BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KOMPOSIT Material komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih fasa yang berbeda baik secara fisika ataupun kimia dan memiliki karakteristik yang lebih unggul dari masing-masing komponen penyusunnya [13]. Kekuatan sifat dari komposit merupakan fungsi dari fasa penyusunnya, komposisinya serta geometri dari fasa penguat. Geometri fasa penguat disini adalah bentuk dan ukuran partikel, d istribusi dan orientasinya [14]. Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu : 1. Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi yaitu mentransfer tegangan ke serat, membentuk ikatan koheren, melindungi serat, memisahkan serat, melepas ikatan, tetap stabil setelah proses manufaktur. 2. Reinforcement atau Filler Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), Penguat (penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua penyusun), inteface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain) [16]. 2.2 HYBRID KOMPOSIT Hybrid komposit merupakan penambahan dua bahan atau lebih partikel penguat yang berbeda sifat-sifat sehingga terjadi interaksi maupun proses penguatan yang lebih komplek baik terhadap matriks maupun pengisi. Komposit hybrid adalah kombinasi dari dua komposit dengan ukuran partikel yang berbeda. Bahan komposit ini dikembangkan dalam rangka memperoleh kehalusan permukaan yang lebih baik daripada komposit partikel kecil. Komposit hybrid memiliki sifat-sifat umum seperti sifat fisik dan mekanik yang lebih unggul dibandingkan dengan bahan komposit tradisional. Komposit 7

2 nanohibrid merupakan gabungan dari komposit microfiller dan komposit nanofiller, rata-rata berukuran 0,2-3 µm. Komposit nanohibrid memiliki sifat fisik dan mekanis yang baik serta mudah dipoles (permukaannya halus) [15]. 2.3 BIOKOMPOSIT Biokomposit adalah jenis komposit yang salah satu penyusunnya, yaitu penguat atau matriksnya, terbuat dari bahan alam [20]. Untuk pengisi, bahan yang digunakan dapat berupa serat tumbuhan seperti kapas, lenan, rami dan lainnya, atau dapat berupa serat yang berasal dari kayu daur ulang atau limbah kertas, atau bahkan serat hasil samping pemotongan kayu. Matriks dapat berupa polimer, yang berasal dari sumber yang dapat diperbaharui seperti minyak sayur dan pati [17]. Biokomposit sangat penting untuk dunia material karena biokomposit memberikan sifat unik yang tidak ada secara alami. Juga, sifat biokomposit dapat disesuaikan berdasarkan komposisi desain selektif dan pengolahan. Ini memanfaatkan penggunaan biokomposit di berbagai sektor seperti aerospace, otomotif, bangunan dan konstruksi, kelautan, produk konsumen, komponen elektronik dll [18]. Serat Alami Bioplastik Biokomposit Plastik Sintetik Serat Sintetik Gambar 2.1 Rute Berbeda untuk Pembuatan Biokomposit [18] Desain komposit dengan menggunakan serat yang diperkuat oleh polimer (FRP) merupakan studi kuno pada tahun 1908 dimana serat kaca diresap di dalam plastik sintetis [18]. Namun pada tahun 1941, Henry Ford memperkenalkan biokomposit yang terbuat dari plastik rami, sisal dan selulosa dari plastik. Sejak itu, banyak penelitian berdedikasi terhadap biokomposit dan banyak kemajuan telah terjadi pada penggunaannya di berbagai sektor, seperti yang disebutkan di atas. Baru-baru ini, para ilmuwan dan insinyur di seluruh dunia juga berfokus pada pengurangan jejak karbon dari semua produk yang ada dengan pencampuran bioplastik maupun plastik sintetis dan 8

3 / atau memperkuatnya dengan serat alami / sintetis. Sejak saat itu, biokomposit mengacu pada komposit yang dibuat dari bioplastik dan plastik sintetis yang diresapi dengan serat alami atau serat sintetis atau oleh keduanya. Meskipun serat sintetis menawarkan kemampuan penguatan yang lebih unggul dibandingkan dengan pengisi alami, yang terakhir yang mendapatkan keuntungan baru sebagai berikut: sumber daya terbarukan, biaya rendah, kepadatan rendah, konsumsi energi yang rendah, kekuatan spesifik yang tinggi dan kekakuan, penyerapan CO 2, biodegradasi [20-21]. Dengan demikian, biokomposit yang terbuat dari bioplastik dan serat alami juga disebut sebagai 'komposit hijau' dan lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan yang terbuat dari plastik sintetis dan / atau pengisi [18]. 2.4 MANGGA Mangga adalah buah tropis yang sangat umum biasanya ditemukan di Asia Selatan, terutama di Timur India, Cina, Burma, Kepulauan Andaman dan Amerika Tengah. Mangga merupakan genus Angifera, yang memiliki banyak spesies dari pohon berbuah tropis pada keluarga tanaman berbunga Anacardiaceae. Mangga banyak dibudidayakan pada daerah tropis dan didistribusikan secara luas di dunia dan merupakan salah satu buah yang paling luas dimanfaatkan untuk makanan, jus, rasa, aroma dan warna serta bahan yang umum dalam makanan fungsional baru sering disebut superfruits. Umumnya daunnya digunakan sebagai dekorasi bunga di pesta pernikahan dan upacara keagamaan. Pohon mangga (Mangifera indica) memiliki ketinggian yang mencapai m, dengan radius mahkota 10 m. Daun hijau, bergantian, sederhana, panjang cm dan luas 6-16 cm; ketika muda daun bewarna oranye-merah muda, cepat berubah menjadi merah gelap mengkilap, hijau kemudian gelap ketika tua. Proses pematangan buah 3-6 bulan. Buah yang matang adalah variabel dalam ukuran dan warna, dan mungkin kuning, oranye, merah atau hijau saat matang, tergantung pada budidaya. Ketika matang, buah dikupas memberikan bau khas resin. Di tengahnya adalah benih oblong datar tunggal yang dapat berserat atau berbulu di permukaan, tergantung pada kultivar [22]. 9

4 2.4.1 Biji Mangga Biji mangga adalah biji lonjong datar tunggal yang dapat berserat atau berbulu di permukaan, tergantung pada budidaya. Di dalam kulit biji 1-2 mm tebal lapisan tipis yang menutupi embrio tunggal, panjang 4-7 cm, lebar 3-4 cm, dan tebal 1 cm. Biji mangga terdiri dari mantel ulet yang menyelimuti inti. Kandungan biji mangga pada varietas yang berbeda berkisar dari 9% menjadi 23% dari berat buah dan kandungan inti dari biji berkisar 45,7% menjadi 72,8%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa inti biji mangga mengandung protein kasar, minyak, abu, serat kasar, dan karbohidrat. Variasi dalam hasil karakteristik mungkin karena perbedaan dalam berbagai tanaman, iklim budidaya, pematangan, saat panen biji mangga dan metode ekstraksi yang digunakan. Inti biji mangga mengandung tinggi kalium, magnesium, fosfor, kalsium dan natrium. Kalium merupakan nutrisi penting dan memiliki peran penting dalam sintesis asam amino dan protein. Kalsium dan magnesium memainkan peran penting dalam fotosintesis, metabolisme karbohidrat, asam nukleat dan agen mengikat dinding sel. Magnesium merupakan mineral penting untuk aktivitas enzim, seperti kalsium dan klorida; magnesium juga berperan dalam mengatur keseimbangan asam-basa dalam tubuh. Fosfor diperlukan untuk pertumbuhan tulang, fungsi ginjal dan pertumbuhan sel. Ini juga memainkan peran dalam menjaga keseimbangan asam-basa tubuh. Hasil analisis proksimat menunjukkan bahwa inti biji mangga memberikan nilai gizi yang tinggi karena kandungan karbohidrat dan minyak yang tinggi serta kaya akan vitamin. Hasil uji mineral menunjukkan bahwa biji mangga sangat kaya akan kalsium, kalium dan magnesium. Kehadiran vitamin antioksidan seperti vitamin C, E dan A menunjukkan bahwa biji mangga dapat digunakan sebagai alternatif sumber vitamin. Vitamin antioksidan berperan dalam mengurangi proses oksidatif yang diketahui penting dalam inisiasi arthrosclresis [22] Pati Biji Mangga Pati merupakan karbohidrat dimana bagian terpenting dalam tanaman, manfaat penyelidikan lebih dalam tentang pati yaitu untuk lebih memahami karakteristik biokimia dan fungsional serta variasinya. Pati bervariasi dari sumber yang berbeda, perbedaan itu dapat berupa kualitatif dan kuantitatif serta di beberapa sifat fisikokimia dan sifat fungsional. Identifikasi sumber pati diperlukan untuk fungsi yang diinginkan dan sifat khas. Sifat fisik granula pati ditentukan oleh struktur halus dari polisakarida 10

