microbiol 48(1):22-44.

Gaylord, N.G. dan M. Metha. 1982. Role of Homopolymerization in The

Peroxydecatalyzed Reaction of Maleic Anhydride and Polyethylene in The Absence of Solvent. J Polym Sci. 20:481-486.

Gontard, N. dan S. Guilbert. 1992. Biopacking : Technology and Properties of

Edible Biodegradable Material of Agricultural Origin. Polym J. 24. Gould, J.M., S.H. Gordon, L.B. Dexter, dan C.L. Swanson. 1990. Biodegradation

of Starch Containing Plastic. Di dalam J.E. Glass dan G. Swift (ed). Agriculture and Synthetic Polymer Biodegradability and Utilization. American Chemical Society, New York.

Greenwood, C.T. 1970. Starch and Glycogen. Di dalam Hourston, D.J. (ed). 1970.

The Carbohydrates Chemistry and Biochemistry. Academic Press, New York.

Hammer, C.F. 1971. Macromolecules. Polym Blends. 4(69). Harper. 1975. Handbook of Plastic and Elastomers. Westing House Electric Corporation. Baltimore, Maryland. Hart, H. 1990. Kimia Organik : Suatu Kuliah Singkat. Terjemahan. Erlangga.

Jakarta. http://en.wikipedia.org/wiki.Glycerol. [Online : 09 Desember 2009]

http://www.freepatentsonline.com/6844380.html

http://en.wikipedia.org/wiki.Glycerol

Huang, S.J. dan P.G. Edelman. 1995. An Overview of Biodegradable Polymers and Biodegradation of Polymers. Di dalam G. Scoot dan D. Gilead (eds.). Degradable Polymers : Principles and Applications. Chapter 2. Chapman and Hall, New York. Huneault, M.A. dan H. Li. 2007. Morphology and Properties of Compatibilized

Polylactide/Thermoplastic Starch Blends. Polym 48(1):270-280. Igoe, R.S. dan Y.H. Hui. 1994. Dictionary of Food Ingredients. Chapman and

Hill, New York. Ishiaku, U.S., K.W. Pang, W.S. Lee, dan Z.A.M. Ishak. 2002. Mechanical

Properties and Enzymic Degradation of Thermoplastic and Granular Sago Starch Filled Poly (ε-Caprolactone). Europe Polym J 38(2):393-401.

Jenie, B.S.L. dan Fachda. 1991. Pemanfaatan Onggok dan Dedak Padi Untuk

Produksi Pigmen Angkak Oleh Monescus purpureus. Prosiding Pertemuan Ilmiah Tahunan. Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia, Bogor.

Kalambur, S. dan S.S.H. Rizvi. 2006. An Overview of Starch-Based Plastic

Blends From Reactive Extrusion. J Plast Film Sheet 22(1):39-58. Knapczyk, J.K. dan R.H.M. Simon. 1992. Synthetic Resins and Plastics. Di dalam

J.A. Kent (ed). Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry. Ninth Edition. VNB, New York.

Knight, J.W. 1969. The Starch Industry. Pergamon Press. Oxford, UK. Krochta, J.M. dan T.H. McHugh. 1994. Sorbitol-vs Glycerol-Plasticized Whey

Protein Edible Films : Integrated Oxygen Permeability and Tensile Property Evaluation. J. Agric. Food Chem 42(4):841-845.

Lacerda, L.G., J.A.M. Azevedo, M.A.daS.C. Filho, I.M. Demiate, E. Schnitzler,

L.P.deS Vandenberghe, dan C.S. Soccol. 2008. Thermal Characterization of Partially Hydrolyzed Cassava (Manihot esculenta) Starch Granules. Braz Arch Biol Technol 51(6). http://www.scielo.br/scielo.php. [Online : 09 Desember 2009]

Latief, R. 2001. Teknologi Kemasan Plastik Biodegradable.

http://www.hayati_ipb.com/users/rudyct/individu_2001/rindam_latief.htm-87k. [Online : 18 November 2009]

Mark, H.F. 1985. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. Volume 2.

