PENCIRIAN PLASTIK ANTIOKSIDAN PADUAN POLI(ASAM LAKTAT)-LILIN LEBAH DENGAN PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILENA GLIKOL
ASA MARIFA DYANZINI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
ABSTRAK ASA MARIFA DYANZINI. Pencirian Plastik Antioksidan Paduan Poli(asam laktat)-Lilin Lebah dengan Penambahan Pemlastis Polietilena Glikol. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA. Penggunaan plastik konvensional sebagai pembungkus makanan menyebabkan masalah lingkungan dan kesehatan. Plastik antioksidan paduan poli(asam laktat) (PLA) dan lilin lebah dengan penambahan pemlastis polietilena glikol dapat menjadi alternatif yang potensial sebagai plastik biodegradabel. Plastik paduan PLA-lilin lebah dihasilkan dari larutan PLA dan lilin lebah dengan nisbah komposisi 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, dan 80:20 dengan ragam polietilena glikol 0,005; 0,01; dan 0,02 g. Analisis dilakukan dengan mengukur bobot jenis, kekuatan tarik, morfologi, dan gugus fungsi. Bobot jenis, kekuatan tarik, dan perpanjangan putus plastik meningkat seiring dengan peningkatan komposisi PLA. Analisis gugus fungsi menunjukkan interaksi terjadi secara fisika. Hasil morfologi plastik menunjukkan homogenitas yang baik. Nisbah PLA-lilin lebah 80:20 dengan komposisi polietilena glikol 0,01 g memiliki sifat mekanik yang terbaik.
ABSTRACT ASA MARIFA DYANZINI. Characterization of Antioxidant Plastic Poly(lactic acid)-Beeswax Blend with Polyethylene Glycol Addition as Plasticizer. Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA. The use of conventional plastics for packaging food has caused environmental and health problems. Antioxidant plastic poly(lactic acid) (PLA) and beeswax blend with polyethylene glycol addition as plasticizer can be a potential alternative for preparing biodegradable plastic. PLA-beeswax blend plastics were produced from PLA and beeswax solution with various compositions, i.e. 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, and 80:20 by weight with polyethylene glycol level of 0,005; 0,01; and 0,02 g. The analysis was performed to measure density, tensile strength, morphological, and functional groups. Tensile strength, elongation, and density increases with the increasing PLA constituents. Functional group analysis showed a physical interaction. Plastic morphological results showed a good homogenous properties. PLA-beeswax ratio of 80:20 with the composition of polyethylene glycol 0,01 g produced the best mechanical properties.
PENCIRIAN PLASTIK ANTIOKSIDAN PADUAN POLI(ASAM LAKTAT)-LILIN LEBAH DENGAN PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILENA GLIKOL
ASA MARIFA DYANZINI
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 2012
3
Judul skripsi : Pencirian Plastik Antioksidan Paduan Poli(asam laktat)-Lilin Lebah dengan Penambahan Pemlastis Polietilena Glikol Nama : Asa Marifa Dyanzini NIM : G44080113
Disetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr Tetty Kemala, SSi, MSi NIP 19710407 199903 2 001
Drs Ahmad Sjahriza NIP 19620406 198903 1 002
Diketahui, Ketua Departemen Kimia
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal lulus:
4
PRAKATA Puji syukur kepada Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Pencirian Plastik Antioksidan Paduan Poli(asam laktat)-Lilin Lebah dengan Penambahan Pemlastis Polietilena Glikol. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr Tetty Kemala, SSi, MSi dan Bapak Drs Achmad Sjahriza selaku pembimbing yang senantiasa memberikan saran dan kritik yang membangun kepada penulis selama melakukan penelitian. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bank Indonesia yang telah memberikan beasiswa selama perkuliahan dan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada ayahanda tersayang Deddy Nurdin, SE, MAg dan Ibunda terkasih Fitriyati, BSc atas doa dan kasih sayangnya. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman seperjuangan, yaitu Ade Irawan, Guslina Harahap dan teman-teman Kimia 45 atas bantuan dan dorongannya selama penelitian. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Juli 2012
Asa Marifa Dyanzini
5
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 13 Februari 1990 dari Bapak Deddy Nurdin dan Ibu Fitriyati. Penulis adalah putri ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2008, penulis lulus dari SMA Negeri 104 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Nasional Mahasiswa Baru Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia Tingkat Persiapan Bersama (TPB) pada tahun ajaran 2009/2010 dan 2010/2011, asisten Praktikum Kimia Fisik pada tahun 2010/2011, serta asisten Kimia Polimer pada tahun ajaran 2011/2012. Penulis juga aktif dalam organisasi Ikatan Mahasiswa Kimia (IMASIKA) tahun ajaran 2010/2011 dan kepanitiaan lainnya. Bulan Juli-Agustus 2011 penulis berkesempatan melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di PT Indofarma Tbk. dengan judul laporan Pemastian Mutu Produk Jadi Cefotaxim 1,0 g Injeksi Kering PT Indofarma (persero) Tbk. Bets 1107013.
