4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Plastik Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya selama dua dekade terakhir, telah meningkatkan jumlah polimer sintetis yang diproduksi di seluruh dunia setiap tahun (Shimao, 2001). Salah satu polimer sintetik yang sering dikenal dengan polimer buatan adalah plastik. Istilah plastik, yang sering digunakan oleh masyarakat awam untuk menyebut sebagian besar bahan polimer, mulai digunakan pada tahun 1909. Istilah tersebut berasal dari kata plastikos yang berarti mudah dibentuk dan dicetak. Plastik didefenisikan sebagai material polimer yang dapat dicetak atau dekstruksi menjadi bentuk yang diinginkan dan yang mengeras setelah didinginkan atau pelarutnya diuapkan. Plastik tidak dipintal menjadi benang yang molekulnya berjajar, seperti dalam serat, tetapi dicetak menjadi bentuk berdimensi tiga atau dibentang menjadi film untuk digunakan sebagai pengemas (Oxtoby et al. 2003). Plastik merupakan hidrokarbon yang hampir keseluruhan rantainya tersusun atas atom hidrogen dan karