Investigasi Sifat Perintang dari Kertas Kemasan yang di-coating dengan komposit berbahan dasar Kanji, Tanah Lempung Montmorillonite, dan Polyethylene Glycol (PEG) 400 Desi Anggreani 1, Khairuddin 2, Nanik Dwi Nurhayati 3 1,2 Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret 3 Program Studi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36A, Kentingan, Jebres, Surakarta ABSTRAK Penelitian mengenai fabrikasi dan karakterisasi lapisan kertas kemasan berbahan kanji singkong, tanah lempung montmorillonite, dan polyethylene glycol (PEG) 400 telah dilakukan. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi konsentrasi tanah lempung-kanji terhadap sifat perintang uap air perintang lapisan kertas makanan. Konsentrasi tanah lempung yang digunakan 5%, dan 40% pph. Komposit kanji/tanah lempung/peg dibuat dengan metode coating di kertas. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi tanah lepung semakin besar menurunkan nilai WVTR. Konsentrasi tanah lempung sebesar 40 % pph memiliki sifat perintang uap air terbaik. Nilai WVTR yang dihasilkan sebesar 157,333 g/m 2 hari. Kata kunci : kanji, tanah lempung, PEG, WVTR ABSTRACT Research on the fabrication and characterization of coating paper packaging made of kanji cassava, clay montmorillonite, and polyethylene glycol (PEG) 400 have been done. The purpose of this research is to know the effect of variation of clay-starch concentration on the nature of water barrier vapor barrier layer of food paper. The concentration of clay used is 5% and 40% pph. The starch/ clay / PEG composite is made by coating method on paper. The results showed that
the concentration of larger soil decreased WVTR value. Clay soil concentration of 40% pph has the best moisture barrier properties. The resulting WVTR value is 157.333 g / m 2 day. Keyword : starch, clay, PEG, WVTR PENDAHULUAN Produksi dan konsumsi kemasan produk makanan dengan berbahan dasar plastik menunjukkan peningkatan setiap tahunnya. Sebagian besar plastik ini berbasis minyak bumi. Namun harga minyak mentah terus meningkat selama dekade sehingga menyebabkan peningkatan yang substansial dalam biaya produksi polimer sintetis. Selain itu ada kekhawatiran konsumen mengenai kerugian dari efek plastik sistesis terhadap lingkungan. Oleh sebab itu dibutuhkan adanya inovasi baru untuk menciptakan produk kemasan makanan yang ramah lingkungan serta kompetitif terhadap biaya produksinya. Polimer alam menjadi permintaan yang besar untuk dijadikan sumber bahan produksi kemasan makanan.(byun et al., 2012). Bahan biopolimer yang banyak menarik perhatian dan berpotensial yaitu kanji. Kanji dapat menggantikan minyak bumi pada pembuatan kemasan makanan, karena memiliki kelebihan unik yaitu murah, berlimpah, terbarukan, dan biodegradable (Tang & Alavi, 2012). Polimer berbahan dasar kanji disamping memiliki kelebihan terdapat juga kekurangan pada sifat-sifat tertentu. Kanji memiliki kekurangan pada sifat mekanik (kekuatan tarik dan modulus young) dan kurang tahan terhadap air (Tang et al., 2008). Upaya pengembangan biopolimer telah dilakukan dengan pencampuran bahan pati dengan polimer lain. Penelitian yang dilakukan oleh Tang (2008) yaitu dengan mencampurkan kanji dengan bahan nanokomposit yang dapat berupa silika atau clay. Hasilnya menunjukkan bahwa clay dapat memperbaiki sifat perintang uap air. Selain menggunakan kanji dan clay, penelitian ini juga menggunakan plastisizer. Adapun tambahan plastisizer adalah untuk membantu penyebaran clay masuk ke dalam