6
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... vii PENDAHULUAN ................................................................................. ...........
1
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ......................................................................................... Metode .....................................................................................................
1 1
HASIL PEMBAHASAN Paduan PLA-Lilin Lebah .......................................................... ................... Sifat Mekanik (Kuat Tarik) ............................................................ .............. Bobot Jenis ................................................................................... ................ Gugus Fungsi .................................................................................. ............. Sifat Morfologi ............................................................................. ................
2 3 4 4 5
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .................................................................................................. Saran ........................................................................................................
7 7
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
7
LAMPIRAN ...................................................................................................
8
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Plastik paduan komposisi 80:20 dengan penambahan PEG ............................
2
2 Grafik hubungan komposisi PLA-lilin lebah dengan kekuatan tarik ...... ........
3
3 Grafik hubungan komposisi PLA-lilin lebah dengan perpanjangan putus .....
3
4 Grafik hubungan komposisi PLA-lilin lebah dengan bobot jenis ...................
4
5 Foto permukaan plastik antioksidan paduan perbesaran 5000× ......................
5
6 Spektrum FTIR (a) PLA, (b) lilin lebah, dan (c) PLA:lilin lebah .................. .
6
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian .......................................................................................
9
2 Komposisi pembuatan paduan ......................................... ............................. 10 3 Pengamatan visual plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah ............... ..... 11 4 Analisis kekuatan tarik dan perpanjangan putus .......................................... 12 5 Analisis bobot jenis plastik paduan.................................... ............................ 13
1
PENDAHULUAN Penggunaan plastik dalam berbagai aplikasi kehidupan semakin meningkat, khususnya sebagai pembungkus makanan. Plastik poliolefin sering digunakan karena sifat mekanisnya yang baik dan murah. Plastik ini juga memiliki kelemahan yaitu sulit terurai di lingkungan (Martino et al. 2005). Oleh karena itu, diperlukan upaya pencarian polimer biodegradabel yang aman untuk mengantikan plastik nondegradabel tersebut. Plastik pembungkus makanan yang baik harus dapat melindungi makanan dari segala kondisi selama masa penyimpanan. Umumnya kerusakan makanan disebabkan oleh reaksi oksidasi yang menyebabkan perubahan nilai gizi, rasa, dan warna pada makanan (Morales & Tenuta 2005). Plastik antioksidan merupakan teknik yang dapat digunakan untuk memperpanjang masa simpan produk (Byun et al. 2010). Beberapa antioksidan alami dan sintetik dimasukkan ke dalam struktur kemasan untuk mendapatkan plastik antioksidan (Jamshidian 2012). Plastik antioksidan biodegradabel menjadi fokus perhatian karena sifatnya yang ramah lingkungan. Poli(asam laktat) (PLA) merupakan polimer biodegrabadel yang sangat berpotensi sebagai plastik pembungkus makanan, karena sifatnya yang stabil dalam berbagai aplikasi, mudah diproduksi, dan menunjukkan sifat mekanis yang baik (Byun et al. 2010). Harga PLA dipasaran relatif mahal sehingga diperlukan teknik modifikasi untuk mengurangi biaya produksi. Salah satu teknik yang dapat digunakan adalah memadukan dengan material lain. Teknik ini juga bertujuan mendapatkan polimer dengan karakteristik kombinasi dari material induknya (David 2004). Pembuatan plastik biodegradabel telah banyak dilakukan, diantaranya adalah polipaduan poli(ɛ-kaprolakton)-pati (Hasan et al. 2007), PLA-pati (Pranamuda 2008), PLApati-kitosan (Firdaus et al. 2008), PLA-poli(ɛkaprolakton) (Felani 2010), dan PLA-lilin lebah (Ningsih 2011). Pembuatan plastik antioksidan dari paduan PLA-lilin lebah menjadi fokus perhatian karena ketersediaan lilin lebah yang banyak di alam sehingga mudah didapat dengan harga yang relatif terjangkau. Pemanfaatan lilin lebah sebagai material tambahan diharapkan dapat menurunkan biaya produksi. Pembuatan plastik yang ramah lingkungan dengan paduan PLA-lilin lebah telah dilakukan oleh Ningsih (2011), namun film yang dihasilkan belum
