PENCIRIAN DAN BIODEGRADASI POLIPADUAN (STYROFOAM-PATI) DENGAN POLIASAMLAKTAT SEBAGAI BAHAN BIOKOMPATIBEL
BALQIS ANGGI SAPUTRI SIREGAR
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK BALQIS ANGGI SAPUTRI SIREGAR. Pencirian dan Biodegradasi Polipaduan (Styrofoam-Pati) dengan Poliasamlaktat Sebagai Bahan Biokompatibel. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan ARMI WULANAWATI. Styrofoam merupakan jenis plastik polstirena yang tidak dapat terurai secara alami. Banyaknya pemakaian styrofoam menyebabkan penumpukan sampah sehingga mengakibatkan polusi lingkungan. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan modifikasi styrofoam agar dihasilkan plastik yang dapat terdegradasi. Pati merupakan polimer yang dapat diuraikan secara hayati sehingga penggunaannya sebagai campuran styrofoam menghasilkan plastik yang bersifat biodegradabel. Polaritas yang berbeda membuat keduanya tidak dapat bercampur secara homogen, sehingga diperlukan poliasamlaktat (PLA) sebagai bahan biokompatibel. Polipaduan styrofoam-pati menggunakan empat konsentrasi PLA yang berbeda, yaitu 5, 10, 15 dan 20%. Film dengan tingkat homogenitas paling tinggi diperoleh dari polipaduan styrofoam-pati dengan komposisi 80:20 dan penambahan 20% PLA. Jumlah PLA yang semakin tinggi menghasilkan film yang semakin homogen. Film dengan tingkat homogenitas paling tinggi menghasilkan penurunan bobot yang paling tinggi pula, yaitu sebesar 10%. Film yang dihasilkan bersifat amorf karena memiliki titik leleh yang melebar, yaitu 155185°C. Spektrum inframerah film menunjukkan adanya gugus C-O ester pada bilangan gelombang 1184 cm-1. Gugus ester pada film mengindikasikan bahwa film dapat dibiodegradasi. Spektrum inframerah film tidak memperlihatkan gugus baru, sehingga dapat dikatakan bahwa film merupakan hasil pencampuran styrofoam-pati secara fisika (polipaduan).
ABSTRACT BALQIS ANGGI SAPUTRI SIREGAR. Characterization and Biodegradation of Polyblend (Styrofoam-Starch) with Polylactid acid (PLA) as Biocompatizer. Supervised by TETTY KEMALA and ARMI WULANAWATI. Styrofoam is a kind of polystyrene which can not be naturally decomposed. The increasing amount of using styrofoam causes environment pollution. In facing this problem, modification of recyclable styrofoam is needed to produce degradable plastic. Starch can be a solution because it is a polymer that can be biologically decomposed. The mixture of starch to the styrofoam composite creates biodegradable plastic. Unfortunately, various polarity of styrofoam and starch is difficult to mixed homogenously, so we need polylactic acid (PLA) as the biocompatizer. Styrofoam and starch of four different concentrations of PLA, 5, 10, 15, and 20%. Film with the highest homogeneity was given by 80:20 concentration of styrofoam and starch combination with 20 % of PLA addition. The more PLA, the more homogenous of film we got. Film with the highest homogeneity produced substantial weight reduction which about 10%. The film that has been produced was amorphous since it had wide melting point, 155 °C to 185 °C. Infrared spectrum film showed the existence of C-O ester on 1184 cm-1 region. Ester functional group indicated that the film could be biodegraded. The infrared spectrum of the film did not show new functional groups, so we concluded that the film was a product of physical mixture between styrofoam and starch.
PENCIRIAN DAN BIODEGRADASI POLIPADUAN (STYROFOAM-PATI) DENGAN POLIASAMLAKTAT SEBAGAI BAHAN BIOKOMPATIBEL
BALQIS ANGGI SAPUTRI SIREGAR
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul
:
Nama NIM
: :
Pencirian dan Biodegradasi Polipaduan (Styrofoam-Pati) dengan Poliasamlaktat sebagai Bahan Biokompatibel Balqis Anggi Saputri Siregar G44204069
Disetujui Pembimbing I,
Pembimbing II,
Tetty Kemala, S. Si, M. Si NIP 132 232 787
Armi Wulanawati, S.Si, M.Si. NIP 132 258 174
Diketahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor,
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal lulus :
PRAKATA Alhamdulillahirobbil’alamin. Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya yang tidak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “Pencirian dan Biodegradasi (Styrofoam-Pati) dengan Poliasamlaktat sebagai Bahan Biokompatibel”. Penelitian dilaksanakan sejak bulan Mei 2008 sampai dengan Januari 2009 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik IPB, Laboratorium Mikologi IPB, Laboratorium Kimia Fisik IPB, Laboratorium Kimia Organik IPB, dan LIPI Serpong. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Tetty Kemala, S.Si., M.Si. dan Ibu Armi Wulanawati, S.Si., M.Si., selaku dosen pembimbing yang dengan kesabarannya telah banyak membantu dan menyempatkan waktu dalam memberikan bimbingan, saran, dan ilmu pengetahuan selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih yang tak terhingga penulis ucapkan kepada Mama tercinta Romauli Hutagaol, Ayah Syawal Siregar (alm.), kakak-kakak, dan adikku Kalla atas doa, cinta, kasih sayang, motivasi, kesabaran, dan perhatian yang begitu besar selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua dosen dan staf laboran kimia atas fasilitas, bantuan, serta masukan yang diberikan. Selain itu penulis mengucapkan terima kasih kepada teman-teman seperjuangan penelitian di Laboratorium Kimia Anorganik (Mbak Dewi, Kamil, Awan, Kak Romi, dan Tommy) yang telah memberikan bantuan selama penulis melakukan penelitian, sahabat-sahabatku Ade, Lina, Asti, Mbak Erika, Juli, serta teman-teman kimia angkatan 41 atas kebersamaan dan bantuannya, semoga Allah SWT senantiasa membalas kebaikan semuanya. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Balqis Anggi Saputri Siregar
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 Maret 1986 dari ayah Syawal Siregar (alm.) dan ibu Romauli Hutagaol. Penulis merupakan putri kesepuluh dari sebelas bersaudara. Tahun 2004 penulis lulus dari SMU Negeri 33 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis berkesempatan melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di Badan Penelitian Ternak (Balitnak) Ciawi pada bulan Juli sampai dengan Agustus 2007.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ......................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .........................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Polimer ................................................................................................................. Styrofoam ............................................................................................................. Pati ....................................................................................................................... Poliasamlaktat (PLA) ........................................................................................... Plastik Biodegradabel .......................................................................................... Aspergillus niger .................................................................................................. Spektoskopi Inframerah Transformasi Fourier .................................................... Scanning Electron Microscope (SEM).................................................................
1 2 2 2 3 3 3 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ..................................................................................................... Metode .................................................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Polipaduan ............................................................................................................ 5 Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR .................................................................... 6 Analisis Termal..................................................................................................... 7 Biodegradasi Film................................................................................................. 8 Analisis SEM....................................................................................................... 10 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .............................................................................................................. 10 Saran .................................................................................................................... 10 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. ..
11
LAMPIRAN ................................................................................................................ ..
13
DAFTAR TABEL Halaman 1 Komposisi polipaduan ............................................................................................ 2 Agar nutrien untuk jamur .......................................................................................... 3 Analisis gugus fungsi styrofoam dan PS .................................................................. 4 Analisis gugus fungsi film dan komponennya ..........................................................
4 5 7 8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Struktur kimia amilosa (a) dan amilopektin (b) .................................................... Struktur kimia PLA............................................................................................... Film styrofoam-pati komposisi 70:30 dengan penambahan PLA sebesar 5 (a), 10 (b), 15 (c), dan 20% (d) perbesaran 400 × ....................................................... Film styrofoam-pati komposisi 80:20 dengan penambahan PLA sebesar 5 (a), 10 (b), 15 (c), dan 20% (d) perbesaran 400 × ....................................................... Penurunan bobot film styrofoam-pati dengan komposisi 70:30 .......................... Penurunan bobot film styrofoam-pati dengan komposisi 80:20 .......................... Penurunan viskositas film styrofoam-pati dengan komposisi 70:30 .................... Penurunan viskositas film styrofoam-pati dengan komposisi 80:20 .................... Foto SEM sebelum biodegradasi dengan perbesaran 500 × ................................. Foto SEM setelah biodegradasi dengan perbesaran 500 × ...................................
2 3 6 6 9 9 9 9 10 10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Bagan alir penelitian ............................................................................................. Pembuatan medium yeast malt (YM) ................................................................... Spektrum IR styrofoam ......................................................................................... Spektrum IR PS .................................................................................................... Spektrum IR pati ................................................................................................... Spektrum IR PLA ................................................................................................. Spektrum IR film .................................................................................................. Penurunan bobot film setelah biodegradasi .......................................................... Nilai viskositas film setelah biodegradasi ............................................................