5 dan distribusi persentase amilase dan amilopektin. Butiran pati dari sumber yang berbeda telah ditandai dengan ukuran, bentuk, jumlah komponen minor (seperti lipid), dan rasio amilosa-amilopektin. Sangat sedikit literatur yang membahas informasi tentang isolasi dan sifat pati dari sumber-sumber non-konvensional, seperti biji buahbuahan [9]. Biji Mangga kaya akan karbohidrat, lemak, protein dan mineral. Inti biji diperoleh setelah dekortikasi dari batu mangga dapat dimanfaatkan sebagai suplemen untuk tepung gandum atau untuk ekstraksi minyak nabati. Selain penggunaannya dalam pakan ternak, tepung dari inti biji mangga dapat dimanfaatkan untuk tujuan dimakan. Penelitian dari Maninder Kaura et al. (2004) menemukan bahwa kandungan amilosa pati biji mangga diamati lebih rendah dibandingkan jagung dan pati kentang. Pati biji mangga ini menunjukkan oval-to butiran berbentuk elips, mirip dengan granula pati kacang-kacangan. Suhu transisi dari pati biji mangga lebih tinggi daripada jagung, beras, gandum dan kentang. Berbagai properti dari pati biji mangga sebanding dengan pati dari jagung, gandum, beras dan kentang dan dapat secara efektif dimanfaatkan sebagai sumber pati [22].Berikut adalah tabel kandungan komposisi dalam pati biji mangga. Tabel 2.1 Komposisi Pati Biji Mangga Parameter Pati Biji Mangga Kadar Air 12,65 % Kadar Pati 75,47 % Kadar Amilosa 14,82 % Kadar Amilopektin 44 % Menurut Marbun (2012), kadar amilosa tersebut diharapkan dapat memberikan sifat mekanik yang optimal dan kadar amilopektin memberikan sifat lengket yang optimal [5]. 2.5 GLISEROL Gliserol (bahasa Inggris: glycerol, glycerin, glycerine) adalah senyawa gliserida yang paling sederhana, dengan hidroksil yang bersifat hidrofilik dan higroskopik. Gliserol merupakan komponen yang menyusun berbagai macam lipid, termasuk 11

6 trigliserida. Gliserol terasa manis saat dikecap, namun bersifat racun [6]. Gliserol diperoleh secara komersial sebagai produk sampingan ketika lemak dan minyak yang dihidrolisis untuk menghasilkan asam lemak atau garam logam (sabun). Gliserol juga disintesis pada skala komersial dari propylene (diperoleh dengan cracking minyak bumi), karena pasokan gliserol alam tidak memadai. Selain sintesis dengan menggunakan propylene, gliserol juga dapat diperoleh selama fermentasi gula natrium bisulfit jika ditambahkan dengan ragi [45]. Penambahan pemlastis berperan untuk meningkatkan sifat plastisitasnya, yaitu sifat mekanis yang lunak, ulet, dan kuat. Dalam konsep sederhana, pemlastis merupakan pelarut organik dengan titik didih tinggi yang ditambahkan ke dalam resin yang keras atau kaku sehingga akumulasi gaya intermolekuler pada rantai panjang akan menurun, akibatnya kelenturan, pelunakan dan pemanjangan resin akan bertambah. Oleh karena itu, plastisasi akan mempengaruhi sifat fisik dan mekanisme film seperti kekuatan tarik, elastisitas kekerasan, sifat listrik, suhu alir, suhu transisi kaca, dan sebagainya [6]. Prinsip proses plastisasi adalah dispersi molekul pemlastis ke dalam polimer. Jika pemlastis mempunyai gaya interaksi dengan polimer, proses dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer-pemlastis. Sifat fisik dan mekanis polimer-pemlastis ini merupakan fungsi distribusi dari sifat komposisi pemlastis. Oleh karena itu, ramalan karakteristik polimer yang terplastisasi dapat dilakukan dengan variasi komposisi pemlastis. Oleh karena itu, plastisasi akan mempengaruhi sifat fisik dan mekanisme film seperti kekuatan tarik, elastisitas kekerasan, sifat listrik, suhu alir, suhu transisi kaca, dan sebagainya. Berikut adalah tabel yang menunjukkan sifat-sifat gliserol. Tabel 2.2 Sifat-Sifat Gliserol No. Sifat Pati Biji Mangga 1. Berat Molekul 92,09382 g/mol 2. Viskositas (20 C) 1499 cp 3. Panas Spesifik (26 C) 0,5795 kal/g 4. Densitas 1,261 g/cm³ 5. Titik Leleh 18 C 6. Titik Didih 290 C [45] 12

7 2.6 ZnO (ZINC OXIDE) ZnO (Zinc Oxide) nanopartikel telah banyak dikenal di antara para peneliti karena penggunaannya dalam berbagai aplikasi seperti sensor gas, sensor kimia [24], biosensor [25], superkonduktor [24], katalis foto [26], perangkat optoelektronik [27-29], kosmetik, dll. ZnO adalah band gap semikonduktor lebar memiliki optik transparan yang tinggi dan spektrum dekat kisaran ultraviolet. Oleh karena itu, biasanya digunakan dalam memancarkan cahaya dioda dan sel surya. ZnO nanopartikel mengalami exciton energi mengikat tinggi hampir 60 MeV. Ini berarti transisi excitonic dalam kasus nanopartikel ZnO adalah mungkin pada suhu kamar juga. Selain itu Zinc Oxide ramah lingkungan dan mudah untuk disintesis [26]. Selain itu ZnO memilki sifat yang stabil, dan bersifat antibakteri [57]. Pengisi yang berskala nano sangat mempengaruhi sifat-sifat komposit yang dihasilkan dan menunjukkan perbaikan pada sifat fisik dan mekanik jika dibandingkan dengan material konvensional lainnya. Aktivitas antimikroba dari nanopartikel berhubungan dengan beberapa mekanisme. Nanopartikel dapat secara langsung berinteraksi dengan sel-sel mikroba, misalnya mengganggu transmembran transfer elektron, mengganggu/menembus membran sel, atau oksidasi komponen sel, atau menghasilkan produk sekunder (misalnya reactive oxygen species (ROS) atau ion-ion logam terlarut yang menyebabkan kerusakan [6]. Banyak teknik yang digunakan untuk sintesis ZnO ukuran nanopartikel Viz. metode presipitasi, metode pirolisis, metode emulsi mikro, metode hidrotermal dan metode gel Sol [30-33]. Metode-gel sol untuk sintesis nanopartikel ZnO umumnya lebih sering digunakan karena merupakan metode yang paling sederhana, konsumsi daya yang sedikit dan dapat dilakukan di atmosfer yang kuat. Sifat struktural nanopartikel ZnO dipelajari dengan menggunakan X Ray Diffraction (XRD) dan morfologi nanopartikel ZnO diperiksa di bawah Scanning Electron Microscope (SEM). Transparansi dan penyerapan dari sintesis nanopartikel ZnO dipelajari menggunakan UV terlihat spektrofotometer. Pembentukan nanopartikel ZnO dikonfirmasi dari analisis FT-IR [24]. Kinerja zinc oxide yang berlaku dalam produk plastik memiliki kinerja antibakteri, tahan api, anti penuaan, menunjukkan efek ketangguhan sinergis yang sangat baik, ketahanan terhadap benturan, ketahanan terhadap penuaan, memiliki 13

