PRODUKSI BIODEGRADABLE PLASTIC MELALUI PENCAMPURAN PATI SAGU TERMOPLASTIS DAN COMPATIBILIZED LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE MARIA ULFA CHRISTIANTY

Transkripsi

1 PRODUKSI BIODEGRADABLE PLASTIC MELALUI PENCAMPURAN PATI SAGU TERMOPLASTIS DAN COMPATIBILIZED LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE MARIA ULFA CHRISTIANTY SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Produksi Biodegradable Plastic melalui Pencampuran Pati Sagu Termoplastis dan Compatibilized Linear Low Density Polyethylene adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini Bogor, Agustus 2009 Maria Ulfa Christianty NIM F

3 ABSTRACT MARIA ULFA CHRISTIANTY. Production of Biodegradable Plastic through Blending of Thermoplastic Sago Starch with Compatibilized Linear Low Density Polyethylene. Under direction of TITI CANDRA SUNARTI and HARDANING PRANAMUDA. This research explored the possibility of sago starch for blending with synthetic plastic polymer. In order to improve the physico-mechanical properties and the compatibility of the blend system, sago starch was modified into thermoplastic sago starch, while Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) was compatibilized by addition maleic anhydride. Thermoplastic sago starch was produced of compounding of starch with 20% of glycerol and 25% of water. This compound showed the best physico-mechanical properties when blending with 80% compatibilized LLDPE (compt.-lldpe). The results indicated that 40% of thermoplastic sago starch in the blends was the best composition in terms of mechanical properties and its biodegradability. Blending of thermoplastic sago starch up to 40% improved the biodegradability and maintained the tensile strength up to 110 kgf/cm 2. The test for biodegradability showed high coverage of mold growth (Penicillium sp. and Aspergillus niger) on the surface plastic, i.e 85-95% and high degree of biodegradation by α-amylase, i.e 24,70%. Keywords: thermoplastic sago starch, compt.-lldpe, tensile strength, biodegradability.

4 RINGKASAN MARIA ULFA CHRISTIANTY. Produksi Biodegradable Plastic melalui Pencampuran Pati Sagu Termoplastis dan Compatibilized Linear Low Density Polyethylene. Dibimbing oleh TITI CANDRA SUNARTI dan HARDANING PRANAMUDA. Perkembangan teknologi polimer plastik telah membawa banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Berbagai keunggulan yang dimiliki plastik menyebabkan material ini banyak digunakan untuk berbagai aplikasi. Namun demikian, bahan ini juga menimbulkan permasalahan berskala global, baik bagi lingkungan dan kesehatan. Salah satu solusi alternatif untuk menjawab permasalahan plastik adalah melalui pengembangan biodegradable plastic yaitu dengan menggunakan pati termoplastis berbahan baku Sagu (Metroxylon sp.). Sagu merupakan salah satu sumber pati yang potensial di Indonesia, sehingga penggunaannya sebagai bahan baku biodegradable plastic akan sangat prospektif untuk dikembangkan Kelemahan yang ada pada plastik berbasiskan pati adalah rendahnya sifat mekanis. Pembuatan plastik dengan mencampurkan pati termoplastis dan polimer sintetis dilakukan untuk mengatasi lemahnya sifat mekanik pada plastik berbasis pati. Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) merupakan salah satu polimer sintetis dengan sifat mekanik yang baik. Pencampuran pati sagu termoplastis dan LLDPE dinilai akan saling menutupi kelemahan antar keduanya. Pembuatan plastik berbasiskan pati dan polimer hidrokarbon memiliki kekurangan rendahnya kompatibilitas antar monomer penyusun, oleh karena itu dibutuhkan compatibilizer. Penelitian ini mengkaji perbandingan komposisi campuran pati sagu termoplastis dan compatibilized LLDPE (compt.-lldpe) yang menjadi titik kritis untuk mendapatkan plastik dengan sifat biodegradasi yang baik, dengan tidak menurunkan sifat mekanisnya. Penelitian dilaksanakan dalam 4 tahap. Tahap pertama dilakukan Persiapan bahan yang terdiri dari (a) pengkondisian awal pati sagu (pengeringan dan pengecilan ukuran hingga 200 mesh) (b) Pengujian mutu pati sagu dan analisa fisiko kimia yang meliputi bentuk dan ukuran granula, kandungan pati, amilosa, protein dan lemak (c) penambahan compatibilizer dalam LLDPE (modifikasi metode Shujun et al. 2005). Hasil karakterisasi pati sagu menunjukkan bahwa pati sagu dalam penelitian ini telah memenuhi standar mutu pati sagu dan berdasarkan sifat fisiko kimia menunjukkan hasil yang sesuai sebagai bahan baku pembuatan pati sagu termoplastis. Hal ini terutama dikaitkan dengan beberapa karakteristik pati yang berpengaruh signifikan dalam proses pencampuran dengan polimer sintetis, yaitu kadar air, rasio amilosa, kadar serat, kadar protein serta tingkat kehalusan. Tahap kedua adalah pembuatan pati sagu termoplastis berdasarkan metode modifikasi Zhang et al. (2007) dan pengujian sifat fisik mekanik. Faktor yang dikaji dalam tahapan ini adalah konsentrasi gliserol, yakni 10, 20 dan 30%. Pati sagu termoplastis yang dihasilkan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa pati sagu termoplastis dengan konsentrasi gliserol 20% dan kadar air 25% memperlihatkan sifat fisik-mekanik terbaik, yakni cenderung lebih kuat, hampir

