1
Deskripsi
PROSES PEMBUATAN BIOPLASTIK BERBASIS PATI SORGUM DENGAN PENGISI BATANG SINGKONG 5
Bidang Teknik Invensi Invensi ini berhubungan dengan proses pembuatan bioplastik, lebih khusus lagi proses pembuatan bioplastik ini berbahan baku pati Sorgum dan kitosan dengan plasticizer 10
gliserol dan pengisi dari batang singkong.
Latar Belakang Invensi Penggunaan plastik di dunia ini diperkirakan 500 juta hingga satu milyar kantong plastik tiap tahunnya (Nur, 2009). Bahkan peningkatan jumlah konsumsi plastik perkapita di 15
suatu negara adalah sebanding dengan pendapatan perkapita negara tersebut. Peningkatan jumlah konsumsi plastik tentu saja akan meningkatkan sampahnya. Jika sampah-sampah ini dibentangkan, dapat membungkus permukaan bumi setidaknya hingga 10 kali lapisan. Di alam, sampah plastik berbahan konvensional dari polimer sintetik tidak mudah terurai oleh mikroorganisme, dibutuhkan waktu sekitar 50 tahun agar bisa terdekomposisi atau terurai
20
sempurna (Martaningtyas 2006). Dapat dibayangkan, dalam kurun waktu yang sangat lama. Akibatnya, dibanyak tempat, plastik menjadi sumber masalah. Oleh karena itu dibutuhkan solusi untuk mengatasi masalah lingkungan ini, salah satunya yaitu mengembangkan bahan bioplastik. Bahan ini dapat diuraikan kembali oleh mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan. Pengembangan
25
bahan bioplastik menggunakan bahan alam yang terbaharui (renewable resources) sangat diharapkan. Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat bioplastik adalah senyawasenyawa yang terdapat pada tanaman seperti selulosa, pati, dan lignin, serta pada hewan seperti kasein, protein dan lipid (Bioplastics Magazine, 2006). Salah satu bahan utama pembuatan bioplastik adalah pati. Pati digunakan karena
30
merupakan bahan yang dapat atau mudah didegradasi oleh alam menjadi senyawasenyawa yang ramah lingkungan. Di Indonesia terutama di Lampung terdapat berbagai
2 tanaman penghasil tepung (pati) seperti singkong, beras, kentang, pisang dan yang lainnya. Tentunya kita dapat dengan mudah mendapatkan pati sebagai bahan utama pembuatan bioplastik, apalagi harga tanaman penghasil pati tersebut relatif murah. Sorgum ( Sorghum Bicolor L Moench ) merupakan salah satu alternatif sumber pati 5
yang cukup potensial di Indonesia. Kandungan pati dalam sorgum mencapai 80,42 %(Suarni, 2004). Pemanfaatan sorgum di Indonesia saat ini sebagian besar hanya sebagai pakan ternak, bahkan masih bermasalah dengan tingginya kandungan tannin dalam sorgum yaitu 0,40-3,60%(Sirappa, 2003). Selain itu, tanaman sorgum toleran terhadap kekeringan dan genangan air, dapat berproduksi pada lahan marginal, serta relatif tahan terhadap
10
gangguan hama. Berdasarkan hal tersebut dapat dijamin ketersediaan sorgum sepanjang tahun untuk menjaga kesinambungan bahan baku, jika nantinya akan diterapkan untuk skala komersial. Di samping itu dalam pembuatan bioplastik juga dibutuhkan bahan tambahan berupa pengisi untuk meningkatkan karakteristik mekaniknya, dalam hal ini digunakan batang singkong.
15
Berdasarkan uraian di atas, untuk meningkatkan nilai ekonomis sorgum dan batang singkong, maka kajian pembuatan bioplastik dari kedua bahan ini penting untuk dilakukan. Beberapa penelitian terdahulu telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik. Erica Budina dalam US patent 20130186303 A1 mengklaim pembuatan bioplastik dari berbagai pati antara lain pati jagung, tomat, sorgum, dan lain-lain. Invensi tersebut juga mengklaim
20
penggunaan plasticizer gliserol, sorbitol dan polietilen glikol. Pada paten ini tidak diklaim penggunaan pengisi dan kondisi kecepatan pengadukan dan jenis pengaduk dalam pembuatan bioplastik. Oleh karena itu dalam invensi yang diajukan ini, pembuatan plastik dari pati sorgum dikaji pengaruh kecepatan pengadukan dan jenis pengaduk dan penambahan pengisi
25
batang singkong untuk memperbaiki sifat bioplastik yang dihasilkan serta karakterisasinya untuk memperoleh kondisi optimum yang menyamai plastik komersial Polietilen. Invensi ini menghasilkan bioplastik Sorgum yang ramah lingkungan dengan campuran kitosan dan plasticizer gliserol serta pengisi batang singkong.
