KM

PENYEDIAAN FILM MIKROKOMPOSIT PVC MENGGUNAKAN PEMLASTIS STEARIN DENGAN PENGISI PATI DAN PENGUAT SERAT ALAM

TESIS

Oleh

ANTONIUS SITORUS 077006003/KM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Antonius Sitorus : Penyediaan Film Mikrokomposit Pvc Menggunakan Pemlastis Stearin Dengan Pengisi Pati Dan Penguat Serat Alam, 2009


TESIS

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh ANTONIUS SITORUS 077006003/KM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009


Judul Tesis

: PENYEDIAAN FILM MIKROKOMPOSIT PVC MENGGUNAKAN PEMLASTIS STEARIN DENGAN PENGISI PATI DAN PENGUAT SERAT ALAM

Nama Mahasiswa

: Antonius Sitorus

Nomor Pokok

: 077006003

Program Studi

: Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.) Ketua

Ketua Program Studi,

(Dr. Thamrin, M.Sc.) Anggota

Direktur,

(Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B., M.Sc.)

Tanggal lulus : 18 Agustus 2009


Telah diuji pada Tanggal 18 Agustus 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua

: Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.

Anggota

: 1. Dr. Thamrin, M.Sc. 2. Dr. Marpongahtun, M.Sc. 3. Drs. Mimpin Ginting, M.S. 4. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc., M.Phil.


PERNYATAAN


TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan,

September 2009

Antonius Sitorus


ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan bahan komposit yang mudah terbiodegradasi dari matriks polivinil klorida (PVC) dengan bahan pemlastis stearin dan bahan pengisi serat tandan kosong sawit (TKS) dan pati singkong (PSK) dengan benzoil peroksida (BPO) sebagai inisiator. Pada penelitian ini divariasi komposisi bahan pemlastis (10-50)% dan pengisi (5-15)% dalam matriks. Komposit dibuat dengan cara diaduk pada suhu kamar dalam pelarut THF dan dibentuk film komposit termoplastik-terplastisasi (KTP-tP). Untuk mengetahui kualitas komposit yang dihasilkan maka dilakukan analisis uji tarik, ekstraksi, FT-IR, mikroskopis, dan uji biodegradasi. Hasil analisis uji menunjukkan bahwa bahan komposit KTP-tP yang optimum pada rasio (75:20:5)% dengan kemuluran sebesar 176,44 %. Dari data analisis FT-IR, pada penelitian ini terjadi reaksi epoksidasi antara asam lemak tak jenuh dengan BPO dan reaksi anhidridasi asam lemak yang diinisiasi benzoil peroksida. Uji ekstraksi dan mikroskopis memperlihatkan bahwa dispersi, pembasahan, dan adhesi mengarah pada kompatibilitas pemlastis sekunder. Dari analisis uji biodegradasi selama 60 hari menunjukkan adanya penurunan berat komposit. Dengan metode pengomposan, tampak menurunnya intensitas gugus C-H dan C-Cl pada spektrum FT-IR. Hasil uji mikroskopis menunjukkan pengisi yang telah pecah pada permukaan komposit yang berarti bahan tersebut bersifat biodegradabel. Kata kunci: plastik, PVC, stearin, pati, selulosa, komposit, biodegradabel.


ABSTRACT

The research of preparing biodegradable composite materials from polyvinyl chloride (PVC) plasticized stearin, empty fruit bunch (EFB) and starch from cassava as fillers, and benzoil peroxide (BPO) as initiator has been examined. In this study, platicizer and fillers composition were variated (10-50)% and (5-15)%, respectively. Composites were obtained by stirring at room temperature in THF and formed onto plasticized-thermoplastic composite film (KTP-tP). The charaterization were done by tensile test, extraction, FT-IR, microscopic, and biodegradable test. The result showed that the optimum ratio of composite KTP-tP was (75:20:5)% with elongation at break 176.44 %. From FT-IR analysis, epoxidation was occured between unsaturated fatty acids with BPO and anhydridation of fatty acids which were initiated by BPO. Extraction and microscopic tests showed that dispersion, wetting, and adhession lead to compatibility of secondary plasticizer. From biodegradation analysis for 60 days showed weight loss percentage of composite. Composting methode showed the intensity reduction of C-H and C-Cl functional group in FT-IR spectra. Microscopic studies showed degradated fillers at composites surface which revealed they are biodegradable materials. Keywords: plastic, PVC, stearin, starch, cellulose, composite, biodegradable.


UCAPAN TERIMA KASIH

Segala puji bagi Allah SWT, Tuhan semesta alam, yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat dan salam semoga keberkahan senantiasa dilimpahkan oleh Allah kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Adapun tujuan dari pembuatan tulisan ilmiah ini adalah sebagai salah satu syarat untuk mencapai kelulusan jenjang Strata-2 dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana, Universitas Sumatera Utara. Selain karena doa tentu ada faktor lain yang mendorong kami untuk menyelesaikan tesis ini, yaitu arahan, bimbingan, motivasi, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu melalui kata pengantar ini kami manghaturkan rasa hormat berupa ungkapan terima kasih seikhlasnya kepada: Ayahanda tercinta, D.M. Sitorus, ibunda, P. Sirait (Alm), kakanda, Nora R.S. dan Niko H.S., dan adinda, Heni J.D.S., yang selalu mendoakan, memberi perhatian, dan menjadi inspirasi di setiap langkah hidup kami. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D. dan Bapak Dr. Thamrin, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang telah mengorbankan waktu dan tenaga untuk memberikan pengetahuan dan bimbingannya yang sangat bermanfaat bagi penyusunan tesis ini. Bapak/ Ibu staf pengajar pada Program Studi Ilmu Kimia yang telah memberikan pengetahuannya kepada kami selama di bangku perkuliahan dan selama penelitian.


Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), Direktur Sekolah Pascasarjana USU, Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M. Sc., dan Ketua Program Studi Ilmu Kimia SPs USU, Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D. atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program magister. Kepada semua teman, sahabat, dan semua pihak yang membantu terlaksana dan selesainya studi dan tesis ini, terima kasih atas segalanya selama ini. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada Pemerintah Republik Indonesia melalui Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah memberikan bantuan finansial, sehingga dapat meringankan beban kami dalam menyelesaikan studi ini. Semoga Allah SWT melimpahkan segala rahmat dan karunia-Nya atas kebaikan Bapak/ Ibu dan Saudara-saudara sekalian. Dengan menyadari keterbatasan pengalaman dan kemampuan yang dimiliki penulis, sudah tentu terdapat kekurangan serta kemungkinan jauh dari sempurna. Untuk itu tidak menutup diri dan mengharapkan adanya saran serta kritik dari berbagai pihak yang sifatnya membangun dan menyempurnakan penulisan ilmiah ini. Akhir kata semoga tesis ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang bersangkutan khususnya bagi penulis dan umumnya bagi para pembaca.

Medan,

September 2009

Penulis


RIWAYAT HIDUP

Nama lengkap

: Antonius Sitorus

Tempat/ tanggal lahir : Dumai/ 7 Maret 1983 Riwayat pendidikan : SD Santo Tarcisius Dumai SMP Santo Tarcisius Dumai SMA Negeri 1 Dumai S-1 Kimia USU Pekerjaan

: Swasta

Status

: Belum menikah

Nama orang tua Ayah

: D. M. Sitorus

Ibu

: P. Sirait


DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ............................................................................................................

vi

ABSTRACT ............................................................................................................

vii

UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................

viii

RIWAYAT HIDUP ...............................................................................................

x

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

xi

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

xiii

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

xiv

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

xvi

BAB I

PENDAHULUAN .................................................................................

1

1.1. Latar Belakang ..............................................................................

1

1.2. Perumusan Masalah ......................................................................

7

1.3. Pembatasan Masalah .....................................................................

7

1.4. Tujuan Penelitian ..........................................................................

7

1.5. Manfaat Penelititan .......................................................................

8

1.6. Metodologi Penelitian ...................................................................

8

1.7. Lokasi Penelitian ...........................................................................

9

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

10

2.1. Kemasan Plastik ............................................................................

10

2.2. PVC ...............................................................................................

14


2.3. Pemlastis PVC ...............................................................................

18

2.4. Pati ................................................................................................

22

2.5. Selulosa .........................................................................................

25

2.6. Plastisasi ........................................................................................

29

2.7. Kompatibilitas ...............................................................................

33

2.8. Biodegradasi ..................................................................................

35

2.9. Mikroorganisme ............................................................................

38

2.10. Analisis ..........................................................................................

39

BAB III BAHAN DAN METODE ......................................................................

44

3.1. Bahan-bahan ..................................................................................

44

3.2. Alat-alat .........................................................................................

44

3.3. Metode Penelitian .........................................................................

45

3.4. Skema Pengambilan Data .............................................................

49

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

54

4.1. Analisis Pemlastis Stearin .............................................................

54

4.2. Karakterisasi Fisika dan Kimia Komposit PVC-Terplastisasi ......

55

4.3. Uji Biodegradabilitas ....................................................................

79

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

89

5.1. Kesimpulan ...................................................................................

89

5.2. Saran ..............................................................................................

90

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

91


DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

1.

Hasil Analisis Pemlastis DPS .............................................................

54

2.

Data Hasil Uji Tarik Spesimen PVC-Terplastisasi dan Komposit PVC ......................................................................................................

57

3.

Hasil Analisis Gugus Fungsi Spesimen dengan FT-IR .......................

62

4.

Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen Setelah Ekstraksi ........

70

5.

Hasil Analisis FT-IR Spesimen setelah Ekstraksi ...............................

73

6.

Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen Setelah Uji Biodegradasi dengan Mikroba .............................................................

80

7.

Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen Setelah Pengomposan .

82

8.

Hasil Analisis FT-IR Spesimen setelah Ekstraksi ...............................

84


DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

1.

Siklus Hidup ........................................................................................

13

2.

Struktur PVC .......................................................................................

16

3.

PVC sebagai Film Lekat Pembungkus Makanan ................................

17

4.

Contoh Poliester ..................................................................................

19

5.

Reaksi Pengikatan Klorin oleh Senyawa Epoksida ............................

21

6.

Struktur Kimia Pati dan Foto dengan SEM ........................................

23

7.

Struktur Kimia Selulosa dan Foto dengan SEM .................................

25

8.

Kurva Tegangan–Regangan Bahan Polimer .......................................

40

9.

Pengaruh Kandungan Pemlastis pada tiap Variasi Kandungan Pengisi terhadap Kemuluran Spesimen KTP-tP .................................

58

Pengaruh Kandungan Pengisi pada tiap Variasi Kandungan Pemlastis terhadap Kekuatan Tarik Komposit PVC ...........................

60

11.

Perbandingan Spektrum IR PVC dan TP-tP .......................................

64

12.

Reaksi Pembentukan Gugus Epoksi dari Gugus Vinil ........................

65

13.

Perbandingan Spektrum IR TP-tP dan KTP-tP ...................................

67

14.

Reaksi Pembentukan Anhidrida dari Asam Karboksilat .....................

68

15.

Bentuk Ikatan Hidrogen pada Film TP-tP ...........................................

71

16.

Bentuk Ikatan Hidrogen pada Film KTP-tP ........................................

72

17.

Perubahan Spektrum IR Film TP-tP setelah Uji Ekstraksi .................

74

18.

Perubahan Spektrum IR Film KTP-tP setelah Uji Ekstraksi ..............

75

10.


19.

Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen (a) TP-tP; (b) KTP-tP ..

76

20.

Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen setelah Uji Tarik (a) TP-tP; (b) KTP-tP

77

Pertumbuhan Mikroba pada Medium Padat (a) Hari Ke-1; (b) Hari Ke-20; (c) Hari Ke-60 .........................................................................

79

22.

Perubahan Spektrum IR Film TP-tP setelah Uji Biodegradasi ...........

85

23.

Perubahan Spektrum IR Film KTP-tP setelah Uji Biodegradasi ........

85

24.

Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen setelah Pengomposan (a) TP-tP; (b) KTP-tP ..........................................................................

87

21.


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

1.

Pemlastis DPS .....................................................................................

98

2.

Kromatogram Pemlastis DPS ..............................................................

99

3.

Spesimen Uji Tarik .............................................................................

100

4.

Data Hasil Uji Tarik Spesimen ...........................................................

101

5.

Data Hasil Uji Ekstraksi ......................................................................

102

6.

Data Hasil Uji Biodegradasi dengan Mikroba ....................................

103

7.

Data Hasil Uji Biodegradasi dengan Pengomposan ...........................

104

8.

Spektrum FT-IR Spesimen PVC .........................................................

106

9.

Spektrum FT-IR Spesimen Uji (% T vs λ) ..........................................

107

10.

Spektrum FT-IR Spesimen Uji (A vs λ) .............................................

108

11.

Spektrum FT-IR Spesimen setelah Uji Ekstraksi ...............................

109

12.

Spektrum FT-IR Spesimen setelah Uji Pengomposan ........................

110

13.

Uji Biodegradasi Spesimen dalam Media Cair ...................................

111


BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Sampah plastik merupakan masalah bagi banyak negara. Salah satu penyebab utamanya ialah plastik merupakan material non bio-degradable, sehingga bersifat persistent, ditambah lagi sifat lainnya yaitu ringan sehingga mudah mengapung menyebabkan dampak sampah plastik yang umum diketahui masyarakat ialah efeknya dari segi estetika. Walaupun saat kini (terutama di negara maju) bahan-bahan sintetik sudah dibuat lebih bersifat recycable, tidak semua wilayah atau negara memiliki

alat

pendaur

ulang

untuk

semua

tipe

plastik

(http://alumni-

isla.dfwindonesia.or.id, September 16, 2008). Plastik yang dikonsumsi masyarakat Indonesia mencapai 1,5 juta ton atau 7 kg per kapita termasuk jenis sampah yang tak bisa dilebur dalam tanah. Sekitar 800 pabrik terlibat dalam pembuatan produk yang mengandung bahan plastik. Jumlah sampah plastik impor sekitar 3.000 ton per bulannya dan hanya 60% saja yang bisa didaur ulang. Dari sisa yang 40% tersebut, 10%-nya mengandung bahan beracun dan materi berbahaya yang dapat mengakibatkan penyakit liver, kanker, dan hipertensi. Selama ini daur ulang plastik telah dilakukan oleh beberapa industri yang memang memusatkan perhatiannya terhadap masalah sampah plastik (Sinar Harapan, 12 September 2001).


Plastik yang paling banyak digunakan atau diperdagangkan adalah Poli Etilena (PE), Poli Vinil Klorida (PVC), Poli Propilena (PP), Poli Stirena (PS), dan Poli Etilen Teraftalat (PET). PVC adalah bahan termoplastik yang telah mengalami perkembangan pesat sehingga menjadi salah satu bahan termoplastik yang paling banyak digunakan dan menguasai 75% pasaran bahan polimer dunia (Anasgasti, dkk, 1999). Hal ini disebabkan PVC dapat kompatibel dengan sejumlah basar bahan aditif seperti pemlastis, pemantap, dan bahan pemodifikasi lainnya (Andreas, 1990). Derajat kekerasan membuat PVC dapat diubah dari bahan yang keras menjadi bahan lunak pada suhu kamar, sehingga dapat dipakai sebagai bahan pembuat jas hujan, pipa, lempengan tabung, isolasi kabel, kartu kredit, botol, piringan hitam, dan lain sebagainya (Gustone, 1993). PVC memiliki sifat fisis keras, kaku, dan mudah terdegradasi akibat panas maupun cahaya sehingga secara komersial selalu ditambahkan bahan bahan aditif (Cowd, 1991). Hingga saat ini, bahan pemlastis untuk PVC yang masih banyak digunakan berasal dari minyak bumi seperti DOP (dioktil ftalat), TOP (trioksil ftalat), DOS (dioktil sebakat) dan lain-lain (Gibbons dan Kusy, 1998). Bahan-bahan ini selain tidak dapat diperbaharui juga bersifat racun (Dirven, dkk, 1993), terutama bila produk digunakan sebagai pembungkus obat dan makanan (Pena, dkk, 1999). Masalah yang selalu dihadapi pada pemanfaatan bahan aditif adalah substantifitasnya di dalam matriks terplastisasi menurun selama pemakaian karena proses migrasi. Dampaknya bukan saja menurunkan kualitas bahan, tetapi juga menyebabkan kontaminasi bahan pemlastis ke dalam media.


Kebutuhan pemlastis untuk industri polimer dunia diperkirakan mencapai 200.000 ton per tahun yang selama ini sebagian besar masih berasal dari industri petrokimia (Werdelmann, 1994). Bahan pemlastis yang sehat, ramah lingkungan, dan berbasis hasil samping nabati dan terbarukan merupakan alternatif yang bukan saja aman tetapi juga lebih bernilai ekonomis (Wirjosentono, 2008). Senyawa poliol banyak digunakan sebagai pemlastis maupun pemantap dalam industri polimer. Senyawa ini dapat dengan mudah diperoleh dari hasil transformasi minyak nabati yang dapat diperbarui dan ramah lingkungan (Goudung, dkk, 2004). Pemlastis yang umum digunakan untuk film lekat PVC sebagai pembungkus makanan adalah diester seperti DEHA atau DEHP. Karena berat molekulnya rendah, ia sangat mudah bermigrasi ke makanan sehingga pemlastis ini dapat digantikan dengan poliester yang angka berat molekul rata-ratanya rendah (Mn). Pemanfaatan sumber monomer dari produk pertanian dalam sintetis polimer merupakan cara yang dapat dilakukan untuk membuat polimer terbiodegradasi (Surdia, dkk., 1995). Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar namun penganekaragaman produknya masih terbatas. Pada umumnya produsen minyak sawit hanya menjual dalam bentuk minyak sawit mentah (CPO) dan minyak/ lemak makan dengan nilai jual yang rendah. Pada skala laboratorium, baik lembaga penelitian maupun pendidikan di Indonesia sudah mencoba mengembangkan pemlastis dari minyak sawit dan terbatas dalam bentuk ester (Sadi, 1996). Gugusgugus epoksi merupakan gugus fungsi polar yang efektif dalam pemlastis, sehingga terhadap PVC akan menghasilkan kompatibilitas yang baik (Frankel,1975). Stearin


merupakan salah satu komponen minyak sawit yang mengandung gugus-gugus vinil sehingga bisa digunakan dalam pembuatan epoksi. Selama ini stearin belum memberikan nilai tinggi bagi industri kelapa sawit. Apabila turunan minyak sawit dapat dijadikan pemlastis, maka nilai jualnya akan bertambah. Untuk meningkatkan kesesuaian sifat polimer (compatibility) seperti komposisi kimia, hidrofilitas, kekasaran, kekristalan, daya adhesi, daya hantar listrik, dan kelumasan, salah satu cara yang telah dikembangkan adalah dengan memodifikasi permukaan agar dapat berinteraksi dengan bahan lain. Salah satu metoda modifikasi yang efekif untuk memasukkan sifat-sifat yang diinginkan adalah teknik grafting (tempel/ cangkok). Kelebihan teknik grafting ini adalah fungsionalisasi berdasarkan sifat yang dimiliki oleh monomer yang terikat secara kovalen tanpa mempengaruhi struktur dasar polimer (Allmer, dkk., 1988). Penggunaan komposit terplastisasi sebagai wadah makanan, dengan bahan karton dan polimer sintetik biodegradabel yang ditambahkan dalam proporsi rendah (4–5%) untuk memberikan sifat hidrofobik, bukan merupakan solusi terbaik bagi lingkungan.

Namum,

sebagai

perbandingan

untuk

semua

wadah

plastik,

pengkomposan akan mengurangi material non-biodegradabel dari wadah komposit tersebut (Yabannavar, 1993). Pranamuda (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) menjelaskan dengan penggunaan campuran tepung sagu dan singkong telah terbukti bahwa bahan polimer seperti polihidroksibutirat (PHB), polikaprolakton (PCL), polibutilen suksinat (PBS), dan polilaktida (PLA) dapat melebur dalam tanah tanpa menghasilkan zat yang berbahaya seperti toksin (Sinar Harapan, 12 September


2001). Banyak jenis polilaktida (plastik berbahan dasar selulosa) dikembangkan, salah satunya yaitu ”Smart Plast Bag” yang berlogo ramah lingkungan. Di alam, plastik ini dapat terurai hanya dalam waktu setengah tahun tanpa dampak negatif apa pun (kompas.com, 5 Februari 2008). Penanaman ubi kayu sering tidak membuahkan hasil yang cukup baik karena keadaan tata niaga ubi kayu yang banyak dipengaruhi oleh fluktuasi harga sehingga merugikan petani. Karena ubi kayu memiliki daya simpan yang rendah, pada saat dijual, pabrik mendapatkan mutu ubi kayu yang rendah. Kondisi ini telah mendorong banyak petani untuk mengalihkan perhatian dan berusaha menanam komoditi seperti kelapa sawit. Apabila hal ini terus dibiarkan, akan bisa berakibat turunnya produksi yang dapat menekan pasokan ubi kayu baik untuk keperluan ekspor ataupun konsumsi sawit dalam negeri. Salah satu alternatif dalam mengantisipasi masalah tersebut adalah dengan memanfaatkan komoditi tersebut untuk menghasilkan produk baru sehingga dapat digunakan lebih luas dan lebih cepat. Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati. Limbah padat tandan kosong (Tankos) merupakan limbah padat yang jumlahnya cukup besar yaitu sekitar 6 juta ton yang tercatat pada tahun 2004, namun pemanfaatannya masih terbatas. Limbah tersebut selama ini dibakar dan sebagian ditebarkan di lapangan sebagai mulsa. Persentase Tankos terhadap TBS sekitar 20% (Ditjen PPHP, 2006). Turunan serat alam dari sumber daya alam terbarukan telah digunakan

secara

luas

sebagai

serat

penguat

plastik

komposit.

Sifat


biodegradabilitasnya memberikan dampak positif bagi lingkungan. Kelebihan serat alam selain meningkatkan kekuatan material antara lain harganya murah, densitas rendah, ketahanan tinggi, mengurangi keausan alat, mengurangi gangguan pernapasan dan dermal, sifat termal yang baik, meningkatkan rekoveri energi, dan dapat terbiodegradasi (Mohanty, 2000). Dengan demikian, Tankos merupakan sumber serat alam yang sangat potensial di Indonesia saat ini untuk pembuatan plastik komposit di samping upaya pengolahannya sebagai limbah padat industri sawit. Hasibuan (2000) telah melakukan penelitian tentang penggunaan asam lemak sawit destilat pada matriks PVC. Nirwana (2001) juga telah meneliti tentang penggunaan asam lemak bebas dari PKO sebagai pemlastis PVC. Penelitian dimaksud untuk mengetahui kompatibilitas dan mempelajari interaksi pemlastis yang telah bercampur dalam matriks. Marhamah (2007) dalam tesisnya menyimpulkan bahwa campuran PVC dapat terbiodegradasi meskipun dengan laju yang berbedabeda, di mana biodegradabilitas dengan jamur Aspergillus niger lebih besar dibandingkan dengan penguburan dalam tanah. Haryono (2009) telah membuat pemlastis alkohol ester dari minyak nabati dan formulasinya dengan resin PVC. Pembuatan dan pemakaian poliol ester (pentaerythritol) sendiri sebagai pemlastis PVC telah dipatenkan oleh Schlosberg (PCT/US95/00406, 1995). Berdasarkan uraian di atas, penulis bermaksud melakukan penelitian tentang penyediaan plastik kemasan makanan (biodegradable cling film) dengan bahan dasar PVC-terplastisasi stearin dan dengan bahan pengisi biomikrokomposit (pati dan serat alam) serta menyelidiki kompatibilitas dan degradabilitas bahan yang dihasilkan.


1.2. Perumusan Masalah 1. Bagaimana kompatibilitas pemlastis stearin dan pengisi (selulosa dan pati) dalam matriks PVC? 2. Bagaimana degradabilitas plastik yang dihasilkan, diuji secara in vitro (bakteri dan jamur) maupun secara in vivo di tanah (alam)?

1.3. Pembatasan Masalah 1. Bahan matriks poliolefin yang digunakan adalah PVC (polivinil klorida) yang diperoleh secara komersil. 2. Bahan pemlastis stearin yang digunakan berupa Distillate Palm Stearin (DPS) hasil produksi P.T. Musim Mas – Medan (spesifikasi terlampir). 3. Bahan pengisi yang digunakan adalah serat alam berbasis selulosa (tandan kosong kelapa sawit (TKS)) dan pati dari bahan makanan kualitas rendah (singkong).

1.4. Tujuan Penelitian 1. Untuk menghasilkan plastik kemasan makanan berupa film lekat (cling film) dengan sebutan biomikrokomposit termoplastik-terplastisasi (KTP-tP). 2. Untuk mengetahui kompatibilitas pemlastis DPS dan pengisi biomikrokomposit terhadap matriks PVC. 3. Untuk mengetahui degradabilitas bahan pemlastis dan produk-terplastisasi oleh mikroorganisme (in vitro) dan di dalam tanah (in vivo).


1.5. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi pengembangan ilmu bahan plastik biodegradabel dalam rangka mengatasi masalah lingkungan, yakni kompatibilitas

dan

biodegradabilitas

pemlastis

DPS

dan

bahan

pengisi

biomikrokomposit dalam film lekat PVC. Penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan solusi terhadap masalah kontaminasi bahan beracun pada makanan kemasan serta dapat memberikan nilai tambah pada industri kelapa sawit dan bahanbahan makanan berkualitas rendah.

1.6. Metodologi Penelitian Dalam penelitian ini divariasi kandungan pemlastis dan pengisi (sebagai variabel bebas). Sedangkan faktor-faktor lain yang berpengaruh adalah jenis dan ukuran pengisi, jenis dan ukuran pemlastis, kondisi reaksi dan uji, volume pelarut, dan ukuran spesimen (sebagai variabel tetap). Untuk setiap variasi tersebut diamati sifat mekanik, homogenitas, mekanisme patahan, efisiensi pengikatan, kandungan pemlastis, sifat biodegradabilitas, dan laju biodegradasi (sebagai variabel terikat). Oleh karena itu maka penelitian ini disebut penelitian eksperimental. Variasi kandungan pemlastis ditetapkan berdasarkan penelitian terdahulu, yaitu (10, 20, 30, 40, dan 50)% w/w dan untuk kandungan pengisi ditetapkan (0, 5, 10, dan 15)% w/w, sehingga penelitian ini merupakan percobaan faktorial dengan 5 level kandungan pemlastis dan 4 level kandungan pengisi (disain faktorial 5×4). Replikasi dilakukan dua kali untuk setiap perlakuan dari masing-masing sampel.


Subjek penelitian adalah polivinil klorida (PVC) yang bersifat homogen, sehingga perlakuan untuk masing-masing sampel dilakukan secara acak atau randomisasi. Sampel uji dibuat secara pengolahan reaktif menggunakan pelarut THF dan benzoil peroksida yang kemudian dibentuk menjadi spesimen. Untuk mengumpulkan data, maka sampel diukur dengan alat uji tarik, SEM, alat FT-IR, dan neraca analitik. Hasil yang diperoleh kemudian diolah dan dianalisa secara grafik.

1.7. Lokasi Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Biokimia, FMIPA–USU. Sedangkan analisa sampel dilakukan di Laboratorium Penelitian–USU,

Laboratorium

Analisa

Minyak

P.T.

Musim

Mas–Medan,

Laboratorium Bea dan Cukai–Belawan, dan Laboratorium Forensik POLDASU.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kemasan Plastik Dalam 20 tahun terkahir, bahan kemasan yang berasal dari polimer petrokimia atau yang lebih dikenal dengan plastik merupakan bahan kemasan yang paling banyak digunakan karena berbagai keunggulannya seperti fleksibel, mudah dibentuk, transparan, tidak mudah pecah, dan harganya yang relatif murah. Namun ternyata, polimer plastik juga mempunyai berbagai kelemahan, yaitu tidak tahan panas, mudah robek, menyebabkan kontaminasi melalui transmisi monomernya ke bahan yang dikemas, tidak dapat dihancurkan secara alami (non-biodegradable), berasal dari minyak bumi yang keberadaannya semakin menipis dan tidak dapat diperbaharui, dan tidak dapat didaur ulang, sehingga menyebabkan beban bagi lingkungan khususnya pada negara-negara yang tidak melakukan daur ulang (recycling). Seiring kesadaran manusia akan masalah ini, maka dikembangkanlah jenis kemasan dari bahan-bahan terbarukan (renewable), ramah lingkungan, dan ekonomis yakni kemasan edibel (edible packaging) dan kemasan biodegradabel (biodegradable packaging). Kemasan edibel adalah kemasan yang dapat dimakan karena terbuat dari bahan-bahan yang dapat dimakan, sedangkan kemasan biodegradabel adalah kemasan yang dapat didegradasi melalui proses fotokimia atau menggunakan mikroba penghancur. Keuntungan dari kemasan edibel dan biodegradabel adalah dapat


melindungi produk pangan, penampakan asli produk dapat dipertahankan dan dapat langsung dimakan serta aman bagi lingkungan (Kinzel, 1992). Penelitian bahan kemasan diarahkan pada bahan-bahan organik yang dapat dihancurkan secara alami dan mudah diperoleh. Kemasan ini disebut dengan kemasan masa depan (future packaging) yang diharapkan mempunyai bentuk yang fleksibel namun kuat, transparan, tidak berbau, tidak mengkontaminasi bahan yang dikemas dan tidak beracun, tahan panas, biodegradabel, dan berasal dari bahan-bahan yang terbarukan. Bahan-bahan ini berupa bahan-bahan hasil pertanian seperti karbohidrat, protein, dan lemak (Syarief, 1989).

2.1.1. Kemasan Layak Makan (Edible Packaging) Edibel packaging dapat dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu yang berfungsi sebagai pelapis (edible coating) dan yang berbentuk lembaran (edible film). Pelapis edibel banyak digunakan untuk pelapis makanan semi basah (intermediate moisture foods), produk konfeksionari, produk hasil laut, buah-buahan, dan obatobatan terutama untuk pelapis kapsul (Krochta, dkk., 1994). Film edibel adalah lapisan tipis yang dibuat dari bahan yang dapat dimakan, dibentuk di atas komponen makanan yang berfungsi sebagai penghambat transfer massa (misalnya kelembaban, oksigen, lemak dan zat terlarut) dan atau sebagai carrier bahan makanan atau aditif dan atau untuk meningkatkan penanganan makanan (Krochta, 1992). Film edibel harus mempunyai sifat-sifat yang sama dengan film kemasan seperti plastik.


2.1.2. Kemasan Biodegradabel Menurut ASTM subcommittee D20-96, plastik dikatakan biodegradabel jika degradasinya merupakan hasil dari perlakuan mikroorganisme, seperti bakteri, jamur, dan alga, yang terjadi secara alami (Marten, 2000). Sedangkan dalam definisi menurut ISO, plastik yang biodegradabel hanya berdasarkan perubahan kimia pada bahan (misalnya oksidasi) oleh mikroorganisme, sedangkan menurut CEN dan DIN, mendefinisikan adanya konversi plastik menjadi produk-produk metabolisme mikroba. Secara umum, definisi-definisi tersebut tidak menentukan lingkungan atau batasan waktunya, hal ini harus dilaksanakan menurut standar yang sesuai. Berdasarkan definisi tersebut, plastik biodegradabel (bahan kemasan) tidak sesuai untuk pengomposan. Dalam definisi kompostabilitas, biodegradasi hanyalah suatu persyaratan, lebih dari itu, mutu kompos yang baik dari hasil pengomposan plastik juga termasuk persyaratan. Meskipun definisi-definisi tersebut kelihatannya tidak sama, skema evaluasi dan standarnya adalah sama. Tujuan bioplastik adalah mengikuti siklus hidup biomassa, termasuk konversi sumber fosil, air, dan produksi CO2 (Gambar 1). Kecepatan biodegradasi tergantung pada terperatur (50–70°C), kelembaban, jumlah dan tipe mikroba. Biodegradasi berjalan cepat jika ketiga persyaratan tersebut ada. Secara umum, di rumah atau di supermarket, biodegradasi terjadi sangat kecil dibandingkan dengan pengomposan. Pada pengomposan industri, bioplastik diubah menjadi biomassa, air, dan CO2 dalam 6–12 minggu (Siracusa, 2008).


Gambar 1. Siklus Hidup (www.european-bioplastics.org)

Plastik modern memiliki karakteristik yang sangat diinginkan yaitu: perbandingan kekuatan yang tinggi terhadap berat, sifat termal yang bagus, penghambat listrik, tahan terhadap asam, basa, dan bahan pelarut. Oleh karena bobotnya yang ringan, ketahanan, dan mudah dibentuk dengan biaya yang rendah, plastik telah menggantikan kayu dan logam untuk banyak produk. Namun, masalah utamanya adalah ketika plastik bertahan lebih lama dari waktu kegunaannya. Kebanyakan plastik tidak terbiodegradasi, atau biodegradasinya tidak praktis dari segi waktu. Oleh karena itu, penguburan plastik di tanah bukan suatu solusi pembuangan yang praktis.


2.2. PVC PVC tak terplastisasi (U-PVC) memiliki sifat keras, getas, dan memerlukan modifikasi. Fleksibilitas diperoleh dengan penambahan pemlastis. Faktor keamanan harus diperhatikan dalam memilih aditif untuk film yang kontak langsung dengan makanan, agar mencegah migrasi komponen pembungkus ke dalam bahan makanan. Kebanyakan film PVC dibuat dengan ekstrusi, menggunakan proses bubble, sehingga bisa diorientasikan menjadi film dengan tingkat perkerutan yang tinggi. Jika terplastisasi, regangan yang tinggi dan lekat membuatnya cocok untuk membungkus produk segar. Permeabilitas PVC terhadap uap air dan gas tergantung pada jumlah pemlastis yang digunakan. Ada kelas tertentu yang digunakan, di mana penghambat uap embun memperlambat kehilangan bobot, namun permeabilitasnya terhadap oksigen membiarkan produk bernafas. Ini membuat daging mempertahankan warna merahnya dan produk seperti buah, sayur, dan salad tetap segar lebih lama dengan mengurangi tingkat pernapasan saat dibungkus (Coles, 2003). Nama-nama dagang PVC adalah Elvax, Geon, Postalit, Irvinil, Kenron, Marvinol, Opalon, Rucoblend, Vinoflex. Kemasan PVC dapat berupa kemasan kaku atau kemasan bentuk. Beberapa jenis PVC adalah: a. Plasticized Vinyl Chloride (P-PVC). Bahan pemlastis yang digunakan adalah resin (poliester, epoksi) dan non-resin (ptalat dan posfat). Digunakan untuk kemasan daging segar, ikan, buah-buahan dan sayuran.


b. Vinyl Copolymer. Mirip dengan P-PVC, hanya resinnya berupa polimer, sehingga dapat digunakan untuk kemasan blister pack, kosmetika dan sari buah. c. Oriented Film. PVC jenis ini mempunyai sifat yang luwes (lunak) dan tidak mudah berkerut. Homopolimer polivinil klorida (PVC) adalah suatu polimer semi-kristalin dengan modulus regang yang relatif tinggi pada suhu kamar yaitu 2400–4140 MPa (3,5–6,0×105 psi) yang dapat diturunkan dengan pemlastis untuk menghasilkan material semi-kaku dan fleksibel. Penggunaan bahan aditif (pemlastis) menjadi penting untuk membuat produk PVC yang fleksibel. Ada banyak tipe fleksibiliser untuk PVC seperti karet nitril kompatibel, poliuretan kompatibel, poliester kompatibel,

terpolimer

etilen-karbon

monoksida-vinil

asetat,

dan

beberapa

poliakrilat. Sifat resin PVC dan bahan aditif lain yang digunakan dalam campuran PVC fleksibel menentukan pemilihan prosedur penanganan bahan yang efisien untuk membuat campuran primer (Wilkes, 2005). Sifat-sifat umum kemasan PVC adalah sebagai berikut: a. Tembus pandang, ada juga yang keruh, b. Permeabilitas terhadap uap air dan gas rendah, c. Tahan lemak, minyak, alkohol, dan pelarut petrolium, sehingga dapat digunakan untuk kemasan, mentega, margarin dan minyak goring, d. Kekuatan tarik dan regangan tinggi serta tidak mudah sobek, e. Dipengaruhi oleh hidrokarbon aromatik, keton, aldehida, ester, eter aromatik, anhidrat dan molekul-molekul yang mengandung belerang, nitrogen, dan fosfor.


Tidak terpengaruh oleh asam dan basa, kecuali asam pengoksidasi, akan tetapi pemlastis akan terhidrolisa oleh asam dan basa pekat. f. Densitas 1,35 – 1,4 g/cm.

Gambar 2. Struktur PVC

Film lekat, sebuah plastik tipis pembungkus untuk kemasan makanan, biasanya terbuat dari PVC atau PE. PE baru diperkenalkan setelah adanya laporan bahwa aditif film lekat PVC bisa mengkontaminasi makanan. Film lekat juga diproduksi dengan teknik ekstrusi. Tekstur permukaan dapat dipakai untuk membedakan sampel. Pada beberapa film lekat, ada lubang kecil pada permukaan yang memungkinkan aditif kristalin digunakan untuk meningkatkan kinerja film.


Terkadang perlu untuk menguji panjang film untuk memastikan bagaimana perubahan corak sepanjang film secara komparatif (Castle, dkk., 1993).

Gambar 3. PVC sebagai Film Lekat Pembungkus Makanan

Perhatian meningkat pada pengaruh PVC terhadap lingkungan alami dan kesehatan manusia. PVC melepaskan dioksin ketika dibakar pada termperatur rendah (bukan pembakaran sempurna) dan asam klorida melalui degradasi kimia, sehingga PVC dianggap sebagai salah satu plastik paling membahayakan lingkungan. Dengan demikian, penting kiranya untuk mencari cara mendegradasi, mendaur ulang, dan memakai kembali material dan produk PVC.


2.3. Pemlastis PVC Secara umum, senyawa poliol (polihidroksi) dari berbagai sumber banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan industri seperti halnya ester poliol dari senyawa sakarida dengan asam lemak yang digunakan sebagai bahan surfaktan dalam formulasi bahan makanan, kosmetika, maupun obat-obatan. Demikian juga dalam industri polimer, senyawa poliol banyak digunakan sebagai pemlastis maupun pemantap. Dibandingkan dengan hasil industri petrokimia, senyawa poliol dari minyak nabati dan industri oleokimia dapat diperbaharui, sumbernya mudah diperoleh, dan akrab dengan lingkungan (Goudung, dkk., 2004). Dalam penggunaannya, PVC diplastisasi agar dapat diproses menjadi material fleksibel. Poliester telah dipakai pada komposisi PVC, misalnya, dalam U.S. Patent 4.605.694 (12 Agustus 1986 untuk Walker) menyingkap tentang kombinasi PVC dengan trimellitat sebagai pemuai dan pemlastis sekunder, U.S. Patent 4.421.886 (20 Desember 1983 untuk Worschek dkk.) menyingkap tentang ester pentaeritritol parsial digunakan dalam kombinasi dengan senyawa polibasis sebagai kombinasi pelumaspenstabil, dan abstrak pada German Application 1618586, menyingkap tentang ester pentaeritritol parsial bermanfaat sebagai pemlastis dan penstabil untuk polimer. Penelitian selanjutnya adalah penemuan bahwa pentaeritritol, jika diesterkan dengan campuran asam alkil karboksilat tertentu, menghasilkan pemlastis PVC yang tahan panas yang kompatibel dengan PVC pada rentang 20-70 phr (bagian per seratus berat resin) dan menunjukkan sifat rendah asap (PCT/US95/00406, 1995).


Parameter

polaritas

(Ф)

juga

dikembangkan

untuk

memprediksi

kompatibilitas relatif pemlastis ester dengan PVC. Van Veersen dan Meulenberg mengusulkan rasio polaritas Ap/Po, menunjukkan korelasi yang baik dengan aktivitas pemlastis. Rasio sebanding dengan jumlah atom karbon dalam molekul pemlastis (tidak termasuk atom karbon aromatik dan asam karboksilat), Ap, dibagi dengan jumlah gugus ester, Po. Kemudian dikorelasikan dengan massa molar pemlastis. Nilai yang rendah mengindikasikan kompatibilitas yang tinggi dan memberikan prediksi aktivitas pemlastis monomer. Namun, hasilnya menunjukkan rasio polaritas itu sendiri tidak mampu untuk membandingkan aktivitas pemlastis dari golongan yang berbeda (Patrick, 2005).

Trimelitat ester

Ftalat ester Gambar 4. Contoh Poliester


Masalah yang selalu dihadapi pada pemanfaatan bahan aditif (khususnya pemlastis, pengemulsi, penstabil, surfaktan, dsb) adalah substantifitasnya atau keberadaannya di dalam matriks terplastisasi yang menurun selama pemakaian karena proses migrasi. Proses migrasi pemlastis ini terutama dipengaruhi oleh berat molekul aditif dan interaksi atau kompatibilitas antara aditif dan matriks, serta oleh faktor eksternal misalnya bila produk terplastisasi digunakan dalam lingkungan yang ekstraktif dan agresif seperti dalam media berair, minyak atau suhu tinggi. Dampak migrasi ini bukan saja menurunkan kandungan pemlastis yang berakibat pada penurunan sifat fisika dan mekanis bahan terplastisasi, tetapi juga dapat menyebabkan kontaminasi bahan pemlastis ke dalam media. PVC yang mengandung gugus polar membutuhkan pemlastis polar untuk mendapatkan kompatibilitas yang baik, yang ditentukan oleh jenis, jumlah, dan pengaturan gugus-gugus polar di dalam pemlastis. Pemlastis polar dapat berupa senyawa-senyawa

ester,

epoksi,

asetoksi,

dan

ptalat.

Ester-ester

asam

monokarboksilat dengan senyawa alkanol rendah sangat mudah menguap dan sangat sensitif terhadap air untuk digunakan sebagai pemlastis. Semakin panjang rantai ester asam lemak maka semakin tidak kompatibel sehingga tidak dapat digunakan sebagai pemlastis primer. Produk-produk epoksida seperti asam lemak memiliki keunggulan sebagai pemlastis untuk PVC, misalnya epoksi asam stearat (melalui reaksi dengan senyawa peroksida) dapat berperan sebagai pemlastis PVC, namun penggunaannya terbatas sampai kadar tertentu karena bila ditambahkan dalam jumlah besar dapat keluar kembali.


Ester telah digunakan sebagai pemlastis dan aditif untuk PVC menghasilkan stabilitas cahaya dan panas yang baik yang tidak hanya disebabkan oleh kemampuannya mengikat hidrogen klorida yang terlepas tetapi juga karena kemampuannya menggantikan atom klorin labil dalam rantai PVC sehingga mencegah dehidroklorinasi lanjutan.

Gambar 5. Reaksi Pengikatan Klorin oleh Senyawa Epoksida

Trigliserida atau ester terepoksi memiliki volatilitas rendah dan tahan terhadap ekstraksi, misalnya butil epoksi stearat adalah pemlastis yang sama baiknya dengan pemlastis komersial dioktil adipat (DOA) dan menghasilkan kekuatan tarik yang baik (Meier, 1990). Reaksi khas epoksida adalah reaksi pembukaan cincin yang berlangsung dengan adanya nukleofil menghasilkan produk yang lebih stabil dan berenergi lebih rendah. Gugus-gugus ester adalah gugus fungsi polar pada pemlastis asetoksi ester. Pemlastis asetoksi ester memiliki sejumlah substituen polar yang cukup untuk melindungi sisi-sisi polar rantai polimer PVC dan menurunkan gaya antraksi antara molekul-molekul

polimer,

memberikan

kebebasan

gerakan

rantai

sehingga

menghasilkan fleksibilitas yang tinggi (Frankel, dkk., 1975).


2.4. Pati Pati atau amilum adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air, berwujud bubuk putih, tawar, dan tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang dihasilkan oleh tumbuhan untuk menyimpan kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis) dalam jangka panjang. Salah satu polimer alami yang tersedia untuk industri plastik biodegradabel adalah pati. Perbedaan sifat berbagai pati dihasilkan dari perbedaan proporsi amilosa (rantai pati linier) dan amilopektin (rantai pati bercabang). Butiran pati padat dapat disertakan sebagai pengisi biodegradabel ke dalam polimer sintetik non-biodegradabel. Secara prinsip, pati sesuai untuk proses sebagai termoplastik. Kandungan air pada pati dapat berfungsi sebagai pemlastis. Polimer komersil berbahan baku minyak dapat dicampur pati dengan persentase (10, 50, dan 90%) sebagai aditif. Berdasarkan persentase pati dan bahan lain seperti aditif (pewarna, penghambat nyala) sifat bahan ini dapat divariasikan. Pati yang dikomsumsi mikroba mempercepat disintegrasi dan fragmentasi rantai polimer dengan membuat pori pada bahan tersebut yang melembutkannya. Proses ini lambat, dan dapat dipercepat jika pati ditambahkan pada campuran lebih dari 60%. Berdasarkan tipe pati termoplastik, bahan dapat didegradasi dalam 5 hari pada lingkungan aerob berair, 45 hari pada pengomposan dan di air. Tahun 1993, campuran LDPE-pati dikomersilkan dengan nama Ecostar, Bioplast (dari Biotec Gmb H), dan Novon (dari Novon International). Pati juga dapat ditransformasi menjadi bahan berbusa menggunakan uap air, menggantikan polistirena sebagai bahan kemasan. Pati larut dalam air menjadikan larutan tak


beracun, yang dikonsumsi mikroba dalam 10 hari hanya menghasilkan air dan karbondioksida sebagai hasil samping. Nama komersilnya adalah Biopur (dari Biotec Gmb H), Eco-Foam (dari National Starch & Chemical), dan Envirofill (dari Norel) (www.designinsite.dk).

Gambar 6. Struktur Kimia Pati dan Foto dengan SEM Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu: 1. Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati Pencampuran

dilakukan

dengan

menggunakan

ekstruder

atau

mikser

berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk melelehkan polimer plastik. Plastik yang digunakan dapat berupa plastik biodegradabel maupun plastik konvensional. Sedangkan pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi. Sifat mekanik dari plastik biodegradabel yang dihasilkan tergantung dari keadaan penyebaran pati dalam fase plastik, di mana bila pati


tersebar merata dalam ukuran mikron dalam fase plastik, maka produk plastik biodegradabel yang didapat akan mempunyai sifat mekanik yang baik. Sifat biodegradabilitas dari plastik biodegradabel berbasiskan pati sangat tergantung dari rasio kandungan patinya. Semakin besar kandungan patinya, maka semakin tinggi tingkat biodegradabilitasnya. 2. Modifikasi kimiawi pati Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering digunakan.

Sifat biodegradabilitas

dari

produk

plastik yang

dihasilkan

tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkkan pada pati. Jika polimer yang dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel, maka produk yang dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel. Namun demikian, biasanya sifat biodegradabilitas pati akan berkurang atau bahkan hilang sama sekali dengan proses modifikasi kimiawi. 3. Fermentasi pati menghasilkan monomer/ polimer plastik biodegradabel Pati dapat dipakai sebagai bahan baku fermentasi untuk menghasilkan asam laktat, 1,4-butanediol atau poliester mikroba atau biopolimer lainnya seperti pullulan. Pati merupakan polimer alam yang cocok sebagai bahan pengisi dalam polimer sintetik. Penambahan pati ke dalam matriks polimer sintetik dapat menghasilkan hidrolisis enzimatis secara cepat bila diberi perlakuan biotik, sehingga menghasilkan kekosongan kandungan matriks (Mariana, 2007).


2.5. Selulosa Selulosa adalah polimer alam yang membangun sel hidup semua vegetasi. Ia adalah material pada pusat siklus karbon dan paling melimpah di planet ini dan biopolimer yang dapat diperbaharui. Serat bukan termoplastik dan stabil pada temperatur di bawah 150°C, mulai kehilangan kekuatannya di atas 170°C, dan terdekomposisi di atas 300°C. Ia terbakar pada 420°C dan panas pembakarannya 14,732 J/g (3,5 kkal/g). Serat bersifat sangat hidrofilik, dengan daya serap 65%. Struktur serat menggembung seperti air diminum, dan kekuatan dan kekakuan serat merosot. Serat terurai secara hidrolitik ketika kontak dengan asam mineral pekat dingin atau yang encer panas. Basa menyebabkan penggembungan (maksimum dengan NaOH 9% pada 25°C). Serat tidak dipengaruhi oleh kebanyakan pelarut organik dan zat dry-cleaning, terdegradasi dengan pemutih misalnya hipoklorit dan peroksida (Mitchelland, 1951).

Gambar 7. Struktur Kimia Selulosa dan Foto dengan SEM


Pemisahan selulosa dari tumbuhan dapat dilakukan dengan cara hidrolisis melalui prosedur Holoselulosa Tappi Standard Tgm (Useful method 249, ASTM Standard D 1104 dan Sll) atau penentuan selulosa Cross dan Sevan dan selulosa Kursner. Bagian dari selulosa yang tahan dan tidak larut oleh larutan basa kuat disebut selulosa α (α–cellulose). Bagian yang terlarut tetapi dapat mengendap apabila ekstrak dinetralkan dikenal sebagai selulosa-β (Betha Cellulosa) (Heyke, 1987). Bakar (2004) dalam penelitiannya menyimpulkan bahwa pengisi TKS menurunkan stabilitas termal dari komposit U-PVC, yang mana proses degradasi berubah dari dua menjadi tiga tahap. Tahap pertama terjadi pada pengisi TKS dan tahap kedua dan ketiga terjadi pada matriks U-PVC. Laju penurunan berat maksimum meningkat dengan penambahan kandungan TKS, tanpa mempengaruhi degradasi matriks U-PVC. Penambahan serat nabati tanpa agen pengkopling akan menurunkan tegangan putus dan kekuatan tarik maksimum dan secara umum meningkatkan modulus elastis. Ini akan menghasilkan material komposit getas: kekuatan impak menurun drastis. Penambahan serat nabati juga membuat material lebih peka terhadap kelembaban dan sebagai konsekuensinya, setelah penuaan hidrotermal atau siklus pembekuan dengan adanya air, sifat termal dan mekanik (modulus elastis dan kekuatan maksimum) menurun (Augier, 2007). Pemanfaatan potensi turunan pengisi dari industri minyak sawit, seperti tandan kosong sawit (TKS), untuk produksi komposit termoplastik telah dilaporkan oleh beberapa peneliti. Zaini dkk. (1996) telah menunjukkan bahwa untuk semua ukuran pengisi, sifat mekanik komposit PP/tepung kayu sawit menurun dengan


peningkatan kandungan pengisi. Ia juga melaporkan bahwa penyatuan TKS pada matriks PP menghasilkan peningkatan modulus tarik, namun kekuatan tarik, perpanjangan, dan kekuatan impak menurun dengan penambahan berat pengisi. Sementara itu, penggunaan kompetibiliser dan agen pengkopling meningkatkan kekuatan tarik dan impak dari komposit. Dari penelitian lain, modifikasi TKS dengan anhidrida meningkatkan sifat mekanik komposit TKS/polyester (Bakar, 2003). Kompatibilitas antara pengisi turunan selulosa dan pulp tandan kosong sawit di dalam matriks polimer serta sifat biodegradasinya tergantung pada sifat termoplastis dan hidrofilisitas dari bahan pengisi tersebut. Wirjosentono dkk., telah menyelidiki pengaruh struktur turunan selulosa, yaitu: selulosa asetat dan selulosa diasetat,

terhadap

kompatibilitas

dan

biodegradabilitasnya

dalam

matriks

polipropilena, yang dibandingkan dengan untuk pulp tandan kosong sawit. Pengujian sifat biodegradasi bahan plastik dilakukan dengan cara penguburan dalam tanah dan perendaman dalam medium bermikroba Pseudomonas aerogenosa. Dilaporkan bahwa tidak terlihat perubahan yang nyata dari kompatibilitas bahan pengisi dalam matriks polipropilena oleh perbedaan sifat termoplastis atau sifat hidrofilisitasnya. Penurunan berat spesimen uji pada penguburan dalam tanah sampah, terlihat lebih besar dibandingkan dengan bila dilakukan uji biodegradasi dalam media bakteri Pseudomonas aerogenosa. Hal ini mungkin disebabkan oleh mikroba yang terdapat dalam tanah sampah telah beradaptasi dan mempunyai keaktifan yang lebih baik dibandingkan dengan biakan murninya dan ada kemungkinan kerja sinergisme antara kegiatan berbagai mikroba yang terdapat dalam tanah uji penguburan.


Secara umum, pengisi merupakan berbagai padatan, cairan, atau gas dengan harga rendah yang menduduki sebagian volume dan mengurangi biaya volumenya. Pengisi ditambahkan ke dalam matriks dengan tujuan meningkatkan sifat-sifat mekanis plastik melalui penyebaran tekanan yang efektif di antara serat dan matriks (Han, 1990). Industri PVC fleksibel mengunakan pengisi yang merupakan partikel padat yang tidak menyatu dengan formulasi untuk berbagai alasan, termasuk pengeras, pengkaku, dan megurangi biaya. Pengisi fungsional ditambahkan untuk meningkatkan sifat tertentu (Wilkes, 2005). Bahan-bahan anorganik seperti kalsium karbonat, talc, mika, dan fiberglass merupakan bahan yang paling banyak digunakan sebagai pengisi dalam industri plastik. Namun bahan-bahan tersebut memiliki banyak kekurangan seperti berat produk yang dihasilkan juga meningkat, bersifat abrasif terhadap peralatan yang digunakan, dan harganya sangat mahal. Karena itu penggunaan bahan organik sebagai pengisi dalam industri plastik mulai mendapat perhatian karena temperatur proses lebih rendah, dapat terdegradasi secara alami, berat jenisnya jauh lebih rendah, serta berasal dari sumber yang dapat diperbaharui. Perlu ditekankan bahwa untuk tiap tipe pengisi kimia, tersedia sejumlah tingkatan. Setiap tingkatan dibedakan berdasarkan: ukuran partikel rata-rata dan distribusi ukuran, bentuk partikel dan porositas, sifat kimia permukaan, dan pengotor (Brydson, 1999). Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan pengisi dalam pembuatan komposit serat-plastik adalah jenis serat, ukuran serbuk, sifat dasar serat, serta nisbah antara serbuk serat dan plastik (Febrianto, 1999).


2.6. Plastisasi Pemlastis adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk memperlemah kekakuan dari polimer (Ward and Hadley, 1993) sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas polimer (Ferry, 1980), juga mempengaruhi sifat fisik dan mekanis bahan polimer seperti kekuatan tarik, sifat listrik, suhu alir, dan transisi gelas (Tg). Pemlastis primer merupakan aditif pokok yang bertanggung jawab pada PVC fleksibel. Mereka diklasifikasikan sebagai monomerik, polimerik, epoksi, dan pamlastis penghambat nyala. Pemlastis sekunder adalah cairan dengan volatilitas rendah yang mana kompatibilitasnya dengan PVC dapat digunakan bersamaan dengan pemlastis primer, tetapi akan keluar jika digunakan sebagai pemlastis tunggal. Mekanisme proses plastisasi polimer sebagai akibat penambahan pemlastis berdasarkan Sears and Darby (1982) dalam: Di Gioia and Guilbert (1999), melalui urutan sebagai berikut: a. pembasahan dan adsorpsi b. pemecahan dan atau penetrasi pada permukaan c. absorpsi, difusi d. pemutusan pada bagian amorf e. pemotongan struktur Ada beberapa teori yang menjelaskan peristiwa plastisasi dan diuraikan sebagai berikut:


2.6.1. Teori Pelumasan Pelumas adalah material yang mengkontrol titik perubahan (pelelehan) dalam ekstruder (molder) untuk mencapai karakteristik pemrosesan dan sifat fisik yang terbaik. Ada tiga tipe pelumas yang dibedakan berdasarkan efeknya terhadap lelehan pada sekrup pemlastisan, yaitu: pelumas eksternal (memberikan pelumasan antara partikel PVC dan permukaan logam), pelumas internal (memberikan pelumasan pada tingkat molekuler antara partikel resin), dan pelumas eksternal/ internal yang tergantung kombinasi gugus dalam campuran (Oxy Vinyls, 2000). Dalam teori ini pemlastis dipandang sebagai sebuah pelumas (internal) yang tidak menunjukkan gaya-gaya dengan ikatan polimer. Molekul pemlastis hanya terdispersi antara fase polimer sehingga menurunkan gaya-gaya intermolekuler pada rantai polimer dan oleh karenanya hanya menyebabkan plastisasi parsial. Jika pemlastis memiliki gaya interaksi dengan polimer, proses dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer-pemlastis. Dalam hal ini, polimer dan pemlastis disebut bersifat kompatibel. Senyawa-senyawa pemlastis yang bertindak sebagai pelumas bukan merupakan pemlastis yang efektif karena hanya menurunkan viskositas lelehan sehingga hanya mempermudah proses pengolahan bahan polimer, namun tidak berpengaruh terhadap sifat-sifat mekanis bahan polimer. Pemlastis seperti ini hanya digunakan dalam jumlah yang sedikit dan disebut sebagai bahan pembantu pengolahan atau processing aids (Wirjosentono, dkk., 1995).


2.6.2. Teori Solvasi Teori ini didasarkan pada konsep kimia koloid. Sistem polimer-pemlastis dipandang sebagai sebuah koloid liofik di mana pemlastis membentuk lingkaran solvasi di sekeliling partikel polimer (fase dispersi). Secara fisik, tidak ada perbedaan mendasar antara bahan-bahan yang berfungsi sebagai pelarut dan yang berfungsi sebagai pemlastis. Dalam kedua hal tersebut, tidak ada interaksi kimia (hanya interaksi fisik) antara pemlastis atau pelarut dan polimer (Meier, 1990). Dua senyawa dapat bercampur jika energi bebas Gibbs campuran negatif. Energi campuran dapat ditentukan secara DSC atau dari pengukuran tekanan uap. Pemlastis adalah pelarut lemah yang memiliki kekuatan solvasi rendah/ menengah bagi polimer sehingga menghasilkan polimer fleksibel dipolar yang kuat pada suhu kamar melalui pembentukan gel dengan kesetimbangan antara solvasi dan desolvasi. Kekuatan solvasi atau swelling dari pemlastis tergantung pada berat molekul dan pada gugus fungsinya. Efektifitas pemlastis sebagai pelarut ditentukan oleh tiga gaya intermolekuler, yaitu gaya pemlastis–pemlastis, pemlastis–polimer, dan polimer–polimer. Pemlastis harus memiliki molekul-molekul yang kecil dan memiliki gaya antaraktif yang sesuai bagi polimer. Efektifitas pemlastis meningkat bila gaya pemlastis–pemlastis dan pemlastis–polimer lebih rendah dibanding gaya polimer– polimer (Meier, 1990). Pada pemlastis ideal, gugus pen-solvasi lebih baik terletak pada tengah daripada di ujung molekul pemlastis sehingga kompatibilitas dikontrol oleh gugus pen-solvasi bersama pengaruh gugus non-polar menghasilkan halangan antara rantai polimer (Rahman, 2006).


