BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Produk plastik sering dipergunakan oleh masyarakat dalam kehidupan se harihari sebagai bahan kemasan karena sifatnya yang ringan, relatif murah, fleksibel, dan praktis. Akan tetapi penggunaan plastik tersebut memiliki kelemahan karena merupakan polimer sintetik dengan bahan baku utama yang berasal dari minyak bumi yang jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbaharui, sehingga limbah plastik sulit sekali terurai oleh mikroorganisme. Akibatnya semakin banyak yang menggunakan plastik menimbulkan terjadinya penumpukan yang menyebabkan pencemaran serta kerusakan lingkungan hidup. Berbagai upaya untuk mengurangi dampak sampah plastik telah dilakukan. Selain proses daur ulang plastik, plastik ramah lingkungan juga telah dikembangkan. Plastik yang terbuat dari bahan kimia sintetik diganti dengan bahan baku yang mudah diuraikan oleh mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan, yang disebut dengan plastik biodegradable (bioplastik). Sumber daya terbarukan yang dikenal mampu membuat plastik biodegradable adalah pati dan selulosa [1]. Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk membuat bioplastik dengan menggunakan beberapa polimer alami seperti protein, pati, dan bakteri [2]. Beberapa penelitian terdahulu telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik. Namun penggunaan bahan-bahan alam yang digunakan kurang efektif, hal tersebut dikarenakan bahan-bahan alam tersebut masih digunakan sebagai salah satu pengganti makanan pokok. Selain itu, plastik berbahan baku pati memiliki kelemahan yaitu bioplastik yang dihasilkan kurang tahan terhadap air, dan sifat mekaniknya masih rendah (kekuatan tarik dan modulus young). Salah satu cara untuk mengurangi sifat hidrofilik adalah dengan mencampur pati dengan biopolimer lain yang bersifat hidrofobik seperti selulosa, kitosan, dan protein [3]. Sedangkan untuk memperbaiki sifat mekaniknya (terutama elastisitas) dapat dilakukan dengan mencampur pati dengan plasticizer. Pada penelitian ini, sumber pati yang digunakan adalah pati biji mangga. Dimana biji mangga ini diperoleh secara acak. Produksi mangga di Indonesia bersifat fluktuatif, namun cenderung selalu tinggi di setiap tahunnya. Pada tahun 2011 produksi 1
mangga di Indonesia adalah sebesar 2,13 juta ton, naik sebanyak 0,84 juta ton (65,55%) dibandingkan tahun 2010. Pada tahun 2012, produksi mangga di Indonesia adalah sebesar 2,4 juta ton dan pada tahun 2014 adalah sebesar 2,2 juta ton [56]. Dengan besarnya produksi mangga di setiap tahunnya, tentunya juga akan menghasilkan sampah berupa biji dalam jumlah besar, sehingga hanya menjadi sampah yang mengotori lingkungan. Biji mengandung cadangan makromolekul dalam jumlah banyak dan khas. Karbohidrat merupakan cadangan makanan utama pada sebagian besar biji. Bentuk karbohidrat cadangan yang paling banyak dijumpai adalah pati [19]. Selain sebagai biopolimer yang biodegradable, biji mangga juga memiliki kandungan pati yang dapat dimanfaatkan dan bukan merupakan suatu pengganti bahan pangan pokok. Sampah biji mangga yang belum dimanfaatkan secara maksimal ini akan menghasilkan nilai ekonomis [23]. Selain itu, biji mangga memiliki kandungan pati yang cukup tinggi sehingga berpotensi sebagai alternatif pengganti bahan dalam pembuatan bioplastik. Kandungan pati dalam biji mangga sebanyak 70,76% [4]. Pati biji mangga mempunyai kadar amilosa 35,32% dan amilopektin 45,98%. Kadar amilosa tersebut diharapkan dapat memberikan sifat mekanik yang optimal dan kadar amilopektin memberikan sifat lengket yang optimal [5]. Hybrid biokomposit merupakan penambahan dua bahan atau lebih partikel pengisi yang berbeda sifat-sifat sehingga terjadi interaksi maupun proses penguatan yang lebih komplek baik terhadap matriks maupun pengisi serta salah satu penyusunnya terbuat dari bahan alam. Komposit nano hibrid merupakan gabungan dari komposit microfiller dan komposit nanofiller. Komposit nanohibrid memiliki sifat fisik dan mekanis yang baik serta mudah dipoles (permukaannya halus) [15]. Pada penelitian ini pengisi hybrid yang digunakan yaitu zinc oxide (ZnO) yang bersifat anorganik dan clay alami yang bersifat organik sebagai pengisi yang kemudian digabungkan dengan pati biji mangga sebagai matriks untuk pembentukan hybrid biokomposit bersifat biodegradable dimana sifat ZnO yang hidrofobik dapat mengurangi sifat clay yang hidrofilik sehingga dapat diharapkan biokomposit yang dihasilkan memiliki sifat yang tahan terhadap air. Pembuatan bioplastik pada penelitian sebelumya dilakukan dengan menggabungkan pati ubi jalar dengan ZnO dan Clay dimana diperoleh hasil terbaik pada konsentrasi ZnO sebesar 3% dan clay sebesar 6% dengan menggunakan plasticizer gliserol dihasilkan bioplastik yang bersifat kental, 2