John Wiley and Sons. Canada. Mehta, A.K. dan D. Jain. 2007. Polymer Blends and Alloys Part-I Compatibilizers

– A General Surveys. http://www.plusspolymers.com. [Online : 03 Maret 2008]

http://www.scielo.br/scielo.php

http://www.hayati_ipb.com/users/rudyct/individu_2001/rindam_latief.htm-87k

http://www.hayati_ipb.com/users/rudyct/individu_2001/rindam_latief.htm-87k

http://www.plusspolymers.com/

Mellan, I. 1950. Industrial Solvent. Reinhold Publishing Coorporation, New York. Morewietz, K. 2006. Industrial Development of Environmental Degradable

Plastics – from The Idea to a Commercial Product. Workshop and “Sustainable Plastics in India and Asian Countries” 14-16 Desember 2006 in India. Biopolymer Technologies Germany.

Nakamura, E.M.L., C.S.G. Cordi, N. Almeida, dan H.L.I. Duran. 2005. Study and

Development of LDPE/Starch Partially Biodegradable Compounds. J Mat Process Tech. 162:236-241.

Nikazar, M., B. Safari, B. Bonakdarpour, dan Z. Milani. 2005. Improving The

Biodegradability and Mechanical Strength of Corn Starch-LDPE Blends Through Formulation Modification. Iranian Polym J. 14(12):1050-1057.

Nolan-ITU. 2002. Environment Australia : Biodegradable Plastics-Development and Environment Impact. Nolan-ITU Pty Ltd., Melbourne. Noureddini, H.S., W.R. Dailey, dan B.A. Hunt. 1998. Production of Glycerol

Ether from Crude Glycerol – The By-product of Biodiesel Production, Paper in Biomaterial. Chemical and Biomolecular Engineering Research and Publication.

NRC-IRC. 1973. Properties and Behaviour of Plastics. http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/irc/cbd/building-digest-157.html [Online : 19 November 2009]

Otey, H.F., R.P. Westhoff, dan W.M. Doane. 1987. Starch-Based Blown Films. J of Ind Eng Chem. Res.26, 1659.

Pomeranz, Y. 1991. Functional Properties of Food Components. Second Edition.

Academic Press, Inc. New York, USA. Pranamuda, H. 2001. Pengembangan Bahan Plastik Biodegradabel Berbahan Baku

Pati Tropis. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Jakarta. (http://www.std.ryu.titech.ac.jp/~indonesia/zoa/Makalah_Dr_Hardaning_Pranamuda.htm)

Rabek, J.F. 1980. Experimental Methods in Polymer Chemistry. John Wiley and

Sons, New York. Radley, J.A. 1976. Starch Production Technology. Applied Sciences Publishers Ltd.

London. Rukmana, R.H. 1997. Ubi Kayu, Budidaya dan Pasca Panen. Kanisius. Yogyakarta. Schnabel, W. 1981. Polymer Degradation, Principles, and Particle Applications.

MacMillan Publ. Co. Inc. New York.

http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/irc/cbd/building-digest-157.html

http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/irc/cbd/building-digest-157.html

http://www.std.ryu.titech.ac.jp/~indonesia/zoa/Makalah_Dr_Hardaning_Pranamuda.htm

http://www.std.ryu.titech.ac.jp/~indonesia/zoa/Makalah_Dr_Hardaning_Pranamuda.htm

Sidney, L. dan J.H. DuBois. 1977. Plastic Product Design Engineering. Hand Book, Van Nostrand Reinhold Company, America.

Smith, P.S. 1982. Starch Derivatives and Their Use in Foods. Di dalam Lineback,

D.R. dan Inglett, G. E. (eds.). Food Carbohydrates. The AVI Publishing Company Inc., Westport, Connecticut.