8 kinerja yang sangat baik dari luas permukaan yang besar, meningkatkan intensitas dan elastisitas, mencegah organisme jamur dan erosi ultraviolet, serta memperpanjang umur produk, sifatnya yang aman bahkan dapat dipergunakan untuk keperluan kosmetik [57]. Pada penelitian ini zinc oxide (ZnO) yang digunakan memiliki sifat-sifat sebagai berikut. Tabel 2.3 Sifat-Sifat ZnO (Zinc Oxide) No. Sifat Pati Biji Mangga 1. Bulk density kg/m 3 2. Melting Point C 3. ph 7,0 4. Spesifik Densitas (20 0 C) 5,61 g/cm 3 5. Loss in ignition 1,09 % 6. Vapour pressure 20 C 7. Wujud serbuk putih 8. Ukuran 24 nm [57] 2.7 CLAY Material clay merupakan material yang paling banyak menarik perhatian karena sifatnya yang kuat, kaku, melimpah di alam, murah serta kemampuannya yang tinggi dalam menginterkalasikan partikel ke dalam strukturnya. Kemampuan interkalasi ini karena muatan layer yang kecil sehingga kation dalam ruang antarlapis dapat ditukar. Berbeda dengan material komposit polimer biasa, polimer-clay nanokomposit terbentuk jika polimer dapat terinterkalasi ke dalam galeri mineral clay sehingga sifat polimer yang terbentuk berbeda dengan sifat mikropartikelnya. Salah satu kekurangan clay adalah sifatnya yang hidrofilik sehingga dapat menyebabkan aglomerasi mineral clay dalam matriks. Kekurangan ini dapat diatasi dengan menginterkalasikan kation organik seperti asam amino atau alkil amonium membentuk organoclay yang bersifat hidrofobik. Peningkatkan basal spacing setelah proses interkalasi juga dapat meningkatkan kemampuan difusi polimer atau prekursor polimer ke dalam interlayer clay. 14

9 Pencampuran mineral clay dengan polimer dapat membentuk tiga jenis nanostruktur komposit tergantung pada kondisi reaksi. Pertama adalah struktur terinterkalasi dimana monolayer rantai polimer terinterkalasi dalam clay membentuk struktur multilayer clay-polimer. Kedua adalah struktur tereksfoliasi dimana lapisan clay terdispersi seragam dalam matriks polimer. Ketiga adalah struktur klaster dimana terjadi eksfoliasi parsial. Polimer-clay nanokomposit terbentuk dengan mendispersikan material nanoclay berlapis pada matriks polimer. Nanoclay mempunyai luas permukaan yang sangat besar sehingga dapat berinteraksi secara efektif dengan matriks polimer pada konsentrasi rendah (5-8%). Akibatnya, polimer nanoclay menunjukkan peningkatan pada modulus, stabilitas termal, dan sifat barrier tanpa peningkatan berat jenis dan kehilangan sifat optik [6]. Tabel 2.4 Sifat-Sifat Clay No. Sifat Pati Biji Mangga 1. Struktur Al 2 Si 2 O 5 (OH) 2 2. Kandungan mineral hidrat 3. Sifat plastis, kuat, lengket 4. Warna hitam, krem, merah 5. Wujud butiran halus 6. Ukuran 10,813 µm [72] 2.8 ULTRASONIKASI Dalam pembuatan biokomposit dengan menggunakan pengisi nanopartikel ZnO dan clay diperlukan perlakuan fisik dalam proses pencampuran material bioplastik. Salah satu proses fisik yang efektif adalah ultrasonikasi. Ultrasonik mempunyai keunikan dan keunggulan tersendiri, yaitu memiliki energi yang cukup tinggi yang dapat diberikan kepada zat lain dalam waktu yang singkat. Ketika gelombang ultrasonik digunakan untuk pendispersian, kavitasi ultrasonik dapat memberikan dua fungsi pada partikel clay. Yang pertama adalah efek pendispersian (homogenisasi) yang dihasilkan dari pancaran cairan (liquid jet) gelombang ultrasonik, serta kerusakan pada permukaan clay (terjadi pemecahan partikel) yang disebabkan oleh gelombang kejut yang kuat. 15