30
Ringkasan Invensi Produk yang dihasilkan invensi ini menyediakan plastik ramah lingkungan dan mudah terdegradasi di alam dengan waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan plastik komersial Polietilen.
3 Sintesa dimulai dengan pembuatan tepung (pati) sorgum dan pembuatan pengisi dari batang singkong. Pati dan kitosan dengan rasio massa 70:30 gr/gr ditimbang dengan menggunakan digital balance. Kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebagai pelarut sebanyak 0,2 mL dalam gelas ukur, sedangkan pati sorgum dilarutkan dengan aquades 5
sebanyak 231,7 mL pada gelas ukur yang terpisah. Selanjutnya larutan gliserol sebanyak 0,8 mL ditambahkan pada campuran sorgum : kitosan (70:30 gr/gr)., dan ditambahkan pengisi batang singkong sebanyak 0,5 gr. Selanjutnya water bath dipanaskan sampai suhu konstan 95oC. Sebuah gelas ukur 500 mL berisi larutan sorgum, kitosan dan gliserol serta pengisi batang singkong diletakkan di atas water bath, lalu diaduk dengan pengaduk jenis
10
turbin pada variasi kecepatan 375 rpm, 436 rpm, dan 618 rpm selama 35 menit. Gelas ukur yang berisi larutan dikeluarkan, kemudian didinginkan sebelum dicetak. Larutan sebanyak 50 mL, dituangkan kedalam cetakan teflon, kemudian dimasukkan ke dalam oven pada T=600C selama 12 jam. Setelah proses pengeringan di dalam oven, plastik dikeluarkan dari cetakannya. Kemudian plastik disimpan di dalam desikator dan dianalisis dengan Ultimate
15
Tensile Strength untuk uji kuat tarik dan perpanjangan, serta uji FTIR untuk uji gugus fungsi dari bioplastik. Langkah-langkah di atas diulangi untuk jenis pengaduk marine propeller.
Uraian Singkat Gambar Gambar 1, adalah hasil Uji FTIR bioplastik pada kecepatan pengadukan 618 rpm, 20
jumlah pengisi batang singkong 0,5 gr, konsentrasi gliserol 30%, rasio massa pati-kitosan 7:3 gr/gr. Gambar 2, adalah hasil Uji SEM bioplastik pada kecepatan pengadukan 618 rpm, jumlah pengisi batang singkong 0,5 gr, konsentrasi gliserol 30%, rasio massa pati-kitosan 7:3 gr/gr.
25 Uraian Lengkap Invensi Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan bioplastik ini adalah biji sorgum putih yang diambil patinya. Pati sorgum diperoleh dari tepung sorgum. Mula-mula biji sorgum direndam dalam air sampai empuk, lalu ditiriskan. Kemudian ditumbuk sampai halus dan 30
diayak untuk memperoleh keseragaman ukuran, kemudian dijemur, lalu ditimbang sampai beratnya konstan. Selanjutnya untuk Sintesa dimulai dengan pembuatan tepung (pati) sorgum dan pembuatan pengisi dari batang ubi kayu. Pati dan kitosan dengan rasio massa 7:3 gr/gr ditimbang dengan menggunakan digital balance. Kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebagai pelarut sebanyak 0,2 mL dalam gelas ukur, sedangkan pati sorgum
35
dilarutkan dengan aquades sebanyak 231,7 mL pada gelas ukur yang terpisah. Selanjutnya
4 larutan gliserol sebanyak 0,8 mL ditambahkan pada campuran sorgum : kitosan (70:30 gr/gr)., dan ditambahkan pengisi batang singkong sebanyak 0,5 gr. Selanjutnya Water bath dipanaskan sampai suhu konstan 95oC, dan gelas ukur 500 mL berisi larutan sorgum, kitosan dan gliserol serta pengisi batang singkong diletakkan di atasnya, lalu diaduk dengan 5
pengaduk jenis turbin pada variasi kecepatan 375 rpm, 436 rpm, dan 618 rpm selama 35 menit. Gelas ukur yang berisi larutan dikeluarkan, kemudian didinginkan sebelum dicetak. Larutan sebanyak 50 mL, dituangkan kedalam cetakan teflon, kemudian dimasukkan ke dalam oven pada T=600C selama 12 jam. Setelah proses pengeringan di dalam oven, plastik dikeluarkan dari cetakannya. Kemudian plastik disimpan di dalam desikator dan siap
10
dianalisis. Langkah-langkah di atas diulangi untuk jenis pengaduk marine propeller. Pada invensi ini diperoleh bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan, karakteristik bioplastik yang dihasilkan semakin baik (mendekati standar plastik komersial polietilen). Sedangkan jenis pengaduk yang sesuai untuk proses ini adalah turbin berdaun enam. Hasil analisis sifat mekanik dan penyerapan air bioplastik disajikan pada Tabel 1. Gambar 1 dan
15
Gambar 2 berturut-turut menunjukkan hasil uji FTIR dan SEM bioplastik pada kecepatan pengadukan 618 rpm. Hasil analisis FTIR menunjukan bahwa terdapat gugus hidroksil (-OH) pada titik puncak 3434,95-3367,7 cm pada daerah 2931,58 cm cm
20
-1
-1
-1
, sedangkan gugus (-C-H Strech) terdapat serapan
dan ikatan C=C alkene terdapat pada daerah serapan 1654,78
, terdapat juga ikatan C-F di daerah serapan 1012,32 cm
pada daerah serapan 860,08 cm
-1
-1
dan titik terendah berada
yaitu gugus C-Cl (Gambar 1). Gambar 2 menunjukkan
hasil SEM sampel bioplastik yang memperlihatkan struktur morfologi permukaan pada perbesaran 1000x., Pati sorgum, gliserol, kitosan dan pengisi dapat bercampur dengan baik.