optimal karena rendahnya fleksibilitas dari paduan. Sifat ini dapat diatasi dengan penambahan pemlastis (Martino et al. 2005). Polietilena glikol (PEG) merupakan pemlastis yang banyak digunakan pada pembuatan plastik PLA karena dapat meningkatkan kekuatan tarik dan meningkatkan kelenturan film PLA (Hu et al. 2003). Antioksidan yang digunakan dalam penelitian ini adalah α-tokoferol. Antioksidan ini dipilih karena alami, stabil pada kondisi pemrosesan film konvensional, dan juga berfungsi sebagai penstabil yang dapat menyatukan material polimer. Butil hidroksitoluena (BHT) ditambahkan dalam pembuatan plastik antioksidan berfungsi melindungi PLA dari degradasi selama pembuatan (Byun et al. 2010). Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan pembuatan dan pencirian plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah dengan penambahan PEG. Penelitian ini, diharapkan dapat menghasilkan plastik antioksidan yang memiliki sifat mekanis yang baik. Penelitian bertujuan membuat plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah dengan penambahan pemlastis PEG, mempelajari pengaruh nisbah komposisinya, dan menganalisis sifat mekanik, gugus fungsi, dan morfologi plastik yang dihasilkan.
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah pengaduk magnetik, piknometer pirex 25 mL, alat uji tarik Tenso lab-MEY, spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR) Shimadzu, mikroskop elektron payaran (SEM) Jeol/EO-JSM-6510. Bahan-bahan yang digunakan adalah poli(asam laktat) (PLA) yang diperoleh dari Toyota, lilin lebah, αtokoferol, butil hidroksitoluena (BHT), dan polietilena glikol (PEG) yang diperoleh dari Merck, diklorometana, aseton, dan akuades. Metode Tahapan penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah pada berbagai komposisi dengan penambahan PEG. Tahap pencirian meliputi penentuan bobot jenis plastik, pengujian kekuatan tarik, analisis gugus fungsi dengan spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR), dan analisis morfologi dengan mikroskop elektron payaran (SEM) (Lampiran 1).
2
Pembuatan plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah (modifikasi Ningsih 2011; Byun 2010) Lilin lebah dibersihkan terlebih dahulu dengan cara dipanaskan pada penangas air pada suhu dibawah 60o C. PLA dan lilin lebah ditimbang sesuai dengan komposisi yang diinginkan (Lampiran 2). Bahan PLA dan lilin lebah dengan berbagai komposisi, masingmasing dilarutkan ke dalam pelarut diklorometana dan diaduk dengan pengaduk magnetik hingga homogen. Larutan PLA dan larutan lilin lebah yang telah diaduk, dicampur dan diaduk beberapa saat. Setelah itu, αtokoferol, BHT, dan PEG ditambahkan. Paduan diaduk kembali selama 1 jam dengan kecepatan 350 rpm. Paduan yang terbentuk didiamkan selama 20 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak di cawan petri. Setelah itu, film dikeringkan dalam oven pada suhu 50° C selama 30 menit dan film dilepaskan (Ningsih 2011). Pengujian kekuatan tarik plastik Film yang telah dikeringkan dipotong dengan ukuran panjang 20 mm dan lebar 20 mm. Pengujian dilakukan menggunakan seperangkat alat uji tarik dengan cara kedua ujung sampel dijepit mesin penguji. Selanjutnya, panjang awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan pada posisi 0 pada grafik. Tombol mulai dinyalakan dan alat akan menarik contoh uji sampai putus. Pengukuran perpanjangan putus dilakukan dengan cara yang sama dengan pengujian kekuatan tarik. Penentuan bobot jenis plastik Bobot jenis setiap sampel paduan diukur dengan cara setiap sampel dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan pembolong kertas. Bobot kosong piknometer ditimbang (W0). Potongan sampel dimasukkan ke dalam piknometer dan ditimbang (W1). Akuades ditambahkan ke dalam piknometer yang telah berisi potongan sampel hingga tidak terdapat gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Piknometer yang hanya berisi akuades ditimbang bobotnya (W3). Bobot jenis sampel ditentukan berdasarkan data yang didapat melalui persamaan: D=(
(
) ) (
)
×[
−
Keterangan: D = bobot jenis contoh (g/mL) D1 = bobot jenis air (g/mL)
]+
D0 = bobot jenis udara pada suhu percobaan (g/mL) Analisis gugus fungsi plastik Analisis dilakukan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR). Sampel yang berupa film ditempatkan ke dalam tempat contoh,. Spektrum FTIR dari paduan direkam menggunakan spektrometer pada suhu ruang. Hasilnya didapat berupa spektrogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas. Analisis morfologi plastik Analisis dilakukan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM). Sampel yang berupa film dimasukkan ke dalam tempat sampel dengan perekat ganda dan dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel yang telah dilapisi diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV. Hasil yang didapat dicetak.
HASIL PEMBAHASAN Plastik antikosidan paduan PLA-lilin lebah Kompatibilitas paduan dapat dianalisis secara kualitatif yaitu dengan melakukan pengamatan secara visual. Kompatibilitas paduan merupakan gambaran kekuatan interaksi yang terjadi pada rantai-rantai paduan. Semakin kompatibel paduan maka semakin homogen paduan yang dihasilkan (Kemala et al. 2010). Film yang homogen terbentuk jika tidak terlihat lagi perbedaan antar komponen-komponen penyusunnya, baik dalam bentuk, ukuran, maupun warna karena semua komponennya telah tercampur secara merata (Rosida 2007). Pengamatan secara visual ditunjukkan pada Gambar 1. Penampakkan plastik difoto dengan kamera digital. Berdasarkan pengamatan visual, plastik antioksidan paduan berwarna putih dan cenderung transparan (Lampiran 3). Berdasarkan pengamatan indera peraba plastik berstruktur licin dan memiliki tingkat kerapuhan yang beragam. Film dengan komposisi 80:20 dan 70:30 dengan penambahan pemlastis polietilena glikol 0,005; 0,01; dan 0,02 g memiliki struktur yang lebih kuat, lebih halus, dan lebih transparan dibandingkan plastik lainnya. Plastik dengan komposisi PLA-lilin lebah 60:40 dengan penambahan pemlastis polietilena glikol 0,005 dan 0,01 g memiliki struktur yang lebih baik dibandingkan plastik
3
dengan penambahan 0,02 g polietilena glikol pada komposisi PLA-lilin lebah yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan pemlastis yang terlalu banyak dapat menjadikan plastik semakin rapuh. Penambahan pemlastis yang sesuai komposisi menjadikan plastik semakin liat dan tidak mudah hancur.
ulurannya. Plastik umumnya memiliki ketahanan ulur dan memanjang 20-100% (Sperling 2006). Analisis perpanjangan putus menunjukkan sifat ketahanan ulur paduan PLA-lilin lebah berkisar 17-36% (Lampiran 4). Hal ini menunjukkan paduan yang dibuat termasuk ke dalam kategori plastik. 0,35 kekuatan tarik (Kgf/cm2)
0,3
(a)
(b)
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 40:60
Plastik dengan komposisi PLA-lilin lebah 40:60 dengan komposisi polietiena glikol 0,005; 0,01; dan 0,002 g terasa lebih kasar dan rapuh. Penambahan pemlastis polietilena glikol 0,02 g pada komposisi yang sama menghasilkan plastik yang paling rapuh diantara plastik lainnya. Hal ini menunjukkan penambahan pemlastis yang telalu banyak dapat membuat paduan kurang kompatibel. Hal ini disebabkan oleh terlalu banyaknya interaksi molekuler yang dihasilkan oleh pemlastis dan komponen penyusun plastik paduan. Prinsip kerja pemlastis adalah membentuk interaksi molekuler dengan rantai polimer sehingga ruang antar rantai semakin lebar dan memungkinkan polimer untuk bergerak lebih bebas (Sperling 2006). Hal ini menunjukkan polietilena glikol dapat digunakan sebagai pemlastis dengan penggunaan komposisi yang sesuai. Sifat Mekanik (Uji Tarik) Uji tarik bahan polimer dapat memberikan informasi mengenai sifat mekanik seperti kuat tarik dan perpanjangan putus. Kekuatan tarik adalah tegangan maksimum spesimen untuk menahan gaya yang diberikan sebelum putus, sedangkan perpanjangan putus merupakan perubahan panjang maksimum yang dialami spesimen pada saat ditarik sampai putus. Polimer dapat dibedakan berdasarkan sifat fisiknya, terutama ketahanan terhadap
80:20
Gambar 2 Grafik hubungan komposisi PLA:lilin lebah dengan kekuatan tarik, PEG: 0,005 g, 0,01 g, 0,02 g. 50 perpanjangan putus (%)
(c) Gambar 1 Plastik paduan komposisi 80:20 dengan penambahan polietilena glikol (a) 0,02 g (b) 0,01 g (c) 0,005 g.
50:50 60:40 70:30 PLA:lilin lebah (%)
40 30 20 10 0 40:60
50:50
60:40
70:30
80:20
PLA:Lilin lebah (%)
Gambar 3 Grafik hubungan komposisi PLA:lilin lebah dengan perpanjangan putus, PEG: 0,005 g, 0,01 g, 0,02 g. Berdasarkan pengukuran uji tarik yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3, secara umum terjadi peningkatan kuat tarik dan perpanjangan putus dengan meningkatnya komposisi PLA pada plastik (Lampiran 4). Peningkatan ini disebabkan oleh PLA memiliki sifat semikristalin yang menjadikan molekul plastik yang semakin teratur, dan sebaliknya semakin banyak komposisi lilin lebah pada plastik maka semakin rendah kuat tarik dan perpanjangan putus. Tambahan komposisi lilin lebah menyebabkan paduan semakin rapuh dan kuat tarik semakin rendah. Hal ini disebabkan oleh bobot jenis lilin lebah yang rendah. Polimer dengan bobot molekul yang rendah akan memiliki kekuatan mekanik yang rendah pula (Carraher 2003). Selain itu, lilin lebah juga memiliki efek antiplastis karena bersifat hidrofobik (Ningsih 2011). Hal
4
Bobot Jenis Tingkat keteraturan suatu molekul dalam menempati ruang dapat diketahui dengan menganalisis bobot jenis dari molekul tersebut. Semakin besar bobot jenis molekul maka semakin tinggi tingkat keteraturan molekul dalam menempati ruang. Analisis bobot jenis dilakukan menggunakan piknometer dengan metode penentuan berat jenis padatan, yang dilampirkan pada Lampiran 5. Berdasarkan hasil analisis bobot jenis yang ditunjukkan pada Gambar 4, pencirian bobot jenis plastik paduan dengan penambahan pemlastis polietilena glikol menunjukkan adanya kecenderungan peningkatan bobot jenis seiring dengan peningkatan komposisi PLA. Hal ini disebabkan struktur PLA yang berbentuk semikristalin, yaitu polimer yang memiliki strukturnya berada antara amorf dan kristalin. Amorf merupakan struktur polimer yang tidak teratur, sedangkan kristalin merupakan struktur polimer yang teratur (Stuart 2003). Oleh karena itu, peningkatan nisbah PLA menyebabkan peningkatan bobot jenis paduan. Selain itu, pada Gambar 4 juga menunjukkan bahwa bobot jenis plastik pada
penambahan polietilena glikol 0,005 g dan 0,02 g menghasilkan peningkatan yang tidak konstan, sedangkan pada penambahan polietilena glikol 0,01 g grafik yang dihasilkan cenderung stabil. Hal ini menunjukkan penambahan polietilena glikol sebanyak 0,01 g hanya sedikit mempengaruhi plastik antioksidan, dengan demikian penggunaan polietilena glikol sebanyak 0,01 g merupakan komposisi yang sesuai untuk plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah karena tidak mempengaruhi plastik secara signifikan. Hasil pengukuran pada Gambar 4 juga menunjukkan kecenderungan penurunan bobot jenis seiring dengan penambahan pemlastis polietilena glikol. Penurunan bobot jenis plastik akibat peningkatan konsentrasi pemlastis disebabkan oleh molekul pemlastis dapat meningkatkan mobilitas molekul polimer dan membuat polimer menjadi lebih amorf. Struktur molekul amorf memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada molekul kristalin. Penurunan kerapatan molekul menyebabkan densitas dari molekul tersebut menjadi lebih rendah (Syamsu et al. 2007). 2,5 Bobot Jenis (g/mL)
ini menjadikan lilin lebah sulit terikat dengan air yang menjadikan plastik menjadi rapuh. Analisis kekuatan tarik dan perpanjangan putus memperlihatkan bahwa plastik dengan komposisi PLA-lilin lebah 80:20 dengan penambahan pemlastis 0,01 g memiliki sifat mekanik yang terbaik. Pengaruh penambahan pemlastis, secara umum juga dapat menurunkan kuat tarik dari polimer. Penambahan pemlastis polietilena glikol sebanyak 0,01 g menghasilkan kuat tarik yang lebih baik dibandingkan penambahan sebanyak 0,005 dan 0,02 g. Hal ini disebabkan oleh interaksi dari komponen pemlastis sebanyak 0,01 g dengan komponen plastik lebih merata. Peningkatan pemlastis polietilena glikol berarti pula meningkatkan jumlah partikel polietilena glikol yang dapat berinteraksi dengan plastik. Keberadaan molekul polietilena glikol yang lebih merata diduga menyebabkan mobilitas plastik menjadi lebih tinggi dan meningkatkan kecepatan viskoelastis polimer apabila menerima gaya dari luar sehingga kuat tarik dan pemanjangan putus meningkat (Syamsu et al. 2007). Hal ini menandakan penambahan pemlastis sebanyak 0,01 g merupakan komposisi yang sesuai, karena menghasilkan sifat mekanik yang paling baik.
2 1,5 1 0,5 0 40:60
50:50 60:40 70:30 PLA:Lilin Lebah (%)
80:20
Gambar 4 Grafik hubungan komposisi PLALilin lebah dengan bobot jenis, PEG: 0,005 g, 0,01 g, 0,02 g. Bobot jenis plastik yang dihasilkan berada pada kisaran 0,1995 g/mL sampai dengan 2,2701 g/mL. Bobot jenis tertinggi dimiliki oleh komposisi PLA-lilin lebah 80:20 dengan penambahan polietilena glikol 0,005 g, sedangkan berat jenis jenis terendah dimiliki oleh plastik dengan komposisi PLA-lilin lebah 40:60 dengan polietilena glikol 0,02 g. Analisis Gugus Fungsi Analisis gugus fungsi dilakukan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR). Analisis bertujuan mengetahui interaksi yang terjadi pada proses pencampuran plastik paduan. Proses pencampuran secara fisika maupun
5
kimia dapat dianalisis dari puncak-puncak gugus fungsi yang terbentuk. Munculnya gugus fungsi baru pada spektrogram menandakan terbentuknya interaksi secara kimia, sedangkan pencampuran secara fisika ditandai dengan adanya gabungan gugus fungsi antara komponen-komponen penyusun plastik paduan. Energi elektromagnetik radiasi inframerah mampu menyebabkan atom-atom atau gugus-gugus atom bervibrasi. Keadaan vibrasi ini sifatnya khas dan terkuantisasi. Vibrasi hanya akan terjadi bila molekul mengabsobsi energi yang sesuai. Oleh karena itu spektrum tidak terjadi secara kontinyu melainkan sebagai deretan puncak-puncak dalam spektrogram (Harvey 2000). Spektrum yang keluar dari karakterisasi menggunakan FTIR adalah bilangan gelombang dan transmitan. Menurut Steven (2007) FTIR bermanfaat dalam meneliti paduan-paduan polimer. Analisis spektrum pada Gambar 6, secara berurutan menunjukkan puncak-puncak spektrum dari PLA, lilin lebah, dan paduan PLA-lilin lebah komposisi 80:20 dengan penambahan pemlastis polietilena glikol sebanyak 0,01 g. Berdasarkan analisis spektrum pada Tabel 1, terlihat gugus fungsi dari PLA dan lilin lebah muncul kembali pada spektrum paduan dengan puncak yang hampir sama dan tidak terlihat adanya puncak baru yang menandakan tidak terbentuknya gugus fungsi baru. Dengan demikian, spektrum paduan yang teramati merupakan gabungan antara PLA dan lilin lebah. Hal ini menunjukkan bahwa plastik yang terbentuk bercampur secara fisik.
Analisis Morfologi Sifat morfologi dari plastik paduan dianalisis dengan mikroskop elektron payaran (SEM). Prinsip kerja SEM adalah permukaan contoh dibombardir oleh elektron berenergi tinggi dengan energi kinetik 1-25 kV. Elektron yang berenergi rendah dilepaskan dari atom-atom yang ada pada permukaan contoh dan akan menentukan bentuk contoh (Ningsih 2011). Analisis bertujuan mengetahui permukaan dari plastik paduan. Plastik yang dianalisis adalah plastik yang memiliki homogenitas paling tinggi, yaitu plastik komposisi PLA:lilin lebah 80:20 dengan penambahan pemlastis polietilena glikol 0,02 g. Berdasarkan hasil SEM yang ditunjukkan pada Gambar 5 dengan pembesaran 5000×, terlihat bahwa paduan memiliki struktur permukaan yang halus dan rata. Hasil ini menunjukkan plastik yang dihasilkan sudah homogen. Gambar 5 juga menunjukkan tidak terdapatnya pori pada permukaan plastik. Tidak terbentuknya pori disebabkan oleh penguapan pelarut yang sempurna. Pembuatan plastik dengan metode perendaman di dalam air dapat membentuk pori dipermukaan plastik karena polietilena etilena larut dalam air. Oleh karena itu, pembuatan plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah menggunakan metode penguapan.
Gambar 5 Foto permukaan paduan PLAlilin lebah 80:20 perbesaran 5000×. Tabel 1 Analisis gugus fungsi Sampel PLA
Lilin lebah
Plastik PLA-lilin lebah & PEG
Bilangan gelombang (cm-1) 2997 1751 1454 1045 2854 & 2931 1739 1014-1242 2997 2850 & 2916 1755 1458 1045
Gugus fungsi Uluran C-H (-CH3) C=O karbonil Tekukan C-O-H Uluran C-O ester jenuh Uluran C-H (-CH2) C=O karbonil Uluran C-O ester jenuh Uluran C-H (-CH3) Uluran C-H (-CH2) C=O karbonil Tekukan C-O-H Uluran C-O ester jenuh
Pustaka Lambert et al. 1998 2800-3000 1650-1850 1280-1430 1000-1300 2800-3000 1650-1850 1000-1300 2800-3000 2800-3000 1650-1850 1280-1430 1000-1300
68
(a)
(b)
(c) Gambar 6 Spekrum FTIR (a) PLA (b) lilin lebah dan (c) plastik paduan PLA:lilin lebah (80:20) polietilena glikol 0,01 g.
7
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Plastik antioksidan paduan PLA-lilin lebah dengan penambahan polietilena glikol sudah berhasil dibuat. Berdasarkan analisis bobot jenis, kekuatan tarik, perpanjangan putus, gugus fungsi, dan morfologi menghasilkan plastik dengan penambahan polietilena glikol 0,01 g adalah plastik dengan komposisi terbaik. Polietilena glikol dapat menjadi pemlastis paduan PLA-lilin lebah dengan komposisi yang sesuai. Saran Penelitian lanjutan sebaiknya dilakukan analisis Differential Scanning Calorimetri (DSC) agar dapat mengetahui kompatibilitas paduan, meliputi suhu transisi gelas (Tg) dan titik leleh (Tm) dari paduan yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA Byun Youngjae, Kim Teck Young, Whiteside Scott. 2010. Characterization of an antioxidant polylactic acid (PLA) film prepared with α-tocopherol, BHT and polyethylene glycol using film cast extruder. J Food Eng 100: 239-244. Carraher CE. 2003. Polymer Chemistry: An Introduction. New York: Marcel Dekker. David FJ. 2004. Polymer Chemistry. New York: Oxford University. Felani N. 2010. Sifat mekanis polipaduan polistirena-pati menggunakan zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Firdaus F, Mulyaningsih S, Anshory H. 2008. Sintesis film kemasan ramah lingkungan dari komposit pati, khitosan, dan asam polilaktat dengan gliserol: studi morfologi dan karakteristik mekanik. Jurnal logika 5: 1-4. Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. New York: McGraw-Hill. Hasan M, Areana IM, Sulastri, Rusmana, Hanum L. 2007. Plastik ramah lingkungan dari poli(ɛ-kaprolakton) dan pati tapioka dengan penambahan refined bleached and deodorized palm oil (RBDPO) sebagai
pemlastis alami. Jurnal Purifikasi 8(2): 133-138. Hu Y, Hu YS, Topolkaraev V, Hiltner A, Baer E. 2003. Cristallization and phase separation in blends of high stereoregular poly(laktide) with poly(ethylene glycol). Polymer 44: 5681-6689. Jamshidian M, Tehrany EA, Imran M, Akhtar MJ, Cleymand F, Desobry S. 2012. Structural, mechanical, and barrier properties of active PLA–antioxidant films. J Food Eng 2012. Kemala T. Fahmi MS, dan Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan polistirena-pati. Indonesian J Mat Sci 12(1): 30-35. Martino VP, Ruseckaite RA, Jiménez A. 2005. Processing and Mechanical characterization of plasticized Poly (lactide acid) films for food packaging. Proceeding of The 8th Polymers for Advanced Technologies International Symposium; Budapest, Hungary, 13-16 Sep 2005. Morales AIC, Tenuta FA. 2005. Oxidation of cholesterol in mayonnaise during storage. Food Chem 89: 611-615. Ningsih PR. 2011. Pembuatan dan pencirian polipaduan poli(asam laktat)-lilin lebah [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Pranamuda H. 2001. Pengembangan bahan plastik biodegradabel berbahan baku pati tropis. Di dalam: Seminar Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21; Jakarta 1-4 feb 2001. Jakarta: Sinergy Forum-PPI Tokyo of Technology; 2001. hlm 1-6. Rosida A. 2007. Pencirian poliblend poli(asam laktat) dengan poli(ɛkaprolakton). [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Sperling LH. 2006. Introduction to Physical Polymer Chemistry. Ed ke-4. New Jersey: Wiley. Stevens MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Polymer Chemistry: An Introduction. Stuart BH. 2003. Polymer Analysis. England: Wiley.
8
Syamsu K, Hartoto L, Fauzi AM, Suryani A, Rais D. 2007. Peran PEG 400 dalam pembuatan lembaran bioplastik polihidroksialkanoat yang dihasilkan oleh Ralstonia eutropha dari substrat hidrolisat PAT1 sagu. Jurnal Ilmu Pertanian Indonesia 12(2): 63-68.
11
LAMPIRAN
12
Lampiran 3 Pengamatan visual plastik paduan PLA-Lilin lebah
(a)
(b)
(c)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
(m)
(n)
(o)
(d)
10
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
PEG, BHT, tokoferol
11
Lampiran 2 Komposisi pembuatan paduan* Komposisi PLA: lilin lebah (%) 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20
Bobot Sampel (g) PLA Lilin lebah 0.4000 0.6000 0.5000 0.5000 0.6000 0.4000 0.7000 0.3000 0.8000 0.2000 0.4000 0.6000 0.5000 0.5000 0.6000 0.4000 0.7000 0.3000 0.8000 0.2000 0.4000 0.6000 0.5000 0.5000 0.6000 0.4000 0.7000 0.3000 0.8000 0.2000
*modifikasi metode Byun (2010)
PEG (g) 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020
BHT (g) 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
Tocopherol (g) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
13
Lampiran 4 Analisis kekuatan tarik dan perpanjangan putus Komposisi (PLA:Lilin lebah) 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20
Polietilena glikol (g) 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020
Contoh perhitungan: Panjang awal = 2 mm Lebar awal = 2 mm τ
= =
, ,
× ,
= 0,7500 kgf/cm2
F maks (kgf) 3,00 3,00 9,00 13,00 33,00 4,00 12,00 18,00 41,00 118,00 3,00 7,00 13,00 18,00 93,00
Kuat tarik (kgf/cm2) 0,7500 0,7500 2,2500 3,2500 8,2500 1,0000 3,0000 4,5000 10,250 29,500 0,7500 1,7500 3,2500 4,5000 23,250
Perpanjangan putus (%) 17,00 22,00 23,50 25,00 34,50 22,75 23,50 27,50 30,00 43,50 19,00 22,00 24,00 27,50 36,75
14
Lampiran 5 Analisis bobot jenis plastikpaduan
Komposisi PLA-Lilin lebah
Polietilena glikol
W1
W2
W3
Densitas (g/mL)
40:60
0,005
17,8323
42,4439
42,4270
1,0979
50:50
0,005
17,9261
42,4888
42,4272
1,1586
60:40
0,005
17,8500
42,4499
42,4272
1,8961
70:30
0,005
17,8521
42,4340
42,4270
1,9800
80:20
0,005
17,8637
42,4328
42,4271
2,2701
40:60
0,010
17,8297
42,4292
42,4269
0,9405
50:50
0,010
17,8414
42,4298
42,4269
0,9782
60:40
0,010
17,5445
42,4267
42,4268
0,9966
70:30
0,010
17,3911
42,4346
42,4270
1,0758
80:20
0,010
17,8798
42,4221
42,4267
1,0870
40:60
0,020
17,8895
42,4207
42,4271
0,1995
50:50
0,020
17,8346
42,4223
42,4270
0,4213
60:40
0,020
17,8370
42,4160
42,4270
0,7573
70:30
0,020
17,8380
42,4272
42,4762
0,8702
80:20
0,020
17,8234
42,4273
42,5125
0,9283
Contoh perhitungan: Suhu pada saat percobaan 28 °C W0= 19,0248 g DI = 0,99623 g/mL Da = 0,00125 g/mL (
D =( D=
) ) (
) (
(
,
×[
, ,
D = 1,0979 g/mL
− ,
) (
]+
) ,
,
)
× [0,99623 − 0,00125] + 0,00125