14 15 16 17 18 19 20 21 22
1
PENDAHULUAN Ketergantungan akan plastik tak lepas dari nilai tambahnya sebagai bahan pengemas yang digemari masyarakat. Plastik merupakan bahan pengemas yang murah, mudah didapat, ringan, praktis, dan kedap air. Plastik yang paling banyak beredar di pasaran saat ini merupakan polimer sintetik dari petrokimia yang sulit diurai, yaitu plastik jenis polietilena (PE) dan polistirena (PS) seperti styrofoam. PE dan PS sulit diurai oleh microorganism sehingga tetap berada di alam tanpa perubahan bentuk untuk waktu yang sangat lama (Orhan 2004, diacu dalam Singh & Sharma 2007). Banyaknya plastik yang diproduksi menyebabkan penumpukan sampah tersebut sehingga terjadi polusi lingkungan. Pembakaran bahan plastik menjadi pilihan orang selama ini, tetapi hal tersebut sangat berbahaya karena menghasilkan asap beracun. Selain pembakaran, alternatif lainnya adalah dengan mendaur ulang plastik. Hal ini memiliki kendala seperti pengumpulan dari jenis plastik yang berbeda karena tidak semua plastik dapat didaur ulang. Cara yang mungkin adalah dengan menguburkan plastik tersebut. Namun, hal ini juga tidak tepat karena plastik umumnya tidak dapat didegradasi oleh mikroba (Petnamsin et al. 2000). Salah satu alternatif untuk mengatasinya adalah dengan memodifikasi plastik agar bersifat biodegradabel. Beberapa modifikasi untuk menghasilkan plastik biodegradabel telah banyak dilakukan, seperti polipaduan PE dan pati (Prinos et al. 1998), polipaduan polikaprolakton dan pati (Petnamsin 2000), polipaduan polipropilena dan aditif elevated culfree microorganism (Handayani 2003), serta modifikasi pati dan PS (Bhatnagar & Hanna 1996; Kemala 1998; Graaf & Janssen 2001; Tanpitcha et al. 2003; Nurhidayati 2007; Singh & Sharma 2007). Hampir seluruh modifikasi plastik biodegradabel tersebut menggunakan pati sebagai bahan campurannya. Penggunaan pati ini banyak dilakukan karena sifat biodegradabilitasnya yang tinggi, murah, dan dapat diperbarui (Pranamuda 2001). Salah satu modifikasi plastik biodegradabel dengan bahan tambahan pati telah dilakukan oleh Bhatnagar dan Hanna (1996), yang melakukan pencampuran antara styrofoam dan pati. Penelitian tersebut memberikan informasi bahwa plastik styrofoam dan pati dengan komposisi 70:30 menghasilkan plastik yang dapat didegradasi
oleh lingkungan. Namun, produk yang dihasilkan tidak memberikan kualitas plastik yang baik. Styrofoam dan pati tidak dapat membentuk campuran yang kompatibel karena tingkat kepolaran keduanya yang berbeda. Pati mengandung tiga gugus hidroksil pada setiap unit ulangnya sehingga termasuk jenis polimer polar. Berbeda dengan pati, styrofoam lebih bersifat nonpolar. Akibatnya, pencampuran styrofoam dan pati menghasilkan plastik dengan kualitas mekanik yang menurun (Bhatnagar & Hanna 2006). Untuk meningkatkan gaya adhesi dan kompatibilitas keduanya, diperlukan bahan tambahan yang bersifat kompatibel. Bahan kompatibel yang ditambahkan harus dapat berikatan baik dengan pati maupun styrofoam. Singh & Sharma (2007) menggunakan poli(asam akrilat) (PAAc) sebagai bahan kompatibel pada campuran PS dan pati. Plastik yang dihasilkan dapat dihancurkan menjadi fragmen-fragmen kecil, walaupun tidak sebanyak degradasi pati murni dalam waktu yang sama. Hal ini terjadi karena PAAc murni tidak dapat dibiodegradasi. Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini mencoba mengembangkan polipaduan antara styrofoam dan pati dengan suatu bahan tambahan yang bersifat biokompatibel. Bahan tambahan tersebut harus dapat menjembatani pencampuran styrofoam dan pati, serta dapat terdegradasi secara alami di alam. Salah satu bahan biokompatibel yang sesuai dengan sifat tersebut adalah PLA. PLA merupakan jenis poliester termoplastik yang tidak larut dalam air. PLA mengandung gugus metil yang dapat berikatan dengan styrofoam dan gugus hidroksil yang dapat berikatan dengan pati sehingga mampu meningkatkan kompatibilitas pencampuran styrofoam dan pati. PLA dihasilkan dari fermentasi pati yang membentuk asam laktat (monomer PLA) sehingga PLA murni dapat terbiodegradasi seperti pati. Sifat biodegradasi dan biokompatibel pada PLA diharapkan dapat meningkatkan kualitas polipaduan styrofoam dan pati yang dihasilkan.
TINJAUAN PUSTAKA Polimer Polimer berasal dari bahasa Yunani, yaitu poly yang berarti banyak dan meros yang berarti bagian atau unit. Istilah polimer biasanya digunakan untuk mendeskripsikan zat dengan berat molekul yang tinggi sehingga polimer dapat didefinisikan sebagai suatu