2.6.3. Teori Termodinamika Evaluasi kompatibilitas termodinamik terbentuk melalui cakupan konsentrasi yang luas. Diagram fase biasanya terbentuk berdasarkan perubahan energi bebas sistem, potensial kimia pemlastis, entalpi, atau entropi campuran. Ini cukup untuk mengevaluasi parameter Huggins terhadap beberapa konsentrasi. Parameter Huggins ditentukan dengan mengukur tekanan uap jenuh pada sistem polimer-pemlastis. Tekanan parsial uap pemlastis pada larutan polimer-pemlastis selalu lebih rendah daripada tekanannya pada pemlastis murni. Perbandingan tekanan berhubungan dengan potensial kimia dengan menggunakan rumus berikut (Wypych, 2004): Δμ1 = RT ln dengan:

Δμ1 P1, P2

P1 P10

perubahan potensial kimia pemlastis tekanan uap jenuh larutan polimer-pemlastis dan pemlastis murni

2.6.4. Teori Polaritas Sesuai teori ini, gaya intermolekuer antara pemlastis–pemlastis, pemlastis– polimer, dan polimer–polimer harus seimbang untuk menghasilkan gel yang stabil. Oleh karena itu polaritas pemlastis yang mengandung satu atau lebih gugus polar dan non-polar harus sesuai dengan polaritas polimer. Pemlastis-pemlastis yang mengandung gugus ester polar, fenil terpolarisasi, dan alkil non-polar dapat juga bertindak sebagai gugus yang menyelubungi polimer. Namun orientasi dan arah gugus-gugus polar pemlastis menentukan interaksinya dengan dipol-dipol polimer (Meier, 1990).


2.7. Kompatibilitas Kompatibilitas pemlastis dengan bahan polimer adalah hal yang penting. Kompatibilitas yang baik menunjukkan campuran pemlastis dan polimer yang stabil dan homogen. Kompatibilitas campuran ditentukan oleh interaksi molekul polimer– pemlastis, bahan aditif, tekanan, suhu, kelembaban, dan cahaya. Kompatibilitas campuran dapat ditentukan melalui panas reaksi campuran, transisi gelas, morfologi, sifat mekanikal dinamis secara viskometrik (Chattopadhyay, 2000). Pemlastis bisa saja kompatibel pada suhu proses namun dapat keluar kembali dari polimer (blooming) pada suhu kamar. Polimer pemlastis selalu berada dalam kesetimbangan dinamis pada suhu tertentu, begitu suhu berubah efektifitas gaya-gaya juga berubah. Pada kondisi normal, difusi selalu terjadi yaitu sejumlah tertentu pemlastis berada di permukaan polimer karena kesetimbangan adsorpsi/ desorpsi antara polimer dan pemlastis terganggu (Zhong, dkk., 1998). Proses pemlastis, prinsipnya adalah terjadinya dispersi molekul pemlastis ke dalam fase polimer. Bilamana pemlastis mempunyai gaya interaksi dengan polimer, proses dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer– pemlastis sehingga keadaan ini disebut kompatibel. Interaksi antara polimer– pemlastis ini sangat dipengaruhi oleh sifat afinitas kedua komponen. Kalau afinitas polimer–pemlastis tinggi, maka molekul pemlastis akan terdifusi ke dalam bundel, di sini molekul pemlastis akan berada di antara rantai polimer dan mempengaruhi mobilitas rantai (Hasibuan, 2001).


Sifat fisik dan mekanis polimer terplastisasi merupakan fungsi distribusi dari sifat dan komposisi masing-masing komponen dalam sistem, karenanya ramalan karakterisasi polimer terplastisasi mudah dilakukan dengan variasi komposisi pemlastis. Secara umum variasi jumlah pemlastis akan efektif (mempunyai efek plastisasi) sampai bahan kompatibel. Hasil analisis mekanik yang dilakukan menunjukkan bahwa membran-membran yang lebih kuat dan lebih liat (kenyal) dihasilkan ketika sedikit pemlastis yang digunakan dalam membran. Ketika sejumlah kecil pemlastis ditambahkan pada suatu polimer, pemlastis ini akan menyebabkan molekul polimer bergerak ke dalam konfigurasi energi yang lebih rendah yakni molekul-molekul menjadi kurang bergerak. Hasil uji pemlastis ini menunjukkan bahwa pemlastis yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah akan meningkatkan kekuatan dan keliatan membran. Sebaliknya jika pemlastis yang ditambahkan terlalu banyak molekul-molekul polimer banyak bergerak, akibatnya terjadi penurunan kekuatan dan keliatan polimer (Nirwana, 2001). Aturan “like dissolves like” merupakan konsep kompatibilitas paling awal, namun tidak berlaku untuk polimer polar. Pemlastis polar dengan karakter akseptorproton (ester, eter, dan nitril) sangat baik untuk polimer dengan polaritas rata-rata (PVC, PC, dan kopolimer butadiena-akrilonitril). Kenyamanan menggunakan parameter kelarutan menjadi alasan untuk memudahkan pengintegrasian dengan konsep kompatibilitas. Karakteristik pemlastis menentukan jumlah yang dapat ditambahkan pada komposisi dan stabilitas termodinamik campuran.


2.8. Biodegradasi Istilah ‘plastik biodegradabel’ berarti sebuah serangan mikroorganisme pada bahan polimer tak berair (plastik). Implikasinya bahwa biodegradasi plastik biasanya proses

heterogen

karena

kekurangan

air

dan

ukuran

molekul

polimer,

mikroorganisme tidak bisa mengalirkan bahan polimer secara langsung ke sel sehingga banyak proses biokimia terjadi, seperti, mereka harus mensekresikan enzim ekstraseluler yang men-depolimerisasi polimer di luar sel. Konsekuensinya, jika massa molar polimer dapat diturunkan untuk menghasilkan air, maka dapat disalurkan ke dalam tubuh mikroorganisme dan digunakan untuk metabolisme. Hasil akhirnya adalah air, CO2, dan metana (dalam hal ini degradasi anaerobik), bersama biomassa baru. Enzim ekstraseluler terlalu besar untuk berpenetrasi ke dalam bahan polimer, sehingga hanya bereaksi pada permukaan, maka, degradasi plastik biasanya proses erosi permukaan. Faktor lingkungan tidak hanya mempengaruhi degradasi polimer, tetapi juga pada populasi mikroba dan aktivitas mikroorganisme lainnya. Parameternya antara lain kelembaban, temperatur, pH, salinitas, ada tidaknya oksigen, dan suplai nutrisi memiliki pengaruh penting. Walaupun biodegradasi biasanya didefinisikan akibat aktivitas biologi, namun bisa juga terjadi secara simultan – terkadang dipicu – oleh degradasi abiotik seperti fotodegradasi dan hidrolisis sederhana. Pada degradasi enzimatik, degradasi terjadi pada permukaan material (enzim makromolekul tidak dapat berdifusi ke bagian dalam), hidrolisis kimia material padat terjadi kecuali untuk polimer yang sangat


hidrofobik. Faktor penting yang mempengaruhi biodegradasi dan erosi polimer secara kimia antara lain: tipe ikatan kimia, pH dan temperatur, komposisi kopolimer, dan hidrofilisitas. Degradasi mikrobiologi terjadi melalui enzim atau produk (asam dan peroksida) yang disekresikan oleh mikroorganisme (bakteri, jamur, dll), juga makroorganisme dapat memakan, menelan polimer dan menyebabkan pelapukan enzimik, kimia, dan mekanik. Terjadi dua langkah dalam proses degradasi polimer oleh mikorba: pertama, depolimerisasi atau tahap pemutusan rantai, dan kedua, mineralisasi. Biodegradasi tidak hanya tergantung pada kimia polimer, tetapi juga pada sistem biologi pada proses. Ketika menyelidiki biodegradabilitas suatu material, pengaruh lingkungan tidak dapat dikesampingkan. Aktifitas mikroba dan jalannya biodegradasi dipengarugi oleh: adanya mikroorganisme, ketersediaan oksigen, jumlah ketersediaan air, temperatur, lingkungan kima (pH, elektrolit, dll). Objek pengukuran proses

biodegradasi

terbatas

pada

substrat

(pengurangan),

mikroorganisme

(pertumbuhan), dan produk reaksi, bisa juga melalui sifat substrat (perubahan). Plastik sampai ke tanah dengan dua cara yaitu secara sengaja (pengkomposan dan keperluan pertanian) dan secara tidak disengaja (pembuangan). Faktor lingkungan pada tanah dibagi menjadi dua kelas: a. Faktor permukaan (sinar matahari: efek irradiasi UV dan efek panas, curah hujan dan irigasi, makroorganisme).


b. Faktor bawah tanah (struktur tanah: tekstur, sifat kimia-fisika tanah: temperatur, mineral dan kapasitas penukar kation, bahan organik, air, pH, kandungan gas, sifat biologi tanah). Degradasi mengubah kimia polimer sehingga material yang aman sebelumnya bisa bersifat racun setelah biodegradasi. Produk intermediet dapat berupa monomer, oligomer, turunan metabolik dan dapat berinteraksi dengan organisme hidup. Sehingga penting untuk mengetahui pengaruh ekotoksik polimer terhadap tanah. Metode-metode yang dapat dilakukan antara lain: a. Keracunan pada hewan (nematoda, oligochaeta, arthropoda, dan gastropoda). b. Keracunan pada tumbuhan. c. Keracunan pada mikroba (metabolisme, jumlah, pertumbuhan, kelakuan). PVC terdegradasi dengan dehidroklorinasi dan oksidasi, terlihat dengan perkembangan warnanya. Secara kimia, pembentukan ikatan rangkap terkonjugasi menyebabkan perubahan warna. Oksidasi terjadi dengan pengunjukan perubahan iklim. Kerja stabiliser adalah menunda degradasi panas sehingga senyawa dapat dibentuk menjadi sebuah produk sebelum terdegradasi. Stabiliser melakukan tugas ini dengan penyerapan hidrogen klorida, penggantian atom klorida aktif, pencarian radikal bebas, penggangguan bentuk ikatan rangkap, deaktivasi degradasi produk, dekomposisi peroksida, dan penyerapan energi ultraviolet (UV) (Bastioli, 2005).


2.9. Mikroorganisme Pseudomonas aeruginosa adalah bakteri aerob obligat yang tumbuh dengan mudah pada banyak jenis media pembiakan karena memiliki kebutuhan nutrisi yang sangat sederhana. (Mayasari, 2005). Zhang dkk. (2005) telah meneliti dan mendapatkan bahwa P. aeruginosa dapat mendegradasi minyak mentah dengan penambahan rhamnolipida secara langsung maupun tak langsung. Kesimpulan ini juga didukung oleh percobaan kapasitas adsorpsi minyak mentah oleh biomassa sel mati tidak berbeda jika dibandingkan dengan aktivitas biologi biomassa sel hidup. Mikroorganisme yang digunakan untuk mendegradasi lignoselulosa menjadi monosakarida ialah mikroorganisme yang mampu mensintesis selulase yang salah satunya adalah Bacillus subtilis yang merupakan bakteri gram-positif sumber gen selulase. Selulase (tipe endoglucanase) mampu mendegradasi material lignoselulosa dengan cara memutus interaksi non-kovalen yang terdapat pada struktur kristal selulosa. Teknik ini banyak digunakan dalam produksi etanol (Muthukrishnan, 2007). Di antara sumber biologis yang ada di alam, beberapa kelompok bakteri dan kapang mampu memproduksi β-amilase atau amiloglukosidase. Kelompok kapang Aspergillus

merupakan

kelompok

mikroba

yang

paling

dominan

dalam

menghidrolisis pati. Borris (1987) melaporkan bahwa A. niger potensial dalam memproduksi α-amilase dan amiloglukosidase dalam media dan pati kentang sebagai induser. Kapang A. niger juga dilaporkan sebagai produser dalam menghasilkan βglukosidase, baik ekstraseluler maupun intraseluler dan telah dipurifikasi serta dikarakterisasi (Melliawati, 2006).


2.10. Analisis 2.10.1. Pengujian Sifat Mekanis Polimer Penggunaan polimer sebagai bahan industri sangat bergantung pada sifat mekanisnya, yaitu gabungan antara kekuatan yang tinggi dan elastisitas yang baik. Sifat mekanis yang khas ini disebabkan oleh adanya dua macam ikatan dalam bahan polimer, yakni ikatan kimia yang kuat antara atom dan interaksi antara rantai polimer yang lebih lemah. Secara umum parameter penting karakteristik mekanik yang diukur dan diamati dari sebuah film kemasan termasuk film edibel adalah kuat tarik (tensile strength), kuat tusuk (puncture srength), persen pemanjangan (elongation to break), dan elastisitas (elastic modulus/ Young modulus). Parameter-parameter tersebut dapat menjelaskan bagaimana karakteristik mekanik dari bahan film yang berkaitan dengan struktur kimianya. Juga mengindikasikan integrasi film pada kondisi tekanan (stress) yang terjadi selama proses pembentukan film tersebut (Lai, dkk., 1997). Sifat kekuatan tarik (σt) dipelajari dengan mengamati bahan yang diberikan tegangan. Karena selama di bawah pengaruh tegangan spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka secara praktis kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum (F maks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang semula (A0).

σt =

Fmaks A0

Jika bahan polimer dikenakan gaya tarikan dengan kecepatan tetap, semula kenaikan tegangan yang diterima bahan berbanding lurus dengan perpanjangan


spesimen. Sampai dengan titik elastis bilamana tegangan dilepaskan maka hanya sebagian yang akan kembali ke keadaan aslinya dan menjadi bentuk permanen, tetapi jika tegangan dinaikkan sedikit saja akan terjadi perpanjangan yang besar.

Gambar 8. Kurva Tegangan–Regangan Bahan Polimer

Karakteristik mekanis suatu bahan umumnya mengikuti garfik strain-stress (Gambar 8) Hukum Hooke tentang modulus elastisitas (E = σ / ε), diterapkan pada daerah linier elastis. Kemiringan kurva pada keadaan ini disebut modulus (E) atau kekakuan, sedang besarnya tegangan dan perpanjangan mencapai titik elastis ini masing-masing disebut tegangan yield dan kemuluran pada yield. Di atas titik elastis ini molekul-molekul polimer berorientasi searah dengan tarikan dan hanya memerlukan sedikit tegangan untuk menaikkan perpanjangan. Bila semua rantai polimer telah tersusun teratur membentuk struktur kristalin, bahan menjadi lebih liat dan diperlukan tegangan yang lebih besar untuk menaikkan perpanjangan. Akhirnya


bahan akan terputus bila tegangan telah melampaui gaya interaksi total antar segmen. Perpanjangan dan tegangan pada saat bahan terputus ini masing-masing disebut dengan kemuluran (ε) dan kekuatan tarik (σt) (Wirjosentono, dkk., 1995). Selama deformasi dapat diasumsikan bahwa volum spesimen tidak berubah, sehingga perbandingan luas penampang semula dengan luas penampang setiap saat, Ao/A = I/Io, dengan I dan Io masing-masing adalah panjang spesimen setiap saat dan semula. Jika didefenisikan besaran kemuluran (ε) sebagai nisbah pertambahan panjang terhadap panjang semula maka:

%ε=

I × 100 I0

2.10.2. Pengujian Kompatibilitas Pemlastis

Perubahan sifat matriks terplastis terutama disebabkan oleh kehilangan pemlastis yang merupakan hasil kontak dengan media cair atau padat. Kehilangan ini sangat tergantung pada suhu, media kontak, struktur, tekanan uap, berat molekul, dan konsentrasi pemlastis. Kehilangan pemlastis dari matriks dapat diamati dengan cara uji ekstraksi dan uji migrasi. Uji Ekstraksi Untuk mengeluarkan pemlastis dari polimer dengan pelarut

digunakan soklet atau dengan cara perendaman pada suhu kamar. Pelarut hidrokarbon alifatik seperti heksana dapat digunakan untuk mengekstrak pemlastis dari polimer. Ekstraksi ditentukan oleh akumulasi gugus polar molekul pemlastis, ukuran polimer, berat molekul pemlastis, pelarut, suhu, dan waktu.


2.10.3. Pengujian Sifat Biodegradabilitas

Berbagai simulasi di laboratorium digunakan untuk mengukur biodegradasi plastik. Degradasi dilakukan di kompos, tanah, atau air laut, dalam sebuah reaktor terkontrol. Walaupun lingkungannya sangat berbeda dengan kondisi uji di lapangan, parameter eksternal (temperatur, pH, kelembaban, dll) dapat dikontrol dan ditentukan, dan peralatan analitik dapat difungsikan lebih baik (misalnya analisis residu dan intermediet, penentuan evaluasi CO2 atau konsumsi O2). Untuk mengurangi waktu pengujian, penambahan nutrisi dapat meningkatkan aktivitas mikroba dan mempercepat degradasi (Pagga, 1998). Prosedur analitik untuk mengamati biodegradasi antara lain dengan: pengamatan visual, perubahan sifat mekanik dan massa molar, pengukuran pengurangan berat (penentuan polimer residu), konsumsi O2/ perubahan CO2, penentuan biogas, pelabelan radio aktif, pembentukan daerah nyata (pada cawan agar), pengukuran DOC, penurunan densitas optik, penurunan ukuran partikel, dan penentuan asam bebas. Standardisasi uji biodegradasi terbagi berdasarkan lingkungan uji yakni: a. Pengujian kompos b. Pengujian biodegradasi anaerobik c. Pengujian biodegradasi di tanah Metode Skrining mikroorganisme dan zona terang (clear zone) diaplikasikan untuk mengetahui penyebaran mikroorganisme pengurai polimer plastik dan perbandingannya terhadap jumlah total mikroorganisme (Müller, 2005).


2.10.4. Spektrofotometer FT-IR

Spektrofotometer infra merah terutama ditujukan untuk senyawa organik yaitu gugus fungsional yang dimiliki senyawa tersebut. Pola pada daerah sidik jari sangat berbeda satu dengan yang lain, karenanya hal ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi senyawa tersebut. Penetapan secara kualitatif dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam ilmu material, analisa ini digunakan untuk mengetahui ada tidaknya reaksi ataupun interaksi antara bahanbahan yang dicampurkan. Selain itu, nilai intensitas gugus yang terdeteksi dapat menentukan jumlah bahan yang bereaksi atau yang terkadung dalam campuran.

2.10.5. Mikroskop Elektronik

Mikroskop medan dekat (Scanning Near Field Optical Microscope/SNOM) adalah mikroskop optik pertama yang mampu mengambil detail lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak. Resolusi tinggi ini dicapai dengan melewatkan pancaran cahaya melalui celah kecil (setengah panjang gelombang cahaya tampak) dari spesimen dan dengan mendeteksi pantulan cahaya untuk membentuk gambar. Salah satu penggunaan SNOM adalah mengukur sifat topografik permukaan sampel tanpa menyentuh permukaan. Pengukuran gambar oleh SNOM merupakan gambar optik. Untuk kemudahan, SNOM menggabung dua komponen identik sampel yakni bentuk dan ukuran, dan sanggup memisahkan distribusi keduanya. Kelebihan lainnya adalah mengukur struktur bagian dalam sampel (www.ycees.njit.edu).


BAB III BAHAN DAN METODE

3.1. Bahan-bahan

a. Polivinil klorida (PVC) b. Distillate Palm Stearin (DPS) c. Tandan kosong kelapa sawit (TKS) d. Singkong e. Tetrahidro Furan (THF) f. C2H5OH (etanol) g. n-heksana h. NaOH (natrium hidroksida) i. (C6H5COO)2 (benzoil peroksida) j. Akuades k. Medium standar (Nutrient Agar dan Nutrient Broth) l. Bakteri (Pseudomonas aeruginosa dan Bacillus subtilis) m. Jamur (Aspergillus niger)

3.2. Alat-alat

a. Neraca analitik

Mettler Toledo

b. Alat-alat gelas

Pyrex


c. Oven vakum

Memmert

d. Pengaduk magnet

Cimarec

e. Termometer f. Alat FT-IR

Fisher Shimadzu

g. Mikroskop elektronik

Leica

h. Kromatografi Gas i. Alat uji tarik

Clarus Shimadzu

j. Penyaring 320 mesh k. Tintometer

Lovibond

l. Inkubator

Heracell

3.3. Metode Penelitian 3.3.1. Penyediaan Bahan Pengisi

a. Serbuk pengisi pati disiapkan dari sumber bahan makanan kualitas rendah yakni singkong (PSK), yang dicampur dengan serat tandan kosong kelapa sawit (TKS). b. Singkong diparut, kemudian ditambahkan air untuk digiling. Lalu disaring ke dalam gelas Beaker dan didiamkan ± 5 menit. Selanjutnya air dituang dan endapan pati akan tertinggal di bagian bawah. PSK dimurnikan secara pengendapan berulang dalam air suling dan dikeringkan. c. TKS dibersihkan dari limbah pabrik kelapa sawit secara mekanis dan pencucian dalam larutan soda (NaOH 25%) dan dikeringkan sampai berat tetap.


d. Bahan pengisi kemudian dicampur dengan perbandingan (50:50)% w/w dan diserbukkan hingga ukuran 320 mesh kemudian dikeringkan dalam vakum pada suhu 50°C.