SNI. 1994. Standar Nasional Indonesia. 01-3451 : Tapioka. Departemen

Perindustrian, Jakarta. Sothornvit, R. dan J.M. Krochta. 2000. Plasticizer Effect on Mechanical

Properties of β-Lactoglobulin Films. J of Food Eng 50(3):149-155. Spink, W.P. dan W.F. Waychoff. 1958. Plasticizers. Di dalam Modern Plastic

Encyclopedia Issue. 1958. Hildrent Press, Inc., New York. Stevens, M.P. 2007. Polymer Chemistry. Iis Sopyan, penerjemah. PT Pradnya Paramita, Jakarta. Stoddard, F.L. 1999. Survey of Starch Particle-Size Distribution in Wheat and

Related Species. Cereal Chem 76:145-149. Surdia, T. dan S. Saito. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Pradnya Paramita,

Jakarta. Swinkels, J.J.M. 1985. Sources of Starch, Its Chemistry and Physics. Di dalam

G.M.A. Van Beynum and J.A. Roels. 1985. Starch Convention Technology. Marcel Dekker, Inc, New York.

Teixeira, E.deM., D. Pasquini, A.A.S. Curvelo, E. Corradini, M.N. Belgacem, dan

A.Dufresne. 2009. Cassava Bagasse Cellulose Nanofibrils Reinforced Thermoplastic Cassava Starch. Carbohyd Polym 78(3):422-431.

Thomas, D.J. dan W.A. Atwell. 1999. Starches. The American Association of

Cereal Chemists. Inc. Minnesota. Tjiptadi. 1982. Telaah Pembuatan Glukosa dan Sifat Limbah Cairnya dengan

Bahan Ubi Kayu secara Hidrolisa Asam dalam Rangka Meningkatkan Teknik Pengolahannya. Tesis. Program Pascasarjana. IPB, Bogor.

Tjokroekoesoemo, S. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. PT Gramedia,

Jakarta. Tovbin, I.M., M.N. Zaliopo, dan A.M. Zuravlev. 1976. Soap Manufacturing

Second Edition.

Umam, K., Nur H.A., dan Nurmawati. 2007. Struktur dan Sifat Polimer. http://www.scribd.com/doc/6646895/Tugas-Material-Polimer. [Online : 8 Juli 2009].

Van, V. 1991. Ilmu dan Teknologi Bahan : Ilmu Logam dan Bukan Logam.

Erlangga. Jakarta. Vilpoux, O. dan L. Averous. 2006. Starch-Based Plastics. Latin American

Starchy Tubers. Wade, L.G. 1991. Kimia Polimer. Jakarta: PT. Pradnya Paramitha. Whistler, R.L., J.N. BeMiller, dan E.F. Paschall. 1984. Starch Chemistry and

Technology. Academic Press Inc. Orlando, Florida. Wijandi, S. 1980. Ilmu Pengetahuan Bahan Umbi-umbian. Departemen

Teknologi Hasil Pertanian . Bogor Winarno, F.G. 1995. Kimia Pangan dan Gizi. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Wurzburg, O.B. 1989. Modified Starches : Properties and Uses. Boca Raton, CRC

Press Inc. Yamaguchi, M. 1983. World Vegetables, Principles, Production and Nutritive

Values. Ellis Horwood Ltd. Chichester. England. Zhang, Q.X., Z.Z. Yu, X.L. Xie, K. Naito, dan Y. Kagawa. 2007. Preparation and

Crystalline Morphologi of Biodegradable Starch/Clay Nanocomposites. Polymer 48(24);7193-7200.

http://www.scribd.com/doc/6646895/Tugas-Material-Polimer

LAMPIRAN

Lampiran 1. Prosedur Analisis Karakteristik Pati

1. Kadar Air (Apriyantono et al., 1989)

Cawan kosong dioven selama 15 menit kemudian didinginkan dalam

desikator dan ditimbang. Sebanyak 5 g sampel ditimbang kemudian dimasukkan

dalam cawan. Sampel dalam cawan dioven selama 2 jam pada suhu 105°C.