10 Dengan meningkatnya daya ultrasonik, intensitas juga ikut menurun. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan hidrogen dalam partikel clay rusak dapat disebabkan oleh kavitasi ultrasonik yang memutuskan struktur molekul di daerah amorf [34]. Proses ultrasonikasi bekerja dengan menghasilkan gelombang pada tekanan sonik yang intens dalam medium cair. Gelombang tersebut mengakibatkan terbentuknya aliran dalam medium cair dan kemudian menghasilkan gelembung mikro (microbubbles) yang akhirnya pecah. Fenomena ini disebut kavitasi [35]. Kavitasi adalah pengembangan dan pemecahan gelembung di dalam cairan yang disebabkan oleh gelombang suara. Kavitasi dapat memecah partikel padat menjadi lebih kecil dikarenakan ketidaksempurnaan permukaan partikel yang berperan sebagai inti bagi pembentukan gelembung kavitasi pada permukaan yang selanjutnya saat pecah menjadi gelombang kejut yang dapat memecah partikel menjadi lebih kecil. Proses ultrasonikasi dapat diaplikasikan dalam pendispersian bahan pengisi [36]. Ultrasonikasi digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti homogenisasi, disintegrasi, sonochemistry, pembersihan degassing. Iradiasi ultrasonik merupakan teknologi baru yang telah banyak digunakan dalam reaksi kimia. Prosesor ultrasonik digunakan sebagai homogenisasi, untuk mengurangi partikel kecil dalam suatu cairan untuk meningkatkan keseragaman dan stabilitas. Partikel-partikel ini (membubarkan fase) dapat berupa padatan atau cairan. Homogenisasi ultrasonik sangat efisien untuk pengurangan partikel lunak dan keras. Hielscher menghasilkan perangkat ultrasonik untuk homogenisasi setiap volume cair untuk batch atau pengolahan inline [37]. 2.9 GELATINISASI PATI Gelatinisasi pati adalah proses di mana pati dan air mengalami panas, menyebabkan granula pati membengkak. Akibatnya, air secara bertahap diserap secara ireversibel. Hal ini memberikan sistem dengan tekstur yang kental dan transparan. Hasil reaksi adalah gel, yang digunakan seperti dalam saus, puding, krim, dan produk makanan lainnya. Gel pati berbasis thermo-irreversibel, yang berarti bahwa mereka tidak meleleh pada pemanasan (seperti gelatin). Pemanasan yang berlebihan, bagaimanapun, dapat menyebabkan penguapan air dan penyusutan gel. Ketika pati dipanaskan dalam air, pati mengalami proses transisi, dimana butiran pati terurai menjadi larutan polimer yang disebut juga dengan gelatinisasi [38]. 16

11 Pada saat cairan dipanaskan, ikatan hidrogen pada pati melemah. Hal ini memungkinkan air masuk ke dalam molekul pati dan menyebabkan pembengkakkan dan peningkatan ukuran pati hingga tercapai ketebalan maksimum. Amilosa akan semaking berkurang dari granula pati sedangkan ikatan hidrogen antara air dan amilopektin meningkat. Kandungan air akan semakin berkurang sehingga menyebabkan campuran menjadi lebih tebal dan kental [39]. Perubahan viskositas sebagai akibat dari pembengkakan granul dan pelarutan makromolekul memungkinkan karakterisasi dalam proses gelatinisasi. Biasanya, analisa viskositas dimulai pada temperatur antara 30 sampai 50 C di bawah suhu gelatinisasi pati. Pada gambar di bawah dideskripsikan pengukuran viskositas berdasarkan profil temperatur pemanasan dan pendinginan. Ketika digunakan suhu yang melebihi suhu gelatinisasi pati, pembengkakan dan pecahnya sebagian butiran ditunjukkan dengan adanya peningkatan viskositas. Dengan demikian suhu mula-mula gelatinisasi (Tp) dan intensitas gelatinisasi (PV) merupakan titik yang penting dalam gelatinisasi pati [40]. Gambar 2.2 Pengaruh Temperatur Gelatinisasi Terhadap Viskositas Pati [40] 2.10 METODE PEMBUATAN BIOKOMPOSIT Berbagai metode pembuatan biokomposit dapat dijelaskan sebagai berikut: Eksfoliasi/Adsorpsi Pertama-tama, sekumpulan lapisan (layered host) mengalami pengelupasan dalam pelarut (air, toluena, dan lain-lain) yang polimernya dapat larut pada pelarut tersebut. Polimer kemudian diserap kedalam lapisan dan melapisinya ketika pelarut 17