3.3.2. Penyediaan Mikrobiokomposit

a. Pengolahan reaktif untuk penyediaan mikrobiokomposit dilakukan dalam pelarut THF pada suhu kamar menggunakan pengaduk magnet hingga homogen. b. Proses pegolahan dilakukan dengan mencampurkan pemlastis DPS dan pengisi PSK-TKS dalam matriks termoplastik PVC dengan berbagai perbandingan dan dengan penambahan benzoil peroksida (BPO) 2% w/w. c. Bahan pemlastis DPS divariasi (10, 20, 30, 40, dan 50)% w/w dan bahan pengisi divariasi (0, 5, 10, dan 15)% w/w.

3.3.3. Penyediaan Spesimen dan Uji Kompatibilitas

a. Produk termoplastik terplastisasi (TP-tP) dan mikrobiokomposit termoplastik terplastisasi (KTP-tP) dibentuk menjadi spesimen menurut ASTM D638-72 Type IV untuk uji kompatibilitas, sedangkan untuk uji degradasi dibentuk menjadi spesimen dengan ukuran (5 ×5) cm. b. Uji sifat mekanis (kekuatan tarik dan kemuluran) produk TP-tP dan KTP-tP dilakukan menggunakan alat uji tarik. c. Homogenitas maupun mekanisme patahan pada spesimen uji kekuatan tarik diamati menggunakan mikroskop elektronik.


d. Uji efisiensi pengikatan pemlastis bergugus reaktif polimer di dalam matriks termoplastik

dilakukan

dengan

cara

ekstraksi

(soxhletation)

sempurna

menggunakan pelarut akuades, n-heksana, dan etanol terhadap film KTP-tP. e. Kandungan pemlastis sebelum dan sesudah ekstraksi diamati menggunakan alat spektroskopi FT-IR.

3.3.4. Pengujian Sifat Degradabilitas secara in vitro

a. Medium standar NA (Nutrient Agar) dan bahan pemlatis (DPS) dengan komposisi (50:50)% diaduk hingga homogen. Campuran disediakan dalam beberapa cawan petri yang kemudian ditanami bakteri Pseudomonas aeruginosa. b. Labu ditutup kapas dan ditempatkan di dalam inkubator dengan suhu 37°C bersama blanko. Inkubasi dilakukan selama 2 bulan dengan pengamatan setiap 20 hari. Pertumbuhan bakteri di dalam setiap labu diamati dan dibandingkan dengan blanko. c. Uji degradasi DPS dengan teknik yang sama juga dilakukan dengan mengamati pertumbuhan bakteri Bacillus subtilis dan jamur Aspergillus niger. d. Uji degradasi untuk produk TP-tP dan KTP-tP juga dilakukan dengan metode yang sama, hanya saja dilakukan pada medium cair (NB) dan pengamatannya lebih difokuskan pada pengurangan berat film spesimen selama proses degradasi dengan bakteri dan jamur tersebut.


3.3.5. Pengujian Sifat Degradabilitas secara in vivo

a. Uji degradasi di alam hanya dilakukan untuk film spesimen TP-tP dan KTP-tP. b. Metodenya dilakukan dengan cara penguburan dalam 3 jenis tanah yaitu tanah berpasir, tanah kebun, dan tanah sampah. Ketiga jenis tanah dimasukkan ke dalam ember yang berbeda dan ditempatkan di dalam rumah kaca. c. Masing-masing variasi sampel menyediakan 3 film spesimen yang dikubur di dalam 3 jenis tanah tersebut. Penguburan dilakukan selama 2 bulan dengan pengamatan setiap 20 hari. Kelembaban selama proses degradasi dijaga agar tetap. d. Laju degradasi sampel diamati berdasarkan pengurangan berat rata-rata hasil penimbangan 3 spesimen tiap variasi sampel dan dikonfirmasi menggunakan alat SEM dan FT-IR.


3.4. Skema Pengambilan Data 3.4.1. Penyediaan Bahan Pengisi

TKS

Singkong

dibersihkan dari limbah PKS secara mekanis dan dicuci dalam larutan NaOH 25%

diparut, ditambah air, lalu digiling disaring, diambil filtratnya

dikeringkan sampai berat tetap

diendapkan ± 5 menit lalu air dibuang dimurnikan secara pengendapan berulang dalam air suling dikeringkan sampai berat tetap

Serat TKS

PSK

dicampur dengan perbandingan 1:1 diserbukkan sampai ukuran 320 mesh dikeringkan dalam vakum 50°C Bahan Pengisi


3.4.2. Penyediaan Mikrobiokomposit

Pemlastis (DPS) + Pengisi (PSK+TKS) + Matriks (PVC)

dicampur dengan variasi pemlastis (10, 20, 30, 40, dan 50)% w/w dan variasi pengisi (0, 5, 10, dan 15)% w/w ditambah BPO sebanyak 2% direaksikan dalam pelarut THF pada suhu kamar menggunakan pengaduk magnet hingga homogen Campuran TP-tP dan KTP-tP


3.4.3. Uji Kompatibilitas

TP-tP dan KTP-tP

dibentuk menjadi spesimen berdasarkan ASTM D638-72 Type IV Spesimen

karakterisasi

Uji mekanis - kekuatan tarik - kemuluran

Mikroskop elektronik - homogenitas - mekanisme patahan

ASTM D638-72 Type IV

Soxhletation C2H5OH, n-heksana - efisiensi pengikatan

FT-IR - kandungan pemlastis sebelum dan sesudah ekstraksi

Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics (Metric) (Withdrawn, 1998)


3.4.4. Pengujian Sifat Degradabilitas secara in vitro

Medium Standar (NA) **

ditambah bahan pemlastis (DPS) sampai (50:50)% (ditimbang) ** diaduk hingga homogen dituang ke dalam cawan petri ditanam bakteri Pseudomonas aeruginosa * ditutup rapat dimasukkan ke dalam inkubator pada suhu 37°C bersama blanko Sediaan

diinkubasi selama 2 bulan dan diamati setiap 20 hari dibandingkan dengan blanko (ditimbang)** Hasil

D5338-98R03 Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials Under Controlled Composting Conditions Catatan: * Perlakuan yang sama diulang dengan mengganti mikroba dengan bakteri Bacillus subtilis dan jamur Aspergillus niger. ** Perlakuan yang sama juga dilakukan untuk produk TP-tP dan KTP-tP dalam medium cair (NB), namun pengamatan berdasarkan perubahan berat film spesimen.


3.4.5. Pengujian Sifat Degradabilitas secara in vivo

TP-tP dan KTP-tP

dibentuk menjadi spesimen dengan ukuran (5×5)cm Spesimen

ditimbang disediakan 3 spesimen tiap variasi sampel dikubur dalam 3 jenis tanah (pasir, kebun, sampah) dalam ember diletakkan dalam rumah kaca dan kelembaban dijaga tetap Sediaan

dikubur selama 2 bulan dan diamati setiap 20 hari ditimbang uji SEM uji FT-IR Hasil

D5210-92R00 Test Method for Determining the Anaerobic Biodegradation of Plastic Materials in the Presence of Municipal Sewage Sludge


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisis Pemlastis DPS

Analisis pemlastis DPS dilakukan di laboratorium analisa minyak P.T. Musim Mas – Medan, yang dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 1. Hasil Analisis Pemlastis DPS No.

Parameter

Hasil Uji

1.

Bilangan Asam

212,56

2.

Bilangan Iodin (Wijs)

32,02

3.

Titik beku

53,00

4.

Warna (Lovibond)

A : 19 R : 0,1 Y : 0,4

5.

Warna Saponifikasi (Lovibond)

A : 30 R : 0,2 Y : 0,7

6.

Asam Lemak (GC)

C14 : 1,34 C16 : 65,61 C18 : 4,49 C18:1 : 23,44 C18:2 : 4,89 C20 : 0,22


Untuk mengetahui komposisi DPS, maka dilakukan analisa menggunakan kromatografi gas (GC). Dari Tabel 1 terlihat bahwa DPS hanya terdiri dari asamasam lemak yang didukung oleh bilangan asam yang tinggi. Asam lemak tak jenuh yakni asam oleat dan linoleat bukan fraksi utama dengan komposisi yang sedang sehingga menunjukkan bilangan iodin yang termasuk rendah.

4.2. Karakterisasi Fisika dan Kimia Komposit PVC-Terplastisasi

Karakterisasi ini terbagi secara fisika dan kimia di mana secara fisika diperiksa sifat kekuatan mekanis dan gambaran permukaan bahan, sedangkan secara kimia diperiksa adanya gugus-gugus fungsi dan ikatan-ikatan yang terbentuk serta sifat degradasi bahan.

4.2.1. Uji Tarik

Analisa kekuatan tarik dan kemuluran komposit PVC dengan variasi komposisi pemlastis dan pengisi yang berbeda merupakan faktor penting untuk menentukan sifat mekanis bahan yang diinginkan. Dari hasil pengujian didapatkan nilai beban maksimum dalam satuan kgf/mm dan regangan dalam satuan mm/menit (Lampiran 3). Hasil pengujian ini diolah kembali untuk mendapatkan nilai kekuatan tarik dan kemuluran. Dari hasil perhitungan kekuatan tarik dan kemuluran dengan variasi kandungan matriks, pemlastis, dan pengisi maka diketahui bahwa dengan perbandingan PVC dan DPS (60:40)% diperoleh sifat mekanis yang optimum.


Dengan penambahan bahan pengisi (pati dan selulosa) diketahui bahwa perbandingan PVC, DPS, dan pengisi (75:20:5)% merupakan perbandingan yang paling baik sifat mekanisnya (Tabel 2). Penentuan perbandingan optimum didasarkan pada nilai kemuluran bahan yang merupakan parameter utama yang menentukan kompatibilitas pemlastis dalam pembuatan kemasan PVC fleksibel. Dari hasil tersebut tampak bahwa penambahan DPS memiliki peranan yang cukup baik terhadap hasil yang diperoleh. Untuk kemudahan, campuran PVC dan DPS ditulis TP-tP (termoplatik terplastisasi) dan campuran PVC, DPS, dan pengisi ditulis KTP-tP (komposit termoplastik terplastisasi). Mekanisme kerja plastisizer pada resin adalah memisahkan rantai melalui pemutusan ikatan yaitu ikatan hidrogen dan ikatan van der Waals atau ikatan ion, yang menyebabkan rantai polimer bersatu dan melapisi tenaga di tengahnya melalui pembentukan ikatan polimer-pemlastis. Kemudian kelompok polimerfilik akan memperbaiki

kelarutannya,

sedangkan

kelompok

polimerfobik

memperbaiki

pengaruhnya. Bila kadar pemlastis ditingkatkan akan menyebabkan kekuatan tarik menurun. Hal ini disebabkan molekul-molekul pemlastis yang berada dalam fase tersendiri di antara rantai polimer akan menurunkan gaya intermolekuler antar rantai, sehingga gerakan rantai lebih bebas, namun ketika ditarik rantai lebih mudah terorientasi searah gaya tarikan sehingga kemuluran akan meningkat. Hal ini disebabkan pemlastis memiliki dinteraksi dipol-dipol yang baik dengan matriks PVC.


Tabel 2. Data Hasil Uji Tarik Spesimen PVC-Terplastisasi dan Komposit PVC PVC

DPS

Pengisi

Kuat Tarik

Kemuluran

(% berat)

(% berat)

(% berat)

(MPa)

(%)

1

100

0

0

45,83

65,58

2

90

10

0

18,67

118,11

3

80

20

0

14,83

101,33

4

70

30

0

12,17

159,00

5

60

40

0

11,67

190,33

6

50

50

0

7,83

155,89

7

85

10

5

14,83

90,00

8

75

20

5

14,17

176,44

9

65

30

5

11,50

157,44

10

55

40

5

18,17

100,33

11

45

50

5

15,67

86,11

12

80

10

10

15,50

87,00

13

70

20

10

13,50

109,33

14

60

30

10

8,33

64,89

15

50

40

10

16,83

41,78

16

40

50

10

0,83

16,44

17

75

10

15

5,33

48,00

18

65

20

15

2,67

39,67

19

55

30

15

5,67

25,22

20

45

40

15

10,00

23,44

21

35

50

15

1,50

20,44

No.

Kompatibilitas pemlastis dan pengisi yang digunakan menunjukkan kompatibilitas yang baik. Kekuatan tarik dan kemuluran saat putus menunjukkan


bahwa spesimen yang dihasilkan memiliki sifat mekanis yang tidak jauh berbeda dibandingkan bila menggunakan pemlastis komersil (σ = 6-25 MPa; ε = 150-400 %). Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa kekuatan tarik menurun sejalan dengan bertambahnya jumlah bahan pengisi. Namun penurunannya tidak begitu drastis dibandingkan dengan nilai yang seharusnya.

200 180

Perpanjangan (%)

160 140 Pengisi 0,5%

120

Pengisi 1,0%

100

Pengisi 1,5%

80

Pengisi 0%

60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

Kandungan Pemlastis (%)

Gambar 9. Pengaruh Kandungan Pemlastis pada tiap Variasi Kandungan Pengisi terhadap Kemuluran Spesimen KTP-tP

Penambahan bahan pemlastis DPS pada matriks PVC memberikan dampak yang signifikan pada sifat mekanis yakni pada nilai kemuluran. Pada Gambar 9 dapat dilihat bahwa dengan pengisi 0,5 %, hanya dengan kandungan pemlastis 20 % telah mampu memperbaiki sifat mekanis bahan komposit. Namun sifat mekanis terbaik


untuk PVC fleksibel diperoleh pada spesimen tanpa bahan pengisi. Ini didukung oleh penelitian Gibbon dan Kusy (1997) dalam hal membran polimer yang lebih kuat dan liat. Bila diberikan sedikit pemlastis, dalam kondisi campuran polimer di atas molekul polimer akan berada pada keadaan energi yang lebih rendah sehingga pergerakan molekul akan berkurang yang selanjutnya akan meningkatkan kekuatan dan keliatan bahan polimer. Dengan adanya pemlastis DPS yang bereaksi membentuk epoksi (diterangkan pada uji FT-IR) maka polaritas campuran bertambah sehingga meningkatkan kompatibilitas. Hal ini sehubungan dengan terjadinya dispersi yang baik dari molekul pemlastis ke dalam fase polimer. Biasanya dispersi ini terjadi karena adanya interaksi antara pemlastis-polimer yang dipengaruhi oleh sifat afinitas kedua komponen (Nirwana, 2001). Hal ini menunjukkan bahwa gugus epoksida merupakan gugus yang efektif digunakan sebagai pemlastis untuk PVC. Gambar 10 menunjukkan bahwa peningkatan kandungan pemlastis DPS dan pengisi serat dan pati secara umum berpengaruh menurunkan kekuatan tarik komposit. Hasil ini masih sesuai harapan seperti yang dilaporkan oleh penelitianpenelitian terdahulu yang mana penurunannya masih dapat ditolerir. Pengisi tidak seperti matriks yang mampu melawan tekanan. Dengan demikian, kemampuan total material untuk menyerap energi menurun. Keikutsertaan pengisi bisa juga menghilangkan gerak rantai lokal molekul polimer sehingga menurunkan kemampuan komposit menyerap energi selama proses peretakan (Bakar, 2003).


Alasan yang mungkin untuk pengamatan ini adalah adhesi antara pengisi dan PVC-terplastisasi. Ini dapat diterangkan dengan sifat polaritas antara gugus hidroksil (OH) pada permukaan pengisi dan atom klor (Cl) pada PVC. Adanya pemlastis akan memperkaya sifat polar dari matriks polimer. Interaksi fisika antara PVC-terplastisasi dengan gugus OH pada permukaan pengisi meningkat dan menghasilkan pembasahan yang lebih baik, sehingga meningkatkan adhesi matriks-pengisi (Bakar, 2003).

20 18

Kekuatan Tarik (M Pa)

16 14 12

Stearin 10%

10

Stearin 20% Stearin 30%

8

Stearin 40%

6

Stearin 50%

4 2 0 0

0.5

1

1.5

Kandungan Pengisi (%)

Gambar 10. Pengaruh Kandungan Pengisi pada tiap Variasi Kandungan Pemlastis terhadap Kekuatan Tarik Spesimen KTP-tP

Sampai pada uji mekanis ini, hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa DPS sangat bisa dieksploitasi sebagai pemlastis PVC. Ada beberapa keunggulan penggunaan DPS sebagai pemlastis (dalam hal ini direaksikan menjadi epoksi).


Pertama, DPS merupakan komoditas yang tidak mahal dan reaksi epoksidasi merupakan proses yang relatif sederhana. Kedua, epoksi merupakan penstabil panas yang baik dibandingkan DOP (Ooi, 1991). Ketiga, DPS merupakan turunan produk alam, lebih sesuai untuk produk PVC kelas makanan. Menurut Gan, dkk. (1995) epoksi rantai panjang hanya sedikit kompatibel namun rantai pendeknya terlalu volatil untuk sifat stabilitas panas. Dari hasil uji tarik di atas, diambil perbandingan spesimen dengan sifat mekanik terbaik untuk dilakukan analisis selanjutnya. Sifat mekanik dan daya serap air komposit termoplastik berbasis pati dalam kombinasinya dengan serat karung telah dipelajari oleh Alvarez, dkk. (2003). Variabel percobaannya adalah persentase serat, temperatur, dan waktu proses. Uji mekanik menunjukkan bahwa modulus tarik naik dua kali lipat ketika kandungan serat dinaikkan dari 0 sampai 15%. Penyiapan serat dengan larutan natrium hidroksida tidak memberikan pengaruh yang signifikan pada modulus tarik. Hermann dkk. (1998) melaporkan penggunaan berbagai jenis serat yang dimodifikasi untuk memperkuat polimer biodegradabel tertentu (Smith, 2005). Maka dapat disimpulkan bahwa penggunaan pengisi pati dan serat memerlukan modifikasi terlebih dahulu.

4.2.2. Uji FT-IR

Karakterisasi ini dilakukan dengan tujuan mengidentifikasi gugus-gugus fungsi dari bahan TP-tP dan KTP-tP. Analisis ini juga digunakan untuk melihat kemungkinan terjadinya reaksi pada tahap pengolahan yang ditandai dengan munculnya gugus-gugus fungsi yang sebelumnya tidak terdeteksi atau sebaliknya.


Tabel 3. Hasil Analisis Gugus Fungsi Spesimen dengan FT-IR No.

1.

2.

3.