Setelah itu cawan dimasukkan ke desikator dan ditimbang. Pengovenan dilakukan

berulang-ulang untuk mendapatkan berat konstan.

W1 – W2 Ka = x 100 %

W1 Keterangan :

Ka = Kadar air (berat basah)

W1 = Berat sampel sebelum dikeringkan (g)

W2 = Berat sampel setelah dikeringkan (g)

2. Kadar Abu (AOAC, 1984)

Contoh sebanyak 3-5 g dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah

diketahui bobotnya, kemudian diabukan dalam furnace pada suhu 600°C selama

kurang lebih 4 jam atau sampai diperoleh abu berwarna putih. Setelah itu cawan

didinginkan dalam desikator hingga mencapai suhu ruang dan ditimbang.

Bobot abu Kadar Abu = x 100%

Bobot Contoh

3. Kadar Serat Kasar (AOAC, 1984)

Contoh sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 500 ml

kemudian ditambahkan 100 ml H2SO4 0,325 N dan dididihkan selama kurang

lebih 30 menit. Ditambahkan lagi 50 ml NaOH 1,25 N dan dididihkan selama 30

menit. Dalam keadaan panas disaring dengan kertas Whatman No.40 setelah

diketahui bobot keringnya. Kertas saring yang digunakan dicuci berturut-turut

dengan air panas, 25 ml H2SO4, dan etanol 95%. Kemudian dikeringkan di dalam

oven bersuhu 100-110°C sampai bobotnya konstan. Kertas saring didinginkan

dalam desikator dan ditimbang.

Bobot endapan kering Kadar serat kasar (%) = x 100%

Bobot contoh

4. Kadar Lemak (AOAC, 1995)

Kertas saring dibentuk seperti tabung dan dikeringkan pada suhu 105°C

selama 1 jam. Sampel yang telah kering dimasukkan ke dalam kertas saring,

ditutup, dan dikeringkan kembali di dalam oven. Kemudian sampel dalam kertas

saring didinginkan pada desikator dan ditimbang. Sampel yang telah diketahui

bobot tetapnya dimasukkan ke dalam Soxhlet, diekstraksi menggunakan heksan

atau petroleum eter secukupnya. Proses dilanjutkan dengan refluks selama ± 6 jam

sampai pelarut turun kembali ke labu lemak menjadi bening. Selesai ekstraksi

sampel dikeluarkan dari Soxhlet dan dikeringanginkan. Setelah tidak ada

pelarutnya, sampel dikeringkan di dalam oven pada suhu 105oC hingga bobotnya

konstan, kemudian didinginkan dalam desikator.

Kadar Lemak (%) = Bobot awal sampel (g) – Bobot akhir sampel (g) x 100%

Bobot awal sampel (g)

5. Kadar Protein (AOAC, 1999)

Sampel sebanyak 0,1 g dicampur dengan 1 g katalis (dibuat dengan

mencampurkan 1 g CuSO4 dan 1,2 g Na2SO4) dan 2,5 ml H2SO4 pekat, dididihkan

dalam labu Kjeldahl hingga jernih, kemudian didinginkan. Setelah itu, diencerkan

sampai 100 ml. Sebanyak 5 ml sampel dimasukkan ke dalam alat destilasi dan

ditambahkan 15 ml NaOH 50%. Hasil destilasi ditampung dalam 25 ml HCl 0,02

N. Proses dihentikan bila volume destilat mencapai dua kali volume sebelum

destilasi. Destilat kemudian dititrasi dengan NaOH 0,02 N dan ditambah 2 tetes

indikator Mengsel. Perlakuan yang sama juga dilakukan terhadap blanko.