5 tidak ditemukan bagian yang robek serta pada pencampuran dengan compt.- LLDPE 80%, memiliki nilai kuat tarik 101,5 kgf/cm 2 dan elongasi 12,5%. Bahan pemlastis memegang peranan penting dalam pembuatan pati termoplastis. Konsentrasi pemlastis yang berlebihan akan menyebabkan plastik bersifat soft dan weak (Kalambur & Rizvi 2006). Oleh karena itu, pati sagu termoplastis dengan konsentrasi gliserol 20% digunakan dalam tahapan penelitian ke-3. Tahap ketiga yaitu pembuatan plastik melalui pencampuran pati sagu termoplastis dan compt.-lldpe dengan memodifikasi metode Huneault dan Li (2007). Kajian pencampuran pati sagu termoplastis dan compt.-lldpe dilakukan pada perbandingan 20:80; 40:60; dan 60:40. Tahap keempat adalah karakterisasi plastik meliputi sifat mekanik, termal, biodegradabilitas, dan morfologi. Pengujian sifat mekanik menunjukkan bahwa kekuatan tarik tertinggi dimiliki oleh plastik campuran dengan konsentrasi pati sagu termoplastis 20%, yakni 120 kgf/cm 2. Pada konsentrasi 40%, kuat tarik hanya mengalami penurunan 10 kgf/cm 2 menjadi 110 kgf/cm 2. Konsentrasi 60% menghasilkan plastik yang getas sehingga tidak dapat dilakukan pengukuran. Nilai elongasi dari hasil penelitian ini juga mengalami penurunan seiring dengan peningkatan jumlah pati sagu termoplastis yang ditambahkan. Distribusi fase terdispersi, ikatan interfacial, konsentrasi bahan pemlastis, dan sifat fisiko kimia pati sagu sangat mempengaruhi sifat mekanik plastik campuran yang dihasilkan. Hasil pengujian termal menunjukkan suhu transisi gelas (T g ) o C dengan jumlah panas (Q) 3, , mj, titik leleh (T m ) o C dengan Q sebesar 6, , mj dan kalor jenis (c) 0, ,03056 mj/deg.mg. Komposisi pati sagu termoplastis dalam campuran tidak mempengaruhi nilai T g, T m, Q dan c. Hasil pengujian biodegradabilitas secara kualitatif dengan menggunakan Pennicillium sp. dan Aspergillus niger menunjukkan bahwa plastik dengan komposisi pati sagu termoplastis 20% menunjukkan pertumbuhan koloni yang sedikit, sedangkan pada konsentrasi 40 dan 60%, dapat ditumbuhi kapang mencapai %. Hal ini didukung hasil pengujian biodegradabilitas secara kuantitatif melalui uji enzimatis dengan α-amilase, yang menunjukkan bahwa persentase bagian yang terdegradasi dari plastik untuk komposisi pati sagu termoplastis 20, 40 dan 60%, masing-masing adalah 3,15 ; 24,70 dan 50,45% dari bobot plastik awal. Pengujian morfologi permukaan plastik memperlihatkan bahwa bentuk alami granula pati sagu termoplastis tidak tampak dan hal ini mengindikasikan bahwa pati sagu telah membentuk pati termoplastis secara sempurna (Ishiaku et al. 2002). Homogenitas campuran cukup baik dengan ditunjukkan tingkat distribusi fase terdispersi yang merata, namun ikatan interfacial yang terjadi masih belum optimal, khususnya pada campuran dengan komposisi pati sagu termoplastis 60%, dimana partikel pati cenderung menempel dalam matriks LLDPE tanpa adanya ikatan. Dari hasil penelitian ini pencampuran pati sagu termoplastis dan compt.- LLDPE pada komposisi perbandingan 40:60 memberikan hasil yang mampu memadukan sifat mekanik dan biodegradabilitas yang baik. Kata kunci: Pati sagu termoplastis, compt.-lldpe, kuat tarik, kemampuan biodegradasi.