Spesimen

PVC

TP-tP

KTP-tP

Bilangan Gelombang (cm-1)

Gugus Fungsi

2916,2

C-H alifatik

1735,8

C=O (ester)

1427,2

C-H2

1249,8; 910,3; 828,5

C-O-C (epoksi)

694,3

C-Cl (isotaktik)

617,2

C-Cl (sindiotaktik)

3453,49

O-H

2898,29

C-H

1707,28

C=O (karboksilat)

1427,18

C-H2

1255,68; 957,73; 834,71

C-O-C (epoksi)

692,91 dan 616,28

C-Cl

3337,21

O-H

2932,81

C-H

1786,90 dan 1763,70

C=O (anhidrida)

1708,96

C=O (karboksilat)

1600,89

C=C

1427,03

C-H2

1254,12; 957,48; 837,21

C-O-C (epoksi)

703,00 dan 615,35

C-Cl


Secara umum bilangan gelombang berikut gugus fungsi yang disajikan pada Tabel 3 telah menunjukkan keberadaan tiap bahan yang dicampurkan dalam menghasilkan film PVC. Dari hasil analisa, PVC telah mengandung gugus C=O ester dan C-O-C epoksi yang berasal dari zat aditif yang sengaja ditambahkan pada produk komersial. Namun terdapat perbedaan-perbedaan yang menunjukkan bahwa telah terjadi perubahan gugus fungsi pada bahan yang digunakan. Asam lemak tak jenuh yang merupakan salah satu komponen DPS tidak menunjukkan puncak yang spesifik yakni gugus vinil (C=C) pada spektrum FT-IR film TP-tP. Namun pada spektrum film KTP-tP muncul puncak pada bilangan gelombang 1600,89 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=C yang berarti mengandung asam lemak tak jenuh. Selain itu muncul dua buah puncak masing-masing pada bilangan gelombang 1763,70 cm-1 dan 1786,90 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus C=O (anhidrida). Baik film TP-tP maupun KTP-tP, masing-masing spektrumnya menunjukkan tiga buah puncak spesifik (1255,68 cm-1; 957,73 cm-1; 834,71 cm-1) dan (1254,12 cm-1; 957,48 cm-1; 837,21 cm-1) yang menunjukkan adanya gugus epoksi dengan intensitas yang lebih tinggi daripada gugus epoksi pada spektrum PVC. Hasil ini mengindikasikan bahwa telah terjadi reaksi pada bahan pemlastis DPS saat proses pengolahan. Berdasarkan uraian di atas, maka dapat diprediksi apa sesungguhnya yang terjadi selama proses pengolahan berlangsung. Pada pembuatan campuran TP-tP dilakukan pencampuran antara PVC dengan DPS (komposisi asam lemak tak jenuh ±28,33 %) dengan perbandingan (60:40)%. Jumlah ikatan rangkap yang terkandung dalam campuran ini sebanding dengan kemampuan inisiator benzoil peroksida (BPO)


yang ditambahkan (2%) saat pengolahan reaktif. BPO dapat membentuk radikal bebas dan bereaksi dalam pembentukan epoksida dengan memutuskan ikatan π yang lemah pada rantai asam oleat (C18:1) dan asam linoleat (C18:2). Dengan demikian pita gugus C=C pada spektrum IR film TP-tP tidak muncul lagi karena bisa dikatakan seluruh ikatan rangkap pada pemlastis telah terputus. Pada Gambar 11 dapat dilihat bahwa terjadi pergeseran dan peningkatan intensitas serapan gugus epoksi antara spektrum PVC dan TP-tP dari 910,3 cm-1 menjadi 957,73 cm-1 dan dari 1249,8 cm-1 menjadi 1255,68 cm-1. Dalam analisa IR senyawa cincin kecil ini biasanya memberikan tiga pita, yakni regangan simetrik sedang sekitar 1250 cm-1, pita asimetrik sedang antara 950-815 cm-1, dan pita kuat antara 850-750 cm-1 (Pavia, 1979).

PVC

PVC+DPS

Gambar 11. Perbandingan Spektrum IR PVC dan TP-tP


Menurut Gan (1995) epoksidasi minyak sawit sebagai pemlastis PVC kurang sukses karena rendahnya bilangan iodin (hasil tidak dipublikasi). Ini berarti asam lemak tak jenuh dengan ikatan rangkap C=C merupakan bahan utama dalam menghasilkan epoksi. Pada spektrum masing-masing film terdapat pergeseran bilangan gelombang 828,5 cm-1 pada PVC komersial menjadi 834,71 cm-1 pada film TP-tP. Perubahan intensitas yang terjadi menunjukkan bahwa kandungan gugus ini semakin meningkat setelah dilakukan pengolahan reaktif antara matriks PVC dan pemlastis DPS secara in situ dengan bantuan inisiator BPO menghasilkan senyawa epoksi stearat. Hal ini menunjukkan bahwa epoksi stearat dapat berinteraksi dengan PVC yang didukung dengan adanya penurunan intensitas gugus C-Cl pada spektrum IR film TP-tP, berarti interaksi ini dapat membentuk ikatan hidrogen.

vinil

oksiran/ peroksida

epoksi

karboksilat/ ester

Gambar 12. Reaksi Pembentukan Gugus Epoksi dari Gugus Vinil

Menurut Anasagasti, dkk. (1999), untuk menyelidiki efektivitas interaksi antara gugus-gugus fungsi pemlastis dengan PVC dapat dilakukan dengan cara membandingkan serapan gugus C=C alkena atau C-O-C epoksi dengan C-Cl dari PVC. Jika kandungan BPO pada film TP-tP ditambahkan di atas 40 %, kemungkinan sifat mekanis akan menurun sebagai akibat putusnya rantai PVC.


Senyawa epoksi telah dikenal baik sebagai penstabil non-logam khusus untuk PVC. Aktivitasnya secara langsung berhubungan dengan jumlah oksiran oksigen, namun pemlastisan, pelumasan, dan parameter harga memainkan peran penting dalam pemilihan dan pemakaiannya. Epoksi biasanya dipakai sebagai pemlastis sekunder untuk meningkatkan efektivitas karboksilat-logam (Boussoum, 2006). Usaha memanfaatkan minyak sawit terepoksidasi sebagai pemlastis PVC belum pernah berhasil sebelumnya, terutama menyangkut bilangan iodin yang rendah dan

kompatibilitasnya

yang

rendah

terhadap

PVC.

Dalam

usaha

kami

mengembangkan pemlastis PVC dari minyak sawit, bermacam jenis asam lemak (jenuh dan tak jenuh) tercampur dalam pemlastis yang digunakan sehingga dapat meningkatkan kompatibilitasnya terhadap matriks PVC dan bahan pengisi alami yang bersifat polar. Pada pembuatan campuran KTP-tP dilakukan pencampuran antara PVC, DPS, dan pengisi dengan perbandingan (75:20:5)%. Pati dan selulosa merupakan jenis senyawa alam dengan sifat hidrofilik dan sulit dicampur dengan termoplastik yang hidrofobik. Namun dalam hal ini BPO yang bereaksi membentuk epoksida dari asam oleat dan asam linoleat berfungsi ganda. Berdasarkan hasil analisa FT-IR film KTPtP (Tabel 3) terlihat munculnya dua buah pita baru pada bilangan gelombang 1763,70 cm-1 dan 1786,90 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus anhidrida, yang berarti bahwa BPO juga memberikan kontribusinya, melalui pembentukan radikal bebas, dalam menginisiasi reaksi pembentukan gugus fungsi ini sebagai konsekuensi permukaan pengisi yang sangat polar (banyaknya gugus OH). Gugus hidroksil dan


karbonil pada asam lemak tidak cukup polar untuk mengimbangi polaritas dan afinitas tersebut. Siswanto (2008), Bakar (2009), Correa (2007), Paunikallio (2003), Zhang (2005), dan peneliti-peneliti lainnya telah melakukan pencangkokan senyawa anhidrida pada matriks termoplastik untuk mencapai kompatibilitas dengan pengisi pati maupun selulosa. Hasil yang diperoleh adalah meningkatnya komposisi pengisi yang bisa dicampurkan ke dalam komposit tanpa mengurangi kekuatan mekanis matriks itu sendiri. Dalam hal ini, DPS yang ditambahkan sebagai pemlastis juga berfungsi sebagai pengkompatibel antara matriks dan pengisi.

KTP-tP

TP-tP

Gambar 13. Perbandingan Spektrum IR TP-tP dan KTP-tP


Setiap gugus anhidrida yang terbentuk pada film KTP-tP diprediksi merupakan hasil reaksi antara dua gugus karboksilat dari molekul asam lemak yang diinisiasi oleh BPO, sehingga reaksinya dapat dilihat pada Gambar 14. Pembentukan gugus ini tidak lepas dari keterlibatan pelarut THF yang digunakan untuk mendispersikan setiap molekul agar dapat berinteraksi dengan inisiator. Anhidrida merupakan gugus dengan kepolaran tinggi yang sesuai untuk memberikan gaya adhesi pada permukaan pati dan selulosa (gugus OH) melalui ikatan hidrogen sehingga menghasilkan kompatibilitas yang baik antara matriks dan pengisi melalui interaksi keduanya dengan bahan pemlastis.

radikal peroksida

karboksilat

anhidrida

Gambar 14. Reaksi Pembentukan Anhidrida dari Asam Karboksilat

Munculnya pergeseran serapan hidroksi dengan ikatan hidrogen pada bilangan gelombang 3453,49 cm-1 menunjukkan adanya interaksi polar antara gugus OH pada DPS dengan atom Cl pada rantai PVC. Pada bilangan gelombang 3337,21 cm-1 menunjukkan adanya interaksi gugus polar pada DPS dengan gugus OH pada bahan pengisi. Hal ini menjelaskan bahwa kandungan DPS lainnya berupa asam stearat, asam palmitat, asam miristat, dsb yang tidak ikut bereaksi juga memberikan kontribusi dalam plastisasi PVC. Sedangkan munculnya pita C=C pada bilangan


gelombang 1600,89 cm-1 menunjukkan bahwa BPO terorientasi sebagian dalam reaksi anhidridasi sehingga masih ada ikatan rangkap C=C pada asam lemak yang tersisa. Asam stearat berperan sebagai agen modifikasi yang efektif untuk meningkatkan adhesi lemah antarmuka antara matriks PP dan SDP (superfine down powder) yang mana sifat mekanis PP/SDP yang dimodifikasi dengan asam stearat lebih baik dibandingkan komposit PP/SDP yang tidak direaksikan dengan asam stearat. Jumlah pengisi yang ditambahkan akan meningkat namun menurunkan sifat mekanis. Dalam teorinya, terjadi esterifikasi antara asam stearat dengan pengisi (Liu, 2008). Namun dalam analisa FT-IR penelitian ini tidak terdapat gugus C=O (ester) sehingga dapat dikatakan bahwa asam stearat dan asam-asam lemak lainnya hanya berinteraksi secara fisika melalui ikatan hidrogen. Fleksibilitas adalah sebuah fungsi struktur monomer dan tipe gugus fungsi yang ada dalam rantai polimer. Rantai polimer yang mengandung gugus pengeras seperti ikatan rangkap (C=C), fenilena (struktur cincin benzene), dan karbonil (C=O) akan bersifat kaku. Di mana gugus pengeras berada, fleksibilitas bisa meningkat jika gugus metilena pelunak (CH2) atau atom oksigen masuk di antara komponen pengeras dalam sebuah rantai. Fleksibilitas polimer sebanding dengan jumlah gugus pelunak (Shashoua, 2008). Kekurangan menggunakan banyak pengisi pada PVC fleksibel adalah penurunan kekuatan tarik dan sobek, kemuluran, ketahanan pada suhu rendah, ketahanan abrasi, dan ketahanan oleh pengaruh air dan bahan kimia (Wilkes, 2005).


4.2.3. Uji Ekstraksi

Uji ini dilakukan untuk melihat apakah molekul pemlastis terekstrak dari spesimen campuran akibat pemanasan pada titik didih pelarut akuades, n-heksana, dan etanol dalam 10 siklus. Bila terekstrak berarti pemlastis berinteraksi fisika, namun bila tidak terekstrak berarti pemlastis berinteraksi kimia dengan rantai PVC. Pengukuran tingkat pengikatan pemlastis (%) di dalam matriks PVC dilakukan dengan penimbangan dan membandingkan intensitas serapan gugus-gugus fungsi dari pemlastis pada spektrum FT-IR sebelum dan sesudah ekstraksi. Besar penurunan berat spesimen tersebut dapat dilihat pada Tabel 4 dan perbandingan intensitas serapan dapat dilihat pada Gambar 17 dan 18.

Tabel 4. Data Analisa Efisiensi Pengikatan Pemlastis (%) setelah Ekstraksi Pelarut

TP-tP

KTP-tP

Akuades

80,6421 %

69,7182 %

n-heksana

62,8847 %

48,9944 %

Etanol

74,2836 %

57,1015 %

Data pada Tabel 4 dapat dilihat ada sebagian pemlastis terekstrak dari matriks PVC yang ditunjukkan dengan penurunan berat spesimen setelah uji ekstraksi. Hal ini menunjukkan bahwa molekul pemlastis memiliki interaksi fisika dengan PVC berupa ikatan hidrogen. Untuk spesimen TP-tP, pemlastis DPS memiliki pengikatan sebesar


62,8847% (dengan palarut n-heksana). Persentase pengikatan ini menunjukkan bahwa sebagian besar komposisi DPS (termasuk yang tidak ikut bereaksi) berinteraksi dengan baik terhadap matriks PVC. Hasil ini sama dengan hasil yang diperoleh Wirjosentono (1995) untuk senyawa akrilat yaitu sekitar 60-65%. Interaksi pemlastis dan matriks polimer dapat disebabkan oleh faktor polarisasi, ikatan hidrogen, interaksi asam-basa Lewis (Wypych, 2004). Pada spesimen TP-tP, interaksi fisika yang terjadi antara gugus C-O-C (epoksida) dari pemlastis dengan gugus C-H dari matriks merupakan ikatan hidrogen (b) sedangkan antara gugus OH (karboksilat) dengan gugus C-Cl dari matriks dan antara rantai hidrokarbon (C-H) pemlastis dan matriks terdapat interaksi polarisasi (dipol-dipol) yang membentuk ikatan van der Waals.

δ-

b

δ+

δ+

δ+

a

δ+

b

δδ-

a: ikatan hidrogen b: ikatan van der Waals (dipol-dipol) Gambar 15. Bentuk Ikatan pada Film TP-tP


Untuk spesimen KTP-tP, pemlastis DPS memiliki pengikatan sebesar 48,9944% dengan palarut n-heksana dan 57,1015% dengan pelarut etanol. Hasil ini menunjukkan bahwa sebagian komposisi DPS berinteraksi dengan baik terhadap matriks PVC dan sebagiannya lagi tidak. Hal ini mungkin disebabkan jumlah interaksi yang terbentuk lebih banyak, namun interaksinya terhadap PVC dan pengisi dapat terjadi pada satu molekul pemlastis yang telah bereaksi. Maka, ketika molekul pelarut dengan polaritas yang lebih baik melakukan penetrasi (solvasi) ke dalam matriks polimer, molekul-molekul pemlastis yang tidak ikut bereaksi, yang memiliki interaksi lebih lemah, akan mudah keluar dari matriks bersama pelarut.

δ+

δ+

a

δ+

δ+

a

δ-

b

δδ-

δ-

δ-

a

δ+

b δ+

δ-

a δ+

a: ikatan hidrogen b: ikatan van der Walls (dipol-dipol) Gambar 16. Bentuk Ikatan pada Film KTP-tP


Pada spesimen KTP-tP, interaksi fisika yang terjadi antara gugus C-O-C (epoksida) dari pemlastis dengan gugus C-H dari matriks, antara gugus C=O (karboksilat) dari pemlastis dengan gugus C-H dari matriks, antara gugus C-O (karboksilat) dari pemlastis dengan gugus OH dari pengisi, dan antara gugus C=O (karboksilat) dari pemlastis dengan gugus OH dari pengisi merupakan ikatan hidrogen (a). Sedangkan antara rantai hidrokarbon (C-H) pemlastis-matriks dan pemlastis-pengisi terdapat interaksi polarisasi (dipol-dipol) yang membentuk ikatan van der Waals. Istilah ekstraksi sering digunakan di dalam pengertian yang sama sebagai migrasi yang menjurus kepada ekstraksi pelarut terhadap bahan kemasan. Oleh karena itu, ekstraksi digambarkan sebagai suatu proses interaksi yang sangat intensif dengan suatu material kemasan di mana pelarut menembus material kemasan dan menghasilkan pembengkakan, dengan demikian mengubah sifat mekanik dan difusinya secara signifikan dan bahkan sangat ekstrim (Piringer, 2008). Hasil analisis gugus fungsi menggunakan FT-IR setelah uji ekstraksi dapat dilihat pada Tabel 5. Jika dibandingkan dengan hasil analisis pada spesimen mulamula, tidak terdapat pertambahan maupun pengurangan jenis gugus fungsi yang ada. Gugus-gugus fungsi pada molekul matriks PVC, pemlastis DPS, dan senyawa hasil reaksi in situ masih terdapat pada spesimen setelah uji ekstraksi. Perbedaan nyata yang dapat dilihat adalah pada intensitas serapan tiap-tiap gugus fungsi tersebut yang semakin menurun.


Tabel 5. Hasil Analisis FT-IR Spesimen setelah Ekstraksi No.

1.

2.

Spesimen

TP-tP

KTP-tP


Gugus Fungsi

3465,12

O-H

2898,31

C-H

1707,24

C=O

1427,12

C-H2

1255,67; 957,77; 833,72

C-O-C (epoksi)

692,83 dan 614,47

C-Cl

3332,83

O-H

2909,20

C-H

1786,91 dan 1763,72

C=O (anhidrida)

1708,96

C=O

1600,89

C=C

1427,02

C-H2

1254,08; 958,50; 835,31

C-O-C (epoksi)

703,00 dan 615,35

C-Cl

Dari Gambar 17 dapat kita dibandingkan intensitas gugus OH, CH, CH2, C=O, C-O, dan C-O-C (epoksi) sebelum dan setelah ekstraksi mengalami penurunan. Penurunan intensitas terbesar terjadi pada gugus OH (dari 1,8 menjadi 1,4) dan C=O (dari 4,2 menjadi 3,8). Hal ini dapat dijelaskan karena kepolaran kedua gugus tersebut yang sesuai dengan kepolaran pelarut. Selain itu, terjadi juga pergeseran serapan yang cukup besar pada gugus CH (dari 2898,29 cm-1 menjadi 2989,31 cm-1) dan C-O (dari 1255,68 cm-1 menjadi 1255,67 cm-1). Hal ini dapat dijelaskan karena berkurangnya


intensitas gugus OH dan C=O, tempat di mana terjadinya resonansi ikatan hidrogen sehingga mempengaruhi vibrasi gugus-gugus tersebut (Pavia, 1979).

Sebelum Ekstraksi

Setelah Ekstraksi

Gambar 17. Perubahan Spektrum IR Film TP-tP setelah Uji Ekstraksi

Gambar 18 menunjukkan bahwa ada sebagian pemlastis yang terekstrak dari matriks PVC, yang ditunjukkan dengan penurunan intensitas serapan gugus, CH, CH2, C=O, C-O, dan C-O-C (epoksi) pada spesimen sesudah ekstraksi. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan spesimen TP-tP, hanya saja besar penurunannya yang berbeda. Pada spektrum FT-IR spesimen KTP-tP setelah ekstraksi, terlihat penurunan intensitas rata-rata sebesar 0,2 (misalnya OH dari 1,4 menjadi 1,2) yang berarti lebih kecil 0,2 daripada spesimen TP-tP. Hal ini menunjukkan bahwa molekul pemlastis juga memiliki interaksi fisika dengan bahan pengisi. Sebagian besar molekul


pemlastis menunjukkan kompatibilitasnya terhadap PVC dengan tetap berada di dalam matriks dan tidak terekstrak.

Sebelum Ekstraksi

Setelah Ekstraksi

Gambar 18. Perubahan Spektrum IR Film KTP-tP setelah Uji Ekstraksi

Dalam uji ekstraksi dianggap bahwa hanya pemlastis DPS yang keluar dari matriks, namun tidak tertutup kemungkinan adanya komponen pengisi yang ikut terekstraksi karena sifatnya yang sesuai dengan sifat pelarut. Keluarnya pengisi terjadi sebagai akibat lepasnya pemlastis yang dalam hal ini juga berfungsi sebagai pengikat (penghubung) antara matriks dan pengisi. Pada film KTP-tP jumlah ikatan yang terbentuk dalam satu molekul DPS terorientasi pada PVC dan pengisi, sehingga pemlastis dan pengisi yang tidak berinteraksi dengan baik akan ikut terekstrak bersama pelarut.