Kadar Protein (%) = (ml titrasi (blanko - sampel) x N x 14,007 x 6,25 x 100% Bobot sampel (g) x 1000

6. Kadar Pati (AOAC, 1984)

Pengukuran kadar pati dilakukan dengan menimbang sampel sebanyak 1 g

dan dimasukkan dalam labu erlenmeyer 500 ml. Sampel kemudian dihidrolisis

selama 1 jam pada autoclave 115oC. Setelah dingin, sampel dinetralkan dengan

NaOH 40% dan dimasukkan dalam labu ukur 250 ml. Selanjutnya, sebanyak 10

ml larutan dipipet dan dimasukkan dalam erlenmeyer 250 ml, kemudian

ditambahkan larutan Luff Schroll 25 ml. Larutan dididihkan di bawah pendingin

tegak tepat selama 10 menit lalu sampel secara perlahan dititrasi dengan larutan

sodium tiosulfat 0,1 N dengan menggunakan indikator kanji. Blanko dibuat

dengan menggunakan akuades sebagai pengganti sampel.

Kadar Pati (%) = 0,9 x pengenceran x mg monosakarida x 100% Bobot awal sampel (mg)

7. Derajat Asam (SNI 01-3451-1994)

Sampel sebanyak 10 g ditimbang dan dituang ke dalam gelas piala, kemudian

ditambahkan 100 ml etanol 70% yang telah dinetralkan dengan indikator PP.

Selanjutnya dikocok selama 1 jam pada alat pengocok mekanik dan disaring cepat

dengan kertas saring kering (Whatman No.1). Berikutnya larutan dipipet sebanyak

50 ml sambil disaring, kemudian dituang dalam erlenmeyer 500 ml dan dititrasi

dengan larutan NaOH 0,1 N serta ditambahkan indikator PP.

Derajat Asam = 100/50 x ml NaOH x N NaOH x 100 Bobot sampel (g)

8. Kadar Amilosa (AOAC, 1994)

Perhitungan kadar amilosa dilakukan dengan menetapkan kurva standar

terlebih dahulu. Amilosa murni diukur sebanyak 40 mg dan dimasukkan ke dalam

tabung reaksi. Kemudian ditambahkan 1 ml etanol 95% dan 9 ml NaOH 1 N.

Campuran dipanaskan dalam air mendidih selama 10 menit hingga terbentuk gel

kemudian didinginkan. Campuran dipindahkan ke dalam labu takar 100 ml dan

ditepatkan hingga tanda tera dengan menggunakan akuades.

Larutan tersebut masing-masing 1, 2, 3, 4, 5 ml dimasukkan ke dalam labu

takar 100 ml, kemudian ke dalam setiap labu takar ditepatkan sampai tanda tera

dengan akuades dan dibiarkan selama 20 menit. Intensitas warna biru yang

terbentuk diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 625 nm,

kemudian dibuat kurva standar antara konsentrasi amilosa murni dengan

absorbansi.

Setelah dibuat kurva standar, dilakukan penetapan sampel dengan

memasukkan 100 mg sampel dalam tabung reaksi, lalu ditambahkan 1 ml etanol

95% dan 9 ml NaOH 0,1 N. Campuran dipanaskan dalam air mendidih selama 10

menit sampai membentuk gel dan didinginkan. Campuran dipindahkan ke dalam

labu takar 100 ml dan ditepatkan hingga tanda tera dengan menggunakan akuades.

Larutan tersebut sebanyak 5 ml dimasukkan dalam tabung reaksi 100 ml, lalu

ditambahkan 1 ml asam asetat 1 N dan 2 ml larutan Iod. Campuran dalam labu

takar ditepatkan hingga tanda tera dengan akuades, dikocok, dan dibiarkan selama

30 menit. Intensitas warna biru yang terbentuk diukur dengan spektrofotometer

pada panjang gelombang 620 nm. Kadar amilosa sampel dapat dihitung.