12 diuapkan, dan lembaran disusun seperti susunan sandwich. Kerugian proses ini adalah penggunaan pelarut dalam jumlah yang besar [45] Polimerisasi In Situ Interkalatif Polimerisasi in situ merupakan proses konvensional untuk sintesa nanokomposit untuk termoset dan termoplastik. Dengan menggunakan teknik ini pembentukan polimer dapat terjadi dalam lembaran yang terinterkalasi [42]. Reaksi polimerisasi ini dapat terjadi dengan proses pemanasan, radiasi, atau menggunakan inisiator [47] Interkalasi Larutan / Interkalasi Prepolimer dari Larutan Metode interkalasi dalam larutan melibatkan polimer yang terlarut dalam pelarut organik. Selanjutnya pelarut tersebut diuapkan atau polimer diendapkan. Metode ini membutuhkan pelarut dalam jumlah banyak. Semakin banyak pelarut yang digunakan maka akan membuat lapisan dispersi filler lebih baik. Teknik ini banyak digunakan dalam kasus polimer yang larut dalam air [44]. Proses akhir metode ini adalah penghilangan pelarut, baik dengan cara penguapan maupun pengendapan. Keuntungan dari metode ini adalah nanokomposit terinterkalasi dapat disintesis dengan menggunakan polimer dengan polaritas rendah atau tanpa polaritas [45] Melt Intercalation Metode melt intercalation pertama kali dilaporkan oleh Vaia et al. Proses pembuatan biokomposit pada metode ini tidak memerlukan penambahan pelarut [41]. Rantai polimer di interkalasi atau di eksfoliasi untuk membentuk nanokomposit. Proses pembuatan dengan metode interkalasi ini biasa untuk membuat nanokomposit dari thermoplastik atau bagi polimer yang tidak sesuai untuk dibuat dengan teknik adsorpsi atau in situ polimerisasi [42]. Pada kondisi tertentu, jika permukaan lapisan cukup kompatibel atau sesuai dengan polimer, maka polimer dapat masuk ke ruang interlayer dan membentuk nanokomposit terinterkalasi atau exfoliasi [45]. Pada penelitian ini digunakan metode melt intercalation dimana tidak diperlukan pelarut dalam menghasilkan biokomposit, serta digunakan proses mekanik ultrasonikasi untuk mendispersikan pengisi zinc oxide dan clay PENGUJIAN BIOKOMPOSIT Beberapa pengujian yang dilakukan pada biokomposit yaitu : Penentuan Rapat Massa (Densitas) 18

13 Massa jenis (densitas) adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Satuan SI massa jenis adalah kg/m 3, sedangkan satuan lainnya adalah g/cm 3 [45]. Berat jenis merupakan ukuran kepadatan molekul dalam bahan, sehingga terkait berat dan volume plastik. Cara pengukuran berat jenis adalah dengan mengukur perbandingan antara berat dan volume plastik [46]. Metode sederhana dalam penentuan massa jenis relatif suatu bahan adalah dengan menimbang sampel baik pada udara dan air (ASTM D-792) [47]. Rumus untuk menentukan massa jenis adalah: ρ = (2.1) ρ = rapat massa/densitas (g/cm 3 ) m = massa sampel (g) v = volume sampel (cm 3 ) [45] Sifat Kekuatan Tarik Kekuatan tarik adalah ukuran kekuatan suatu bahan ketika bahan tersebut menerima beban yang cenderung merenggangkan atau memperpanjang bahan tersebut. Kekuatan tarik umumnya ditentukan dengan meletakkan suatu bahan berbentuk panjang, kawat atau bentuk dumbbell terhadap gaya tarik (uji tarik satu sumbu) [47]. Pengujian tarik merupakan pengujian mekanis berupa gaya tarik untuk melihat perilaku inheren dari material terhadap pembebanan tersebut. Prinsip pengujian tarik yaitu dengan memberikan tegangan aksial berupa tarikan pada kedua ujung atau salah satu ujung spesimen tarik hingga putus [45]. Pada uji kekuatan tarik biokomposit ini digunakan standar ASTM D638-02a. Kuat tarik (tensile strength) dihitung dengan cara membagi tekanan maksimum dengan luas penampang minimum dari spesimen, dan dapat dalam satuan psi atau Pascal (lbf/in 2 ) [48]. Pengukuran tensile strength secara sistematis dapat ditulis sebagai berikut: σ = (2.2) Dimana : σ = tegangan atau kekuatan tarik (kgf/mm 2 ) F maks = beban maksimum (kgf) 19