struktur kanji sehingga dapat bercampur dengan baik serta membuat material menjadi lentur. PEG yang digunakan yaitu PEG 400. Hasil dari penelitian ini diharapkan mampu menghasilkan kemasan produk (packaging) yang memiliki keunggulan sifat seperti plastik berbahan dasar minyak bumi namun ramah lingkungan dan terbarukan. MATERIAL DAN METODE Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah kanji jenis Amilum manihot, tanah lempung Na-bentonite jenis montmorillonite serta plasticizer jenis polyethylene glycol (PEG) 400. Larutan yang dibuat memiliki berat total 1 gram yang dilarutkan pada 15 ml aquadest. Larutan yang dibuat terdiri dari 0,1 gr PEG, kemudian diberikan variasi tanah lempung-kanji 5% dan 40% pph. larutan campuran kanji-clay kemudian diolah pada suhu pemasakan dan waktu terbaik. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh (Shodik, 2017), suhu pemasakan dan waktu larutan campuran kanjiclay terbaik yaitu 80 C selama 60 menit. Kemudian pencampuran kanji-clay dengan larutan PEG Selanjutnya di aduk dengan suhu dan waktu pemanasan optimal berdasarkan penelitian (Saputri, 2017) yaitu 70 C selama 30 menit direflux. Hasil pengolahan diratakan diatas permukaan kertas dengan metode coating, selanjutnya di oven pada suhu 40 C selama 12 jam. Hasil pelapis kertas dari campuran larutan kanji-clay-peg dikarakterisasi sifat perintang terhadap uap air (WVTR) dengan metode payne cup analyze. Karakterisasi sifat perintang uap air dilakukan bertujuan untuk mengetahui seberapa besar uap air yang menembus lapisan kertas dalam jangka waktu tertentu. Pengujian sifat perintang uap air dilakukan dengan cara meletakkan bahan penyerap uap air ( silica gel) sebanyak kurang lebih 8 gram kedalam payne cup kemudian diatasnya diletakkan sample kertas yang diujikan. Selanjutnya cup ditutup rapat dan beratnya ditimbang dengan ketelitian 0.001 gr pada skala timbangan digital dan beratnya dihitung sebagai waktu ke-0 pada tabel uii WVTR kemudian diletakkan ke dalam desikator. Cup tersebut ditimbang
Akumulasi Uap Air (mg) kembali pada rentang waktu tertentu untuk mengetahui pertambahan beratnya. Nilai WVTR diukur dengan persamaan 1: Dimana: WVTR = 24xqx1000 Ax( t 60 ) (1) q= Pertambahan berat gram dalam waktu tertentu A= Luas permukaan film yang diuji (m 2 ) t= Waktu antara penimbangan terakhir HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian lapisan kertas terhadap sifat perintang uap air dari campuran bahan kanji (Amilum manihot), tanah lempung (clay), polyethylene glycol (PEG) yang bisa disingkat KCP dilakukan dengan uji water vapour transmission rate (WVTR). 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 150 200 250 300 350 Waktu (menit) Gambar 4.1. Grafik penyerapan uap air KCP variasi konsentrasi pada PEG 400
Gambar 4.1. merupakan grafik akumulasi penyerapan uap air variasi konsentrasi kanji-clay yang diplastisasi PEG 400. Pada Gambar 4.1 menunjukkan grafik hasil WVTR dari pencampuran kanji-tanah lempung-peg 400 (KCP400) dengan variasi konsentrasi K(0,85gr)/C(0,05gr)/P(0,1gr) dan K(0,5gr)/C(0,4gr)/P(0,1gr). Dari grafik tersebut hasilnya menunjukkan garis linear pada masing-masing konsentrasi. Tabel 4.1. Nilai WVTR KCP 400 dengan variasi konsentrasi Kanji-clay Variasi konsentrasi Nilai WVTR Kanji-clay (gr) (g/m 2 hari) K0,85+C0.05 592 K0.5+C0.4 157.333 Tabel 4.1. merupakan nilai hasil uji WVTR variasi konsentrasi kanji-clay pada PEG 400. Hasil