Kadar Amilosa (%) = A x 100 x 100/5 x 100% W Keterangan:

A = Konsentrasi amilosa dari persamaan kurva standar (mg/ml)

W = Bobot sampel (mg)

9. Bentuk dan Ukuran Granula Pati (Metode Mikroskop Polarisasi)

Bentuk granula dilihat dengan menggunakan mikroskop polarisasi cahaya dan

mikroskop cahaya (Olympus model BHB, Nippon Kogaku, Jepang) yang

dilengkapi dengan kamera (Olympus model C-35 A) dengan cara sebagai berikut :

Untuk pengamatan di bawah mikroskop polarisasi cahaya, suspensi pati disiapkan

dengan mencampur butir pati dengan akuades. Suspensi ini diteteskan dalam gelas

obyek dan ditutup dengan gelas penutup. Obyek diuji dengan meneruskan cahaya

melalui polarisator. Selama pengamatan, alat analisator diputar sehingga cahaya

terpolarisasi sempurna ditunjukkan oleh butir-butir pati yang belum mengalami

gelatinisasi dengan sifat birefriengent. Pengamatan yang dilakukan tanpa

menggunakan polarisator dan alat penganalisa (analisator) disebut mikroskop

cahaya. Gambar dipotret dengan film berwarna, Fuji Film ASA 100, 35, Japan.

Lampiran 2. Prosedur Analisis Karakterisasi Plastik Komposit

1. Kuat Tarik (ASTM D-638, 1991)

Sampel yang akan diuji terlebih dahulu dikondisikan dalam ruang dengan

suhu dan kelembaban relatif standar (23 ± 2oC, 52%) selama 24 jam. Sampel yang

akan diuji dipotong sesuai standar. Disiapkan sebanyak 7 lembar sampel dan

dihitung rata-ratanya. Pengujian dilakukan dengan cara kedua ujung sampel

dijepit pada mesin penguji tensile. Selanjutnya dicatat panjang awal dan ujung

tinta pencatat diletakkan pada posisi 0 grafik. Knob ‘start’ dinyalakan dan alat

akan menarik sampel sampai putus dan dicatat gaya kuat tarik (F) dan panjang

setelah putus. Selanjutnya dilakukan pengujian lembar berikutnya.

Kekuatan Tarik (kg/cm2) = Gaya kuat tarik (F)

Luas permukaan (A)

2. Elongasi (ASTM D-638, 1991)

Pengukuran elongasi dilakukan dengan cara yang sama dengan pengujian

kuat tarik. Elongasi dinyatakan dalam persentase.

Elongasi (%) = Panjang setelah putus – Panjang awal x 100%

Panjang awal

3. Analisis Termal (ASTM D-3418, 1991)

Sampel sebanyak 10 mg dimasukkan dalam test cell. Selanjutnya sampel di-

seal dan dilakukan pencatatan berat sampel. Pengujian mengacu kepada ASTM

D-3418 menggunakan alat Differential Scanning Calorimeter (DSC). Analisa

dilakukan dengan temperatur dari 30oC hingga 200 oC. kecepatan pemanasan

adalah 10 oC /min. transisi gelas (Tg) dihitung berdasarkan midpoint dari

peningkatan kapasitas panas, sedangkan titik leleh (Tm) dihitung pada saat terjadi

reaksi eksotermis.

4. Biodegradabilitas

Pengujian biodegradabilitas dilakukan dengan dua cara yaitu secara kualitatif

dan secara kuantitatif. Pengujian biodegradabilitas plastik komposit secara

kualitatif dilakukan berdasarkan ASTM G-2170. Dalam metode ini, sampel

berukuran 3x3 cm ditempatkan pada media PDA (Potato Dextrose Agar) dan

diinokulasikan dengan kapang Penicillium sp. dan Aspergillus niger. Sebagai

pembanding juga ditanam lembaran plastik sintetis (LLDPE dan HDPE). Sampel

diinkubasikan pada suhu 29±1oC selama 2 minggu. Pertumbuhan kapang pada

sampel plastik komposit mengikuti ranking sesuai ASTM G-2170, antara lain:

0 : tidak ada pertumbuhan koloni

1 : kurang dari 10% permukaan sampel tertutup koloni

2 : 10-30% permukaan sampel tertutup koloni



Pengujian biodegradabilitas plastik komposit secara kuantitatif meliputi :

Ø Compt.HDPE-tapioka : mereaksikan 10 mg sampel dengan 1 ml enzim α-

amilase (Novo Thermamyl 1764,71 IU) dalam 9 ml buffer phosphate pH

7,0. Inkubasi dilakukan selama 17 jam pada shaker waterbath berkecepatan

150 rpm pada temperatur 36oC. Cairan yang diperoleh dilakukan pengujian

gula pereduksi dengan metode DNS.