4.2.4. Uji SEM

Kompatibilitas campuran dapat diamati melalui tampilan permukaan film campuran. Pada Gambar 19 (a) tampak bahwa penggunaan pemlastis dengan kadar 40% menunjukkan permukaan yang rata dan homogen. PVC:DPS (60:40)% merupakan komposisi yang tepat untuk menghasilkan campuran yang kompatibel, yang mana didukung oleh hasil uji mekanik. Tampilan akan kurang baik bila molekul pemlastis atau pengisi keluar dari matriks. Hal ini bisa terjadi karena kurang sesuainya kepolaran antara matriks dengan bahan aditif sehingga titik jenuh cepat tercapai. Demikian pula pada Gambar 19 (b) tampak bahwa bahan pengisi telah tersebar merata namun pemlastis sedikit keluar, ditandai dengan permukaan yang sedikit mengkilap. Spesimen merupakan campuran PVC, DPS, dan pengisi (selulosa dan pati) dengan perbandingan terbaik (75:20:5) % sesuai hasil uji mekanik.

(a)

(b)

Gambar 19. Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen (a) TP-tP; (b) KTP-tP (7,73 MB; perbesaran 400×)


(a)

(b)

Gambar 20. Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen setelah Uji Tarik (a) TP-tP; (b) KTP-tP (7,73 MB; perbesaran 400×)

Di samping pembasahan yang lemah oleh bahan pengisi, PVC-terplastisasi bisa menyebabkan kekuatan tarik menurun karena adhesi antarmuka yang lemah antara pengisi dan matriks polimer. Gambar 20 secara jelas menunjukkan kejadian lepas dan keluarnya pengisi. Ini mengindikasikan kekurangan adhesi antara pengisi dan matriks PVC-terplastisasi merupakan alasan utama lemahnya kekuatan tarik. Selama uji tarik, adhesi pada daerah antarmuka menjadi sisi yang berpotensi untuk menumbuhkan retak sebagai ketidakmampuan pengisi mendukung aliran gaya ke matriks polimer. Peningkatan kandungan pengisi meningkatkan penimbunan pengisi dan daerah antarmuka, yang mana menjadikan komposit semakin lemah. Penimbunan pengisi ini dapat diamati pada Gambar 19, terdistribusi tidak merata ke seluruh matriks. Polaritas pengisi selulosa dan pati, berdasarkan ikatan hidrogen, memiliki kecenderungan bertimbun sesamanya menjadi budel (Bakar, 2003).


Kompatibilitas bahan pemlastis dan pengisi dapat dilihat dari tampilan permukaan spesimen setelah dilakukan uji tarik, terutama pada bagian yang mengalami kerusakan. Pada film TP-tP (Gambar 20(a)) terlihat adanya peregangan matriks ke arah pemberian gaya tarik (horizontal). Dengan adanya pemlastis DPS, maka regangan yang terbentuk cukup besar dan menghasilkan fleksibilitas yang tinggi. Pada spesimen KTP-tP (Gambar 20(b)) regangan yang terbentuk cukup kecil karena adanya kandungan pengisi. Pada gambar tampak bahwa pada saat uji tarik hingga putus masih ada rantai-rantai polimer-terplastisasi yang saling berikatan (bagian berwarna putih) sedangkan bahan pengisinya tidak (telah putus). Ini berarti bahan pengisi yang mengandung serat alami tidak cukup kuat untuk berkontribusi sebagai penguat atau bisa dikatakan tidak mempengaruhi kekuatan tarik komposit.

4.3. Uji Biodegradabilitas

Uji biodegradasi dilakukan pada medium pertumbuhan mikroba (in vitro) dan dengan penguburan (pengomposan) dalam tanah (in vivo). Pada uji biodegradasi pada medium pertumbuhan mikroba digunakan bakteri Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, dan jamur Aspergillus niger, sedangkan untuk pengomposan dilakukan pada

tanah pasir, tanah kebun, dan tanah sampah. Untuk mengetahui sifat biodegradabel pemlastis DPS, maka sebelumnya dilakukan uji pertumbuhan mikroba pada medium pertumbuhan yang campur dengan bahan pemlastis DPS selama 60 hari. Ketiga mikroba tersebut dapat mendegradasi rantai minyak yang panjang menjadi komponen senyawa dengan berat molekul rendah.


(a)

(b)

(c)

Gambar 21. Pertumbuhan Mikroba pada Medium Padat (a) Hari Ke-1; (b) Hari Ke-20; (c) Hari Ke-60

Gambar 21 menunjukkan pertumbuhan bakteri Pseudomonas aeruginosa (putih), bakteri Bacillus subtilis (merah), dan jamur Aspergillus niger (hitam),dalam medium agar. Medium dibuat dengan komposisi NA : DPS = 1 : 1 yang dicampur


homogen. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa pemlastis DPS dapat dimanfaatkan oleh mikroba tersebut sebagai sumber nutrisi, terbukti karena mikrobamikroba tersebut mampu bertahan selama masa uji 60 hari dan tumbuh dengan baik. Uji biodegradabilitas film TP-tP dan KTP-tP dilakukan di dalam media cair dengan komposisi NB 1 % dalam pelarut air. Nutrisi diberikan hanya sedikit agar mikroba dapat menghabiskannya dalam waktu singkat dan selanjutnya akan mengkonsumsi bahan pemlastis dan bahan pengisi dari spesimen. Uji ini juga dilakukan selama 60 hari agar diperoleh penurunan berat spesimen sebagai hasil biodegradasi. Hasil perhitungan berat spesimen setelah uji biodegradasi secara in vitro dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6.

Data Analisa Penurunan Berat Biodegradasi dengan Mikroba

(%)

Spesimen

Setelah

Mikroba

TP-tP

KTP-tP

Pseudomonas aeruginosa

12,8642

5,3728

Aspergillus niger

8,5950

4,4174

Bacillus subtilis

10,6118

5,2014

Uji

Dari data di atas diketahui bahwa penurunan berat tertinggi terjadi pada spesimen TP-tP yang didegradasi oleh bakteri Pseudomonas aeruginosa yaitu sebesar 12,8642 %. Pada spesimen KTP-tP terjadi penurunan tertinggi sebesar 5,3728 % yang juga didegradasi oleh bakteri Pseudomonas aeruginosa. Menurut Zhang (2005),


Pseudomonas aeruginosa merupakan bakteri yang berpotensi tinggi dalam

mendegradasi rantai minyak mentah walaupun tanpa pemberian suplemen. Hasil tersebut memperlihatkan bahwa Bacillus subtilis dan Apergillus niger juga mempunyai potensi tinggi dalam mendegradasi DPS. Dengan besarnya penurunan berat yang diperoleh, maka spesimen TP-tP dan KTP-tP dapat dikatakan bersifat biodegradabel. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa pati dan selulosa lebih sedikit terdegradasi daripada DPS. Ini dapat dijelaskan bahwa pemasukan pati ke dalam beberapa daerah campuran diproteksi dengan baik dan tidak dapat dijangkau dengan mudah oleh mikroorganisme. Selulosa dan pati memiliki gugus hidroksil yang hidrofil sepanjang rantai polisakarida yang peka terhadap mikroba. Lebih jauh lagi, telah diketahui bahwa morfologi polimer mempengaruhi laju degradasi selulosa dan pati. Rantai polisakarida pada struktur pati, yang terbuat dari pengulangan gugus glukosa, yang terhubung oleh ikatan alfa glukosida, membuat rantai polimer menjadi fleksibel dan dapat dicerna. Sangat dimungkinkan bahwa sifat ini berkontribusi pada biodegradabilitas pati. Selulosa, yang terbuat dari pengulangan gugus glukosa, yang dihubungkan oleh ikatan beta glukosida membuat rantai polimer menjadi kristalin dan kaku. Ini membuat gugus hidroksi sepanjang rantai polisakarida sulit dijangkau mikroorganisme (Rudeekit, 2003). Sebagai salah satu tempat akhir kemasan plastik adalah kembali ke tanah. Oleh sebab itu sangat perlu dilakukan pengujian sifat degradasi spesimen secara in vivo (pengomposan). Data penurunan berat hasil pengomposan spesimen uji dapat


dilihat pada Tabel 7. Penguburan spesimen yang dilakukan pada beberapa jenis tanah bertujuan untuk melihat tingkat biodegradasinya di alam selama 60 hari dengan pengamatan setiap 20 hari.

Tabel 7. Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen Setelah Pengomposan TP-tP

KTP-tP

Jenis Tanah 20 hari

40 hari

60 hari

20 hari

40 hari

60 hari

0,2551

4,7370

9,4922

0,2116

2,2632

2,8001

Tanah Kebun

14,9476

17,1214

18,4748

6,6392

7,6464

9,9643

Tanah Sampah

20,1034

20,8890

21,4953

5,9874

8,1359

12,3388

Tanah Pasir

Dari hasil yang ditunjukkan pada Tabel 7 memperlihatkan laju degradasi yang nyata untuk semua spesimen. Besarnya penurunan berat spesimen sejalan dengan lamanya waktu penguburan. Harga penurunan paling besar pada spesimen TP-tP yakni 21,4953 % yang berlangsung di tanah sampah. Kemungkinan faktor penyebabnya adalah jumlah nutrisi yang lebih banyak sehingga jumlah dan jenis mikroba juga lebih banyak, sehingga terjadi kerja sinergis antara kegiatan beberapa mikroba (Wirjosentono, 1998). Seperti halnya pada uji biodegradasi secara in vitro, uji biodegradasi film TPtP secara in vivo menunjukkan tingkat penurunan berat yang lebih besar daripada film KTP-tP. Hal ini juga disebabkan DPS lebih mudah terdegradasi daripada bahan


pengisinya (pati dan selulosa). Jika dibandingkan kedua metode di atas, maka penguburan di tanah merupakan metode yang lebih baik karena dapat lebih cepat untuk mengetahui efek yang ditimbulkan oleh bahan pemlastis dan pengisi alami terhadap sifat biodegradasi polimer yang dihasilkan. Tahap utama degradasi adalah pemutusan rantai utama membentuk fragmenfragmen dengan berat molekul rendah (oligomer) yang dapat di asimilasi oleh mikroba. Penurunan berat molekul terutama disebabkan pemutusan rantai secara hidrolisis atau oksidatif. Hidrolisis terjadi menggunakan lingkungan air dengan penambahan enzim atau pada kondisi non-enzimatik. Dalam hal ini, autokatalisis, panas, atau logam katalis juga menyebabkan hidrolisis. Pemutusan oksidatif terjadi terutama oleh oksigen, logam katalis, sinar UV, atau enzim (Smith, 2005). Dengan demikian, tampak jelas bahwa degradasi secara pengomposan lebih cepat karena semua faktor yang memicu terjadinya degradasi terdapat di lingkungan luar. Selanjutnya spesimen dikarakterisasi dengan spektrofotometri FT-IR untuk melihat serapan gugus-gugus fungsi yang ada. Pada analisa ini diamati ada tidaknya perubahan (penambahan/ pengurangan) gugus fungsi serta intensitas serapan yang diperoleh. Dari data ini dapat diketahui aktivitas faktor-faktor biodegradasi terutama mikroba terhadap komposisi bahan. Hasil analisa gugus fungsi spesimen setelah uji biodegradasi secara pengomposan dapat dilihat pada Tabel 8.


Tabel 8. Hasil Analisis FT-IR Spesimen setelah Ekstraksi No.

1.

2.

Spesimen

TP-tP

KTP-tP


Gugus Fungsi

3463,22

O-H

2939,48.

C-H

1707,81

C=O

1426,74

C-H2

1253,24; 957,29; 834,73

C-O-C (epoksi)

692,30 dan 614,96

C-Cl

3331,97

O-H

2874,17

C-H

1786,90 dan 1763,17

C=O (anhidrida)

1700,60

C=O

1601,07

C=C

1435,87

C-H2

1244,16; 953,64; 862,44

C-O-C (epoksi)

702,68 dan 616,86

C-Cl

Jika dibandingkan dengan hasil analisis pada spesimen mula-mula, tidak terdapat pertambahan maupun pengurangan jenis gugus fungsi yang ada. Gugusgugus fungsi pada molekul matriks PVC, pemlastis DPS, dan senyawa hasil reaksi in situ masih terdapat pada spesimen setelah uji pengomposan. Perbedaan nyata yang

dapat dilihat adalah pada intensitas serapan tiap-tiap gugus fungsi tersebut yang semakin menurun.


Sebelum Degradasi

Setelah Degradasi

Gambar 22. Perubahan Spektrum IR Film TP-tP setelah Uji Biodegradasi

Sebelum Degradasi

Setelah Degradasi

Gambar 23. Perubahan Spektrum IR Film KTP-tP setelah Uji Biodegradasi


Polimer vinil, dengan sedikit pengecualian, secara umum tidak peka terhadap hidrolisis. Polimer dengan rantai utama hanya memiliki ikatan karbon-karbon (dengan sedikit pengecualian) tidak peka terhadap reaksi yang dikatalisis enzim. Biodegradasinya memerlukan proses oksidasi, dan kebanyakan polimer vinil biodegradabel mengandung gugus fungsi yang mudah teroksidasi. Telah ada pendekatan baru untuk memasukkan gugus fungsi seperti gugus ester atau gugus karbonil ke dalam rantai utama. Pemasukan gugus karbonil ke dalam rantai utama membuat polimer peka terhadap pemecahan oleh reaksi fotokimia. Pemasukan gugus ester membuat pemecahan oleh hidrolisis kimia (Smith, 2005). Hal tersebut dapat menjelaskan perbedaan serapan yang terjadi pada gugus hidroksi dan karbonil pada spektrum FT-IR spesimen sebelum dan sesudah dilakukan uji pengomposan. Dari Gambar 23 menunjukkan turunnya kandungan klorin (Cl) dan penurunan serapan CH yang sangat drastis, hal ini berarti bahwa dengan waktu yang singkat film KTP-tP dapat terdegradasi sampai pada rantai matriks PVC. Fotografi

mikroskopis

permukaan

spesimen

sebelum

dan

sesudah

pengomposan dapat dilihat pada Gambar 24. Fotografi permukaan spesimen setelah pengomposan selama 60 hari tampak lebih kasar dan tidak teratur yakni terbentuknya rongga-rongga yang tersebar di seluruh permukaannya. Bagian yang berwarna putih merupakan matriks PVC sedangkan yang berwarna hitam adalah rongga yang terbentuk setelah pemlastis dan pengisi terdegradasi. Dari sini tampak jelas bahwa sebagai nutrisi mikroorganisme, pati dan selulosa memainkan peran penting selama degradasi.


(a)

(b)

Gambar 24. Fotografi Mikroskopis Permukaan Spesimen setelah Pengomposan (a) TP-tP; (b) KTP-tP (7,73 MB; perbesaran 400×)

Homogenitas struktur permukaan campuran tergantung pada tingkat interaksi komponen di dalamnya. Tingkat homogenitas tertinggi terjadi pada campuran yang mengalami interaksi lemah. Tetapi kerusakan akibat biodegradasi lebih cepat terjadi pada pemlastis yang hanya mengalami interaksi lemah. Permukaan spesimen tidak lagi homogen dengan adanya pori-pori dan gumpalan. Ada beberapa daerah pada film yang berubah. Ini dapat disimpulkan bahwa mikroba mengkonsumsi pemlastis dan pengisi, dan membuat pori-pori pada plastik. Terbentuknya pori-pori ini merupakan langkah awal dalam mendegradasi rantai polimer matriks karena enzim atau faktor lain yang tadinya hanya bekerja pada permukaan kini dapat dimasukkan ke bagian dalam spesimen.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Kompatibilitas optimum stearin pada film TP-tP dicapai pada komposisi PVC : pemlastis = (60 : 40) % dengan σ = 11,67 MPa dan ε = 190,33 %, sedangkan kompatibilitas optimum pemlastis dan pengisi pada film KTP-tP dicapai pada komposisi PVC : pemlastis : pengisi = (75 : 20 : 5) % dengan σ = 14,17 MPa dan ε = 176,44 %. 2. Berdasarkan hasil uji tarik, ekstraksi, FT-IR, dan mikroskopis dapat dikatakan bahwa interaksi fisika yang terbentuk antara matriks, pemlastis, dan pengisi cukup baik. Namun kompatibilitas tersebut lebih mengarah pada sifat pemlastis sekunder. 3. Biodegradabilitas bahan komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini sangat baik berdasarkan besarnya penurunan komposisi pemlastis dan pengisi yang ditinjau dari penimbangan berat dan analisis FT-IR. Sementara pengamatan mikroskopis yang menunjukkan terbentuknya pori-pori di seluruh permukaan spesimen didukung oleh analisis FT-IR yang menunjukkan berkurangnya serapan gugus C-H dan C-Cl.


5.2. Saran

1. Karena pembentukan gugus baru pada pengolahan reaktif sangat dipengaruhi oleh benzoil peroksida, maka perlu kiranya diselidiki pengaruh penambahan kadar peroksida terhadap jumlah gugus yang terbentuk sehingga sangat mungkin dihasilkan komposit yang lebih kompatibel. 2. Karena kompatibilitas pemlastis yang dihasilkan masih terbatas pada kapasitas pemlastis sekunder, maka untuk menghasilkan material yang lebih baik perlu dikombinasikan dengan pemlastis primer seperti DOP. 3. Penggunaan bahan pengisi yang polaritasnya berbeda dengan matriks sebaiknya dimodifikasi terlebih dahulu dengan pencangkokan gugus fungsi yang sesuai agar komposit yang dihasilkan memiliki sifat mekanik yang lebih baik.


DAFTAR PUSTAKA

Allmer, K., Hult, A and Ranby, B. 1988. Surface Modification of Polymers. I. Vapour Phase Photografting with Acrylic Acid. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 26: 2099– 2111. Alvarez, V. A., Ruscekaite, R. A. and Va Âzquez, A. 2003. Mechanical Properties and Water Absorption Behaviour of Composites made from a Biodegradable Matrix and Alkaline-Treated Sisal Fibres. J Comp Mat, 37(17), 1575-1588. Anasagasti, M., Hidalgo, M., and Mijangos, C. 1999. Transesterification and Crosslinking of Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate) Copolymers in the Melt. J.Appl.Polym.Sci. 72: 621-630. Andreas, H. PVC Stabilizer. In Gachter, R. and Muller, H., eds. 1990. Plastics Additives Handbook. 3rd edition. Hanser Publisher. Munich, Germany. Augier, L., Sperone, G., Garcia, C. V., Borredon, M. E. 2007. Influence of the Wood Fibre Filler on the Internal Recycling of Poly(vinylchloride)-Based Composites. J. Polymer Degradation and Stability, 92: 1169-1176. Bakar, A. 2009. Biodegradasi Bahan Komposit Polipropilena dengan Pengisi Serat Limbah Padat (Fibre Recovery) dari Pabrik Pulp dan Kertas. Tesis Program Pasca Sarjana USU. Medan. Bakar, A. A. dan Hassan, A. 2003. Impact Properties of Oil Palm Empty Fruit Bunch Filled Impact Modified Unplasticised Poly (Vinyl Chloride) Composites. Jurnal Teknologi, 39(A) Keluaran Khas. Dis.: 73–82. Bakar, A. A., Hasan, A., Yusof, A. F. M. 2004. Thermal Degradation of Oil Palm Empty Fruit Bunch (EFB)-Filled PVC-U Composites: The Effect of Filler Content and Acrylic Impact Modifier in Thermal Properties. Journal of the Institute of Materials Malaysia JIMM Vol 5(2). Pg. 3-19. Bastioli, C. 2005. Handbook of Biodegradable Polymer. Rapra Technology Limited. Crewe, UK. p. 4-12, 57-83. Borris, R. 1987. Biological Role of Enzymes. In: Rehm HJ and Reed G, eds. Biotechnology. Vol. VIIa. UCH, Germany.