menunjukkan bahwa penambahan clay semakin besar, nilai wvtr yang dihasilkan semakin kecil. Nilai WVTR dari masing-masing konsentrasi menunjukkan perbedaan yang jauh. Konsentrasi sebesar 0.5 kanji dan 0.4 clay memiliki nilai WVTR yang kecil. Sehingga pada konsentrasi ini merupakan nilai wvtr yang optimal sebesar 157.333 g/m 2 hari yang artinya sifat perintang terhadap uap airnya terbaik dari konsentrasi lainnya. Secara keseluruhan penambahan konsentrasi clay semakin meningkat maka akan membuat sifat perintang air menjadi baik. Dari grafik 4.1 terlihat bahwa grafik mengalami penurunan secara linear untuk masing-masing PEG. Nilai WVTR semakin kecil menandakan bahwa sifat perintang uap air nya semakin baik. Pada penelitian Shodik 2017 menyebutkan bahwa kertas yang dicoating dengan kanji singkong yang dicampur dengan tanah lempung montmorillonite dapat meningkatkan sifat perintang uap air dari kemasan kertas. Tanah lempung montmorillonite memiliki struktur dasar berbentuk lembaran, dimana diantara lembaran tanah lempung montmorillonite terdapat ruangan yang
disebut sebagai gallery. Jika terjadi interkalasi dimana molekul kanji singkong masuk ke dalam gallery tanah lempung montmorillonite, maka saat ada uap air yang masuk harus melewati lintasan yang lebih panjang. Sehingga waktu tempuh molekul uap air yang masuk menjadi lebih lama dalam lapisan komposit, sehingga nilai WVTR semakin mengecil. Gambaran secara sederhana pengaruh penambahan tanah lempung monmorillonite terhadap panjang lintasan diberikan pada Gambar 4.2 (Ducan, 2011). Gambar 4.2.a. menggambarkan lintasan yang ditempuh pleh molekul pada system tanpa tanah lempung montmorillonite lebih pendek dari pada lintasan yang ditempuh ketika tanah lempung montmorillonite ditambahkan pada polimer (Gambar 4.2.b). (a) (b) Gambar 4.2. Ilustrasi lintasan uap air pada lapisan (a) polimer, (b) tanah lempung montmorillonite dalam matriks polimer (Ducan, 2011). KESIMPULAN Pembuatan lapisan kertas makanan dari bahan kanji, tanah lempung, dan PEG400 diperoleh hasil bahwa penambahan konsentrasi tanah lempung yang semakin meningkat, mengahasilkan nilai WVTR yang kecil dengan kata lain dapat meningkatkan sifat perintang lapisan terhadap uap air. Konsentrasi tanah lempung sebesar 40 % pph memiliki sifat perintang uap air terbaik. Nilai WVTR yang dihasilkan sebesar 157,333 g/m 2 hari.
DAFTAR PUSTAKA Byun, Y.,Ward, A.,& Whiteside, S. (2012). Formation and characterization os shellachydroxypropyl methylcellulose composite films. Food Hydrocolloids, 27, 364-370. Ducan, T.V. (2011). Application of nanotechnology in Food Packaging and Food Safety: Barrier Materials and Sensors. Journal of Colloid and Interface Science, xxx(2011), xxx-xxx. Saputri, D, G. (2017). Pengaru Polyethylene Glycol (PEG) dan Gliserol pada Lapisan Kanji Singkong (Amylum manihot). Skripsi. FMIPA, Fisika. Universitas Sebelas Maret: Surakarta. Shodik, I. S. J., (2017). Fabrikasi dan Karakterisasi Coating Kertas dengan Kanji Singkong dan Tanah Lempung Montmorillonite sebagai Material Kemasan Ramah Lingkungan. Skripsi. FMIPA, Fisika. Universitas Sebelas Maret: Surakarta. Tang, X. Z., Alavi, S.,& Herald, T. J. (2008). Barrier and mechanical properties of starch-clay nanocomposite films. Cereal Chem, 85, 433-439. Tang, X.,& Alavi, S. (2012). Structure and physical properties of starch/poly vinyl alcohol/laponite RD nanocomposite film. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60, 1954-1962.