Ø Compt.HDPE-onggok : mereaksikan 10 mg sampel dengan 0,5 ml enzim α-

amilase (Novo Thermamyl 1764,71 IU) dan 0,5 ml enzim selulase 2000IU

dalam 9 ml buffer phosphate pH 7,0. Inkubasi dilakukan selama 17 jam

pada shaker waterbath berkecepatan 150 rpm pada temperatur 50oC. Cairan

yang diperoleh dilakukan pengujian gula pereduksi dengan metode DNS.

- Pembuatan Pereaksi DNS

DNS sebanyak 5 g dilarutkan dalam 100 ml NaOH 2 N, diaduk dan

ditambahkan 250 ml akuades. Potassium tartat sebanyak 15 g ditambahkan,

kemudian diaduk sampai larut dan ditepatkan hingga tanda tera (500 ml).

- Pembuatan Standar Glukosa

Standar glukosa dibuat pada konsentrasi 0, 50, 100, 200, dan 250 ppm.

- Pengukuran Kadar Gula Pereduksi

Pengukuran dilakukan menggunakan spektrofotometer dangan panjang

gelombang 550 nm terhadap 0,5 ml sampel yang ditambahn dengan 1,5 ml

pereaksi DNS dan diletakkan dalam air mendidih selama 5 menit.

Nilai gula pereduksi atau nilai pati yang terhidrolisis akan diasumsikan

sebagai bagian yang terdegradasi sehingga akan diperoleh persentase

biodegradabilitas plastik komposit.

Lampiran 3. Data Hasil Analisis

I. Karakterisasi Mutu Tapioka Hasil Penelitian

Parameter Ulangan Nilai Rata-Rata

Standar mutu tapioka (SNI 01-3451-1994)

Kadar Air (% bb)

1 8,68

8,60 2 8,54

3 8,59

Kadar Abu (% bk)

1 0,07

0,12 2 0,16

3 0,13

Kadar Serat Kasar (% bk)

1 0,10

0,098 2 0,12

3 0,07

Derajat Asam (ml NaOH 0,1 N/g bahan)

1 2,60

3,40 2 2,00

3 5,60

Kehalusan / Lolos Saringan 80 mesh (%)

1 100

100 2 100

3 100

Sifat Fisiko-Kimia

Kadar Pati (%)

1 85,75

85,76 2 85,73

3 85,80

Kadar Amilosa (%)

1 27,97

27,98 2 27,98

3 28,00

Kadar Lemak (%)

1 0,07

0,05 2 0,04

3 0,05

Kadar Protein (%)

1 0,31

0,25 2 0,18

3 0,27

II. Karakterisasi Mutu Onggok Hasil Penelitian

Parameter Ulangan Nilai Rata-Rata

Kadar Air (% bb)

1 6.89

6.71 2 6.67

3 6.56

Kadar Abu (% bk)

1 3.41

3.37 2 3.32

3 3.38

Kadar Serat Kasar (% bk)

1 33.81

33.80 2 33.77

3 33.83

Kadar Karbohidrat (by difference)

1 88.04

88.26 2 88.30

3 88.43

Kehalusan / Lolos Saringan 80 mesh (%)

1 100

100 2 100

3 100

Sifat Fisiko-Kimia

Kadar Pati (%)

1 22.24

22.25 2 22.30

3 22.21

Kadar Amilosa (%)