14 A 0 = luas penampang awal (mm 2 ) [45] Pemanjangan Pada Saat Putus Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material di beri gaya. Elongation-to-break (ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah. Perpanjangan putus adalah parameter yang menunjukkan bahwa bahan polimer tersebut mempunyai sifat elastis, dimana besarnya tergantung dari komposisi dan perlakuan dengan tujuan tertentu. Pengujian sifat mekanik juga menghasilkan nilai persentase perpanjangan putus yang menunjukkan persentase mulurnya yaitu besarnya perpanjangan (pemuluran) sebelum akhirnya putus. Pada uji perpanjangan putus biokomposit ini digunakan standar yang sama denggan kuat tarik yaitu ASTM D638-02a. Persentase perpanjangan dapat dihitung dengan persamaan : ε = ] x 100 % (2.3) Dimana : L f L o = panjang akhir benda uji = panjang awal benda uji [45] Scanning Electron Microscopy (SEM) Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan tofografi segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan [49]. Hasil analisa uji SEM dapat memberikan informasi tentang bentuk dan perubahan dari suatu bahan yang diuji dimana pada prinsipnya perubahan patahan, lekukan dan perubahan struktur dari bahan cenderung mengalami perubahan energi. Energi yang berubah tersebut dapat dipancarkan, dipantulkan, dan diserap serta diubah menjadi gelombang elektron yang dapat ditangkap dan dibaca hasilnya pada foto SEM [50]. 20

15 Pengujian karakteristik yang akan dilakukan dengan metode Scanning Electron Microscope (SEM) untuk memonitor morfologi permukaan PEG 6000, PEG 1540, PEG 20, PEG 200 dengan tipe JSM 35C, dan Buck Scientific Model 500 Infrared Spectrophotometer Fourier Transform InfraRed (FT-IR) Prinsip kerja fourier transform infrared (FT-IR) adalah mengenali komponen dalam suatu senyawa. Selanjutnya setiap kelompok komponen akan dideteksi pada panjang gelombang dan nilai absorbansi yang berbeda [51]. FT-IR (Fourier Transform Infra Red Spectroscopy) digunakan untuk menganalisa gugus-gugus fungsi penyusun biokomposit [45]. Analisa gugus fungsi dengan FT-IR bertujuan untuk mengetahui proses yang terjadi pada pencampuran apakah secara fisik atau kimia karena itu sa mpel pada tiap proses pembuatan edible film dianalisa dengan FT-IR. Sampel ditempatkan ke dalam set holder, kemudian dicari spektrum yang sesuai. Hasilnya akan didapatkan difraktogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas. Spektrum FT-IR direkam menggunakan spektrofotometer pada suhu ruang [52] Ketahanan terhadap Air Uji ini dilakukan untuk mengetahui terjadinya ikatan dalam polimer serta tingkatan atau keteraturan ikatan dalam polimer yang ditentukan melalui presentase penambahan berat polimer setelah mengalami penggembungan. Proses terdifusinya molekul pelarut kedalam polimer akan menghasilkan gel yang menggembung. Pada uji ketahanan air pada biokomposit ini digunakan standar ASTM D Ketahanan terhadap air sampel dihitung melalui persamaan: Air % =[ ] x 100% (2.4) Dimana : W o = berat edible film kering W = berat edible film basah [52] Uji Biodegradabilitas Uji biodegradabilitas dilakukan untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan sampel film plastik sampai mengalami degradasi. Uji biodegradabilitas yang dipilih yaitu mengendalikan mikroorganisme tanah sebagai pembantu proses degradasi. Pengujian biodegradasi ini dilakukan dengan teknik soil burial test. Sampel berukuran 21

16 10x10 cm ditempatkan dan ditanam dalam pot yang telah terisi tanah. Pengamatan terhadap sampel dilakukan dalam rentang waktu tertentu. Standar oleh Organisasi Standar Internasional (ISO) dan Standar Nasional Amerika (ASTM) telah diterima secara global untuk mengevaluasi dan mengkuantifikasi biodegradable dibawah kondisi lingkungan/pembuangan yang berbeda seperti pengomposan dan tanah [68]. 22