terdapat gelembung udara dan mempunyai ketebalan yang baik [6]. Pada penelitian ini digunakan juga bahan untuk meningkatkan sifat plastisitasnya, yakni sifat mekanik yang lunak, ulet yang disebut dengan plasticizer [7]. Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain sehingga dapat merubah sifat material tersebut dan mengatasi kerapuhan film yang disebabkan oleh kekuatan intermolekular yang tinggi. Plasticizer umumnya berupa molekul kecil yang menyebar dan masuk diantara rantai polimer, kemudian merusak ikatan hidrogen dan memisahkan rantai-rantainya, yang mana tidak hanya meningkatkan fleksibilitas tetapi juga permeabilitas terhadap uap air dan gas. Gliserol merupakan plasticizer yang efektif karena memiliki kelebihan mampu untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada ikatan intermolekuler sehingga baik untuk menghambat penguapan air dari produk, dapat larut dalam tiap-tiap rantai polimer sehingga akan mempermudah gerakan molekul polimer, tersedia dalam jumlah yang banyak, harganya murah dan bersifat non toksik [45]. Pemlastis polimer yang biasa digunakan adalah plasticizer dari golongan kelompok poliol seperti gliserol, sorbitol dan xilitol, sehingga digunakanlah pemlastis gliserol untuk mengoptimasi bioplastik [8]. Pembuatan hybrid biokomposit dilakukan dengan menggabungkan pengisi ZnO dan clay serta plasticizer gliserol pada konsentrasi terbaik dengan pati biji mangga sebagai matriksnya sehingga diharapkan dapat menghasilkan produk plastik yang bersifat biodegradable [6]. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka perlu dilakukan penelitian tentang kemampuan biji mangga dalam pembuatan biokomposit dan dilihat pengaruh penambahan pengisi hybrid yaitu ZnO dan clay serta plasticizer gliserol terhadap sifat hybrid biokomposit yang dihasilkan. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Adapun perumusan masalah penelitian ini adalah: 1. Pengaruh konsentrasi gliserol sebagai bahan pemlastis terhadap sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit. 2. Pengaruh penambahan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay dalam pati biji mangga terhadap sifat sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat 3
putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit, serta kemampuan degradasi biokomposit yang dihasilkan. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan penelitian ini adalah: 1. Menentukan pengaruh konsentrasi gliserol sebagai bahan pemlastis terhadap sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit. 2. Menentukan pengaruh penambahan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay dalam pati biji mangga terhadap sifat sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit, serta kemampuan degradasi biokomposit yang dihasilkan. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Adapun manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Meningkatkan nilai ekonomis dari pengolahan sampah biji mangga. 2. Meminimalisir penggunaan plastik konvensional sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan penghematan bahan bakar fosil. 3. Meminimalisir kekurangan dari sifat plastik konvensional dengan menggunakan pengisi hybrid. 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Farmasi, Fakultas Farmasi, Laboratorium Fisika FMIPA, Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Polimer, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,, Medan. Penelitian ini memiliki ruang lingkup sebagai berikut: 4
1. Pati yang digunakan berasal dari biji mangga (mangifera indica) yang diperoleh secara acak dari penjual jus buah di sekitar Pembangunan dan Padang Bulan Pasar 1 Medan. 2. Variabel bebas penelitian ditunjukkan melalui tabel berikut: Tabel 1.1 Variabel Bebas Penelitian [6] Pati Gliserol Pengisi (%) (gram) (%) ZnO Clay (Zinc Oxide) 0 20 5 25 30 35 3. Variabel tetap penelitian adalah sebagai berikut: Massa pati biji mangga (mangifera indica) = 5 gram [6] Suhu gelatinisasi = 80,53 0 C Ukuran partikel Zinc Oxide (ZnO) = 24 nm Ukuran partikel Clay = 10,813 µm Waktu ultrasonikasi = 50 menit [6] 4. Analisa hasil penelitian yaitu : a. Uji pati biji mangga, meliputi : Kadar Pati 5
Kadar Air Profil Gelatinisasi Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) Scanning Electron Microscope (SEM) b. Uji biokomposit, meliputi : Densitas [10] Uji Biodegrabilitas [6] Ketahanan terhadap air [11] Kekuatan Tarik [12] Pemanjangan pada saat putus (Elongation at break) [12] Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) [45] Scanning Electron Microscope (SEM) [45] 6