1 19.92

19.90 2 19.84

3 28,94

Kadar Lemak (%)

1 0,17

0,17 2 0,18

3 0,16

Kadar Protein (%)

1 1.49

1.50 2 1.53

3 1.47

III. Karakterisasi Plastik Komposit

1. Analisis Sifat Mekanik

Keterangan Ulangan

Tensile Stress At

Yield (kg/cm2)

Rata-Rata

(kg/cm2)

Elongation At

Yield (%)

Rata-Rata

(%)

Compt.

tapioka-HDPE

gliserol 15% 1 278,2642

279,1233 5,138

4,8642 2 279,9823 4,5903

gliserol 20% 1 270,4610

267,1329 2,271

3,5273 2 263,8047 4,7837

Compt.

onggok-HDPE

gliserol 15% 1 216,1927

224,2146 2,118

2,0013 2 232,2366 1,8847

gliserol 20% 1 192,6344

194,7437 1,949

2,0497 2 196,8530 2,1503

HDPE - 291,8982 6,5186

2. Analisis Sifat Termal

Keterangan Ulangan Tg (oC) Rata-Rata

(oC) Tm (oC)

Rata-Rata

(oC)

∆H

(mJ/mg)

Rata-Rata

(mJ/mg)

Compt. tapioka-HDPE

Gliserol 15% 1 32.9

32.8 132.8

132.9 30,2

30,5 2 32.7 133.0 30,7

Gliserol 20% 1 33.4

31.3 132.6

132.4 31,4

32,1 2 29.2 132.1 32,7

Compt. onggok-HDPE

Gliserol 15% 1 31.9

32.3 132.6

132.6 32,2

32,3 2 32.6 132.6 32,4

Gliserol 20% 1 28.0

28.3 130.5

131.5 32,9 32,7

2 28.6 132.4 32,5

HDPE - 31.5 131.0 41,3

3. Analisis Biodegradabilitas Secara Enzimatis (Kuantitatif) Kurva standar DNS : y = 0,003x – 0,088; R2 = 0,996

Keterangan Ulangan Abs 1 Abs 2 Abs rata-rata

Gula pereduksi (mg)

Total gula pereduksi

(mg)

Bobot awal sampel (mg)

Pengurangan bobot plastik

(%)

Rata-rata (%)

Compt. HDPE-tapioka

Sampel Gliserol 15%

1 0,385 0,407 0,396 5,133 0,260 10,3 2,524 2,879

2 0,404 0,406 0,405 5,283 0,333 10,3 3,233 Gliserol 20%

1 0,390 0,398 0,394 5,100 0,164 10,3 1,592 2,723

2 0,413 0,403 0,408 5,333 0,397 10,3 3,854 Substrat Gliserol

15% 1 0,113 0,105 0,109 0,070 2 0,116 0,130 0,123 0,117

Gliserol 20%

1 0,102 0,126 0,114 0,087 2 0,124 0,114 0,119 0,103

Kontrol enzim 0,352 0,404 0,378 4,833

Keterangan Ulangan Abs 1 Abs 2 Abs rata-rata

Gula pereduksi (mg)

Total gula pereduksi

(mg)

Bobot awal sampel (mg)

Pengurangan bobot plastik

(%)

Rata-rata (%)

Compt. HDPE-onggok

Sampel Gliserol 15%

1 0,447 0,425 0,436 5,800 0,446 10,4 4,288 3,033

2 0,425 0,409 0,417 5,483 0,183 10,3 1,777 Gliserol 20%

1 0,413 0,445 0,429 5,683 0,336 10,4 3,231 3,406

2 0,439 0,427 0,433 5,750 0,376 10,5 3,581 Substrat Gliserol

15% 1 0,118 0,140 0,129 0,137 2 0,125 0,101 0,113 0,083

Gliserol 20%

1 0,132 0,122 0,127 0,130 2 0,127 0,143 0,135 0,157

Kontrol enzim 0,405 0,397 0,401 5,217