6 Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah b. pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar Institut Pertanian Bogor 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin Institut Pertanian Bogor

7 PRODUKSI BIODEGRADABLE PLASTIC MELALUI PENCAMPURAN PATI SAGU TERMOPLASTIS DAN COMPATIBILIZED LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE MARIA ULFA CHRISTIANTY Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Indah Yuliasih, S.TP., M.Si.

9 Judul Tesis Nama NIM : Produksi Biodegradable Plastic melalui Pencampuran Pati Sagu Termoplastis dan Compatibilized Linear Low Density Polyethylene : Maria Ulfa Christianty : F Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si. Ketua Dr. Hardaning Pranamuda, M.Sc. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Teknologi Industri Pertanian Dekan Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Ir. Irawadi Jamaran Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S Tanggal Ujian: 21 Agustus 2009 Tanggal Lulus: 31 Agustus 2009

10 PRAKATA Alhamdulillah, Puji syukur penulis haturkan hanya pada Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayahnya dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah Biodegradable Plastic, dengan judul Produksi Biodegradable Plastic melalui Pencampuran Pati Sagu Termoplastis dan Compatibilized Linear Low Density Polyethylene. Penelitian telah dilakukan mulai bulan November 2008 sampai dengan Juli Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si. dan Bapak Dr. Hardaning Pranamuda, M.Sc. selaku pembimbing dan Ibu Dr. Indah Yuliasih, S.TP., M.Si. yang telah banyak memberikan saran dan masukan. Di samping itu, penulis juga berterimakasih kepada keluarga besar Departemen TIP-IPB, Laboratorium dan Technical Services Pertamina, Jakarta, Laboratorium mikologi - Balai Pengkajian Bioteknologi - BPPT Serpong, dan berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada SEAMEO-Southeast Asian Regional Center for Graduate Study and Research in Agriculture (SEAMEO-SEARCA) dan Osaka Gas Foundation of International Cultural Exchange (OGFICE) Jepang atas beasiswa dan dana penelitian yang telah diberikan. Tak lupa, penulis sangat berterima kasih kepada ibu, ibu, ibu, ramah serta seluruh keluarga yang telah mengiringi dengan kekuatan doa dan ketulusan cinta. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, saran, kritik dan masukan yang konstruktif sangat diharapkan untuk perbaikan dan penyempurnaan dimasa mendatang. Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat. Bogor, Agustus 2009 Maria Ulfa Christianty