Boussoum, M. O., Atek, D., Belhaneche-Bensemra, N. 2006. Interactions between Poly(vinylchloride) Stabilized with Epoxidised Sunflower Oil and Food Simulants. Polymer Degradation and Stability 91(2006) 579-584. Brydson, J. A. 1999. Plastics Materials. Seventh edition. Butterworth-Heinemann. London. p. 126. Castle, Da, Gibbins, B., and Hamer, Ps. 1993. Physical Methods for Examining and Comparing Transparent Plastic Bags and Cling Films. J. Forensic Science Society 1994; 34: 61-68. Chattopadhyay, S. 2000. Compatibility Studies on Solution of Polymer Blends by Viscometeric and Phase Separation Technique. J.App. Polym.Sci. 77.880 – 889. Coles, R., McDowell, D., and Kirwan, M. J. 2003. Food Packaging Technology. Blackwell Publishing, Ltd. London. p: 198, 237, 314. Correa, C. A., Razzino, C. A., Hage, E. Jr. 2007. Role of Maleated Coupling Agents on the Interface Adhesion of Polypropylene -- Wood Composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol. 20, No. 3, 323-339. Cowd, M. A. 1991. Kimia Polimer. ITB-Press. Bandung. Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian. 2006. Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit. Departemen Pertanian. Jakarta. Hal. 13. Dirven, H. A., van der Broek, P. H., Arends, A. M., Nordkam, H. H., de Lepper, A. J., Henderson, P. T., and Jongeneelen, F. J. 1993. Metabolites of Plasticizers di(2-ethylhexyl)phthalate in Urine Samples of Workers in Polyvinyl Chloride Processing Industries. Int.Arch.Occup.Environ.Health, 64(8): 549-554. Febrianto, F. 1999. Preparation and Properties Enhancement of Moldable Wood – Biodegradable Polymer Composites. Kyoto: Kyoto University, Doctoral Dissertation.Division of Forestry and Bio-material Science. Faculty of Agriculture. Ferry, J. D. 1980. Concentrated Solutions, Plastticized Polymers, and Gels. In Viscoelastic Properties of Plymers, 3rd ed, Wiley, New York, pp. 486 – 598. Frankel, E. N. 1975. Acyl Ester from Oxo-Derived Hydroxymethyl Stearates as Plasticizer for Polyvinil Chloride. J. Polymer, 39(22) 4773-4783.


Gan, L. H., Ooi, K. S., Goh, S .H., Gan, L. M., Leong, Y. C. 1995. Epoxidized Esters of Palm Olein as Plasticizers for Poly(vinyl chloride). Eur.Polym.J. Vol. 31, No. 8, pp. 719-724. Gibbons, W. S. and Kusy, R. P. 1997. Influence of Plasticizer Configurational Changes on the Mechanical Properties of Highly Plasticized Poly(vinyl cloride). Polymer Journal. 39(3): 6755-6765. Goudung, D. U. 2004. Catalytic Epoksidation Of Methyl Lindeate, J.Am.Oil. Chem.Socs. Vol.81. No.4. Gustone, F. D. 1993. The Study of Natural Epoxy Oils and Epoxidized Vegetable Oils by 13C-NMR Spectroscopy. JAOCS, 70(11): 1139-1144. Han, G. S., Shiraishi, N. 1990. Composites of Wood and Polypropylen IV. Wood Research Sociaty at Tsubuka. 36(11): 976-982. Harpini, B. 2006. Biodiesel Berbahan Baku Minyak Kelapa Sawit. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Vol. 28 No. 3. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Haryono, A., Wuryaningsih S. R., Astini, N., Nugroho, R. H., Triwulandari, E. 2008. Pembuatan Plasticiser Alkohol Ester dari Minyak Nabati dan Formulasinya dengan Resin Polivinil Klorida. Pusat Inovasi-LIPI. Jakarta. Hasibuan, M. H. E. 2001. Modifikasi dan Penggunaan Pemlastis Turunan Asam Oleat pada Matriks Polivinil Klorida. Tesis Program Pasca Sarjana USU. Medan. Hermann A. S., Nickel, J. and Riedel, U. 1998. Construction Materials Based Upon Biologically Renewable Resources – from Components to Finished Parts. Polym Degrad Stab, 59 (1-3), 251-261. Heyke, K. 1987. Tumbuhan Berguna Indonesia II. Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Departemen Kehutanan, Jakarta. Kinzel, B. 1992. Protein-Rich Edible Coatings for Foods. Agricultural research. May 1992: 20-21. Krochta, J. M. 1992. Control of Mass Transfer in Food With Edible Coatings and Film. In: Singh, R. P. and M. A. Wirakartakusumah (Eds): Advances in Food Engineering. CRC Press: Boca Raton, F. L. pp. 517-538.


Krochta, J. M., Baldwin, E. A., dan Nisperos-Carriedo, M. O. 1994. Edible Coatings and Film to Improve Food Quality. Echnomic Publ.Co., Inc., USA. Lai, H. M., Padua, G. W., and Wei, L. S. 1997. Properties and Microsrucure of Zein Sheets Plastisized with Palmitic and Stearic Acids. Cereal Chem. 74(1): 8390. Liu, L., Kennedy, J. F., and Joseph, P. K. 2005. Selection of Optimum Extrusion Technology Parameters in the Manufacture of Edible/ Biodegradable Packaging Films Derived From Food – Based Polymers. Journal of Food Agriculture & Environment. Vol 3. Liu, X., Xu, W., Peng, X. 2008. Effects of Stearic Acid on the Interface and Performance of Polypropylene/Superfine Down Powder Composites. Society of Plastics Engineers. DOI 10.1002/pc.20759. Marhamah. 2008. Biodegradasi Plastisiser Poligliserol Asetat (PGA) dan Dioktilftalat (DOP) dalam Matriks Polivinil Klorida (PVC) dan Toksisitasnya terhadap Pertumbuhan Mikroba. Tesis Program Pascasarjana USU. Medan. Mariana, W. 2007. Kombinasi Penggunaan EM4 dan Radiasi UV terhadap Tingkat Degradabilitas Plastik Biodegradabel. Jurusan Fisika UNAIR. Surabaya. Marten, E. 2000. Correlation between Structure and Enzymatic Hydrolysis on Polyester. Dissertation. Technical University Braunschweig, Germany. Mayasari, E. 2005. Pseudomonas aeruginosa; Karakteristik, Infeksi, Penanganan. USU Repository. Medan. Hal. 5-7.

dan

Meier, L., Muller, H. 1990. Plastics Additives Handbook. 3rd ed. Hanser Publisher. Munich. Germany. Melliawati, R., Rohmatussolihat, Octavina, F. 2006. Seleksi Mikroorganisme Potensial untuk Fermentasi Pati Sagu. Biodiversitas. Volume 7, Nomor 2, Hal. 101-104. Mitchelland, R. L. and Daul, G. C. 1951. Rayon in EPST. 1st ed., Vol.11, pp. 810847, by ITT Rayonier, Inc. Mohanty, A. K., Misra, M. & Hinrichsen, G. 2000. Biofibers, Biodegradable Polymers and Biocomposites: an overview. Macromol. Mater. Eng. 276/277: 1-24.


Müller, R. J. 2005. Biodegradability of Polymers: Regulations and Methods for Testing. Standard Article. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Muthukrishnan, R. 2007. Characterisation of Cellulase from Organisms Isolated from Rumen Fluid. Pharmaceutical Reviews Vol. 5 Issue 3. Nirwana. 2001. Pengikatan Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh dalam Matriks Polivinil Klorida. Tesis Program Pasca Sarjana USU. Medan. OxyVinyls, LP. 2000. Ingredients Used in Rigid PVC Compounding. Technical Report #5. Dallas, Texas. Pagga, U. 1998. Biodegradability and Compostability of Polymeric Materials in The Context of the European Packaging Regulation. Polym. Degrad. Stab. 59(13), 371–376. Patrick, S. G. 2005. Practical Guide to Polyvinyl Chloride. Rapra Technology Limited. United Kingdom. p. 27. Paunikallio, T., Kasanen, J., Suvanto, M., Tuula T., Pakkanen. 2003. Influence of Maleated Polypropylene on Mechanical Properties of Composite made of Viscose Fiber and Polypropylene. Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 87: 1895-1900. Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S. 1979. Introduction to Spectroscopy. Saunders College Publishing. Philadelphia. p.46. Pena, J. R., Hidalgo, M., and Mijangos, C. 2000. Plastification of Poly)vinyl chloride) by Polymer Blending. J.Appl.Polym.Sci. 75: 1303-1312. Piringer, O. G. and Baner, A. L. 2008. Plastic Packaging. Second, Completely Revised Edition. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. p.349. Pranamuda, H. 2001. Pengembangan Bahan Plastik Biodegradabel Berbahan Baku Pati Tropis. Bahan Seminar Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Jakarta. Hal 3-4. Rahman, M. and Brazel, C. S. 2006. Ionicliquids: New Generation Stable Plasticizers for Poly(vinylchloride). J. Polymer Degradation and Stability 91: 3371-3382. Rudeekit, Y., Leejakpai, T., Eiphantasate, N., Kongsuwan, K. 2003. Compartative Degradation of Biodegradable Plastics by Aerobic Microorganism Using


ASTM D 5338-98(03) and ASTM D 5988-03 as Standard Methods. National Metal and Materials Technology Ceter. Phathumthani.

Sadi, S. 1994. Gliserolisis Minyak Sawit dan Intl Sawit dengan Piridin. Buletin PPKS. Vol. 2 (3) : 155 –164. Schlosberg, R. H. 1995. Polyol Ester PVC Plasticizers. PCT/US95/00406. Sears, J. K. and Darby, J. R. 1982. Mechanism of Plastisizer Action. In: Di Gioia, L. and S. Guilbert. 1999. Corn Protein-Based Thermoplastic Resins: Effect of some Polar and Amphiphilic Plastisizers. J.Agric.Food.Chem. 47: 1254-1261. Shashoua, Y. 2008. Consevation of Plastics. Butterworth-Heinemann. Oxford. p.106. Siracusa, V., Rocculi, P., Romani, S., Rosa, M. D. 2008. Biodegradable Polymers for Food Packaging: A Review. Trendsin Food Science & Technology, doi: 10.1016/j.tifs. 2008.07.003. Siswanto, Aminatun, Puspitasari, I. 2008. Pemberian Maleic Anhidrida (Ma) pada Blending Polipropilen-Pati Tapioka. BSS_286_1. Universitas Airlangga Surabaya. Smith, R. 2005. Biodegradable Polymer for Industrial Applications. Woohead Publishing Limited. Abington. p. 414. Surdia, Saito. 1995. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Paramita. Jakarta. Syarief, R., S. Santausa, St. Ismayana B. 1989. Teknologi Pengemasan Pangan. Laboratorium Rekayasa Proses Pangan, PAU Pangan dan Gizi, IPB. Ward, I. M. and D. W. Hadley. 1993. An Introduction on the Mechanical Properties of Solid Polymers, Wiley, New York. Werdelmann, B. 1994. Exotic Oil and Fats Product. Vol 2. 4th ed. John Wiley & Sons, Inc. New York. Wilkes, C. E., Summers, J. W., Daniels, C. A. 2005. PVC Handbook. Hanser Verlag. Corolado. Wirjosentono, B. 1995. Peningkatan Efektifitas Pemantap Turunan Stearat dalam Matriks Polivinil Klorida. Prosiding Seminar Ilmiah Lustrum ke-4 FMIPA USU. Intan Dirja. Medan.


Wirjosentono, B. 2008. Plastik Ramah Lingkungan dari Kelapa Sawit. Jumat, 22 Agustus 2008. www.cetak.kompas.com. Wirjosentono, B., Guritno, P., Nasution, D. Y., dan Arnetty. 1998. Kompatibillitas dan Biodegradasi Plastik Polipropilena dengan Pengisi Turunan Selulosa dan Pulp Tandan Kosong Sawit. Warta PPKS Vol. 6 No. 2. Medan. www.alumni-isla.dfwindonesia.or.id, September 16, 2008 www.designinsite.dk www.kompas.com/Selamatkan Bumi dari Plastik. Selasa, 5 Februari 2008. www.sinarharapan.com/Menjadikan Plastik Ramah Lingkungan. 12 September 2001. www.ycees.njit.edu/labs/analysis3.htm Wypych, G. 2004. Handbook of Plasticizers. ChemTec Publishing. Toronto-New York. pp 121-142. Yabannavar, A. and Richard, B. 1993. Biodegradability of some Food Packaging Materials in Soil. J.Soil.Eiol.Biochem. Vol. 25, No. 11, pp. 1469-1475. Zaini, M. J., Fuad, M. Y. A., Ismail, Z., Mansor, M. S., Mustafah, J. 1995. The Effect of Filler Content and Size on the Mechanical Properties of Polypropylene/Oil Palm Wood Flour Composites. Polymer Intl. 0959-8103/96. United Kingdom. Zhang, G., Wu, Y., Qian, X., Meng, Q. 2005. Biodegradation of Crude Oil by Pseudomonas aeruginosa in the Presence of Rhamnolipids. J. Zhejiang Univ SCI 2005 6B(8):725-730. Zhang, R., Zhu, Y., Zhang, J., Jiang, W., Yin, J. 2005. Effect of the Initial Maleic Anhydride Content on the Grafting of Maleic Anhydride onto Isotactic Polypropylene. Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 43: 5529-5534. Zhong, Zhikai, Zheng, S., Yang, K., Guo, Q. 1998. Miscibilty Phase Behaviour and Mecahnical Properties of Ternary Blends of Polyvinyl Chloride/ Polystyrene/ Chlorinated Polyethylene – Graft – Polystyrene. J.Appl.Polym Sci. 69. Zhou, X., Joseph A. S., Faith, M. Oi, Philip G. K., Gary W. B., Michael E. S. 2007. Correlation of Cellulase Gene Expression and Cellulolytic Activity throughout the Gut of the Termite Reticulitermes flavipes. Gene (395): 29–39.


Lampiran 1. Pemlastis DPS


Lampiran 2. Kromatogram Pemlastis DPS


Lampiran 3. Spesimen Uji Tarik


Lampiran 4. Data Hasil Uji Tarik Spesimen

PVC

DPS

Pengisi

Tegangan

Regangan

(% berat)

(% berat)

(% berat)

(kgf/mm)

(mm/menit)

1

100

0

0

2,75

29,51

2

90

10

0

1,12

53,15

3

80

20

0

0,89

45,6

4

70

30

0

0,73

71,55

5

60

40

0

0,70

85,65

6

50

50

0

0,47

70,15

7

85

10

5

0,89

40,5

8

75

20

5

0,85

79,4

9

65

30

5

0,69

70,85

10

55

40

5

1,09

45,15

11

45

50

5

0,94

38,75

12

80

10

10

0,93

39,15

13

70

20

10

0,81

49,2

14

60

30

10

0,50

29,2

15

50

40

10

1,01

18,8

16

40

50

10

0,05

7,4

17

75

10

15

0,32

21,6

18

65

20

15

0,16

17,85

19

55

30

15

0,34

11,35

20

45

40

15

0,60

10,55

21

35

50

15

0,09

9,2

No.


Lampiran 5. Data Hasil Uji Ekstraksi

Data Hasil Pengukuran Berat (g) Spesimen Pelarut

Ulangan

TP-tP

KTP-tP

Sebelum

Setelah

Sebelum

Setelah

1

1,0028

0,9165

0,9685

0,9138

2

0,9854

0,9176

1,0998

1,0287

1

0,9750

0,8347

0,9829

0,9029

2

0,9984

0,8456

1,0446

0,9165

1

1,0134

0,8846

1,0837

1,0012

2

0,9754

0,8987

1,0653

0,9636

Akuades

n-heksana

Etanol

Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen Pelarut

Ulangan

TP-tP Penurunan

KTP-tP

Rata-rata

Penurunan

1

8,6059

2

6,8805

6,4648

1

14,3897

8,1392

2

15,3025

12,2631

1

12,7097

7,6128

2

7,8634

Akuades

n-heksana

Etanol

Rata-rata

5,6479 7,7432

6,0564

14,8461

10,2011

10,2866

8,5797 9,5466


Lampiran 6. Data Hasil Uji Biodegradasi dengan Mikroba

Data Hasil Pengukuran Berat (g) Spesimen Bakteri


Aspergillus niger

Bacillus subtilis

Ulangan

TP-tP

KTP-tP

Sebelum

Setelah

Sebelum

Setelah

1

0,2750

0,2389

0,3878

0,3702

2

0,2468

0,2157

0,3657

0,3430

1

0,3128

0,2891

0,3424

0,3300

2

0,2767

0,2501

0,3702

0,3509

1

0,3499

0,3119

0,3359

0,3188

2

0,3136

0,2811

0,3765

0,3565

Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen TP-tP Bakteri


Ulangan

Penurunan

KTP-tP Ratarata

Penurunan

1

13,1273

2

12,6013

1

7,5767

2

9,6133

5,2134

1

10,8602

5,0908

2

10,3635

Aspergillus niger

Bacillus subtilis

Ratarata

4,5384 12,8642

5,3728 6,2073 3,6215

8,5950

4,4174

10,6118

5,2014 5,3121


Lampiran 7. Data Hasil Uji Biodegradasi dengan Pengomposan

Data Hasil Pengukuran Berat (g) Spesimen TP-tP 20 hari Jenis Ulangan Tanah Sebelum Setelah

Tanah Pasir Tanah Kebun Tanah Sampah

40 hari

60 hari

Sebelum

Setelah

Sebelum

Setelah

1

0,2886

0,2880

0,3224

0,3070

0,2522

0,2300

2

0,2647

0,2639

0,3470

0,3307

0,2475

0,2223

1

0,2208

0,1868

0,2592

0,2148

0,2442

0,1974

2

0,3656

0,3126

0,2986

0,2475

0,3666

0,3014

1

0,2672

0,2106

0,2428

0,1890

0,2290

0,1784

2

0,3464

0,2805

0,3578

0,2876

0,3063

0,2423

Data Hasil Pengukuran Berat (g) Spesimen KTP-tP 20 hari Jenis Ulangan Tanah Sebelum Setelah


40 hari

60 hari

Sebelum

Setelah

Sebelum

Setelah

1

0,3624

0,3616

0,3494

0,3424

0,3994

0,3872

2

0,2964

0,2958

0,3488

0,3400

0,4007

0,3905

1

0,3628

0,3424

0,3540

0,3370

0,4728

0,4352

2

0,2299

0,2123

0,2793

0,2500

0,2839

0,2499

1

0,3704

0,3510

0,3848

0,3542

0,3512

0,3068

2

0,3399

0,3170

0,3053

0,2799

0,3980

0,3501


Data Analisa Penurunan Berat (%) Spesimen TP-tP

KTP-tP

Jenis Ulangan Tanah 20 hari

40 hari

60 hari

20 hari

40 hari

60 hari

1

0,2079

4,7767

8,8025

0,2208

2,0034

3,0546

2

0,3022

4,6974

10,1818

0,2024

2,5229

2,5455

1

15,3986

17,1296

19,1646

5,6229

4,8023

7,9526

2

14,4967

17,1132

17,7851

7,6555

10,4905

11,9760

1

21,1826

22,1582

22,0961

5,2376

7,9522

12,6424

2

19,0242

19,6199

20,8945

6,7373

8,3197

12,0352



Lampiran 8. Spektrum FT-IR Spesimen PVC


Lampiran 9. Spektrum FT-IR Spesimen Uji (% T vs λ)

Spektrum FT-IR Spesimen TP-tP

Spektrum FT-IR Spesimen KTP-tP


Lampiran 10. Spektrum FT-IR Spesimen Uji (A vs λ)




Lampiran 11. Spektrum FT-IR Spesimen setelah Uji Ekstraksi




Lampiran 12. Spektrum FT-IR Spesimen setelah Uji Pengomposan




Lampiran 13. Uji Biodegradasi Spesimen dalam Media Cair

Hari Ke-1

Hari Ke-60


KM

Recommend Documents