25
30
5 Tabel 1. Data Hasil Penelitian dan Karakteristik Bioplastik Jenis
Kecepatan
Perpanjangan
Kuat Tarik
Modulus
Daya
Densitas
Impeller
Pengadukan
(strain)
(stress) Mpa
Young
Serap
(gram/ml)
(Mpa)
Air (%)
(rpm)
Turbine Propeller
Marine Propeller
5
(%)
375
21.1
0.02695
0.1279
29.65
1
436
31.23
0.04348
0.1397
45.83
1
496
25.30125
0.02817
0.1102
39.01
1.2
558
23.1
0.02082
0.0907
47.15
1
618
23.6875
0.04838
0.2049
27.56
0.8
375
35.2875
0.03675
0.1044
50.49
0.25
436
35.5625
0.03123
0.0885
80.44
1
496
35.575
0.0245
0.0697
82.37
1
558
31.8125
0.0245
0.0771
80.16
1.3
618
33.09375
0.03001
0.0908
48.21
1.3
6 Klaim 1. Suatu Bioplastik dengan komposisi pati, biopolimer, plasticizer dan pengisi, dimana pati dilarutkan dalam air kemudian diaduk dengan biopolimer, plasticizer dan pengisi, lalu dipanaskan. 5
2. Bioplastik pada klaim 1 dimana pati diperoleh dari biji sorgum putih yang digiling halus dengan ukuran 63 mikron. 3. Bioplastik pada klaim 1, di mana biopolimer yang digunakan adalah kitosan dengan ukuran partikel 63 mikron yang dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 1,2 ml. 4.
Bioplastik pada klaim 1, di mana plasticizer yang digunakan adalah gliserol dengan konsentrasi 30% berat.
10 5.
Bioplastik pada klaim 1, di mana pengisi yang digunakan adalah batang singkong yang dihaluskan dengan ukuran 63 mikron, sebanyak 0,5 gr.
6.
Proses pembuatan bioplastik dilakukan pada suhu gelatinisasi 95oC, rasio pati:kitosan 7:3 gr/gr, kecepatan pengadukan 375, 436, 618 rpm, waktu pengadukan selama 35 menit dan waktu pengeringan di dalam oven selama 12 jam dengan jenis pengaduk
15
turbin dan marine propeller. 7.
Suatu bioplastik yang diperoleh sesuai dengan proses pada klaim-klaim sebelumnya mempunyai karakteristik kekuatan tarik (tensile strength) sebesar 0,0269-0,0484 MPa, Modulus Young terbaik sebesar 0,1279-0,2049 MPa, dan penyerapan air sebesar
20
25
30
35
27,56- 45,83 %.
7 Abstrak
PROSES PEMBUATAN BIOPLASTIK BERBASIS PATI SORGUM DENGAN PENGISI BATANG SINGKONG
5 Invensi ini bertujuan untuk mengkaji efek kecepatan pengadukan dan jenis pengaduk terhadap kualitas bioplastik, dalam hal ini meliputi karakteristik fisik dan mekanik bioplastik. Studi mengenai pembuatan bioplastik campuran pati sorgum-kitosan dengan rasio 7:3 gr/gr. konsentrasi gliserol 30% berat, serta serbuk batang singkong sebagai pengisi sebanyak 10
0,5 gr. Pada invensi ini kecepatan pengadukan sebesar 375 rpm, 436 rpm, dan 618 rpm dengan jenis pengaduk turbin dan marine propeller. Perwujudan dari invensi ini adalah karakteristik kekuatan tarik (tensile strength) sebesar 0,0269-0,0484 MPa, Modulus Young terbaik sebesar 0,1279-0,2049 MPa, dan penyerapan air sebesar 27,56- 45,83 %.
15
8
Gambar 1. 5
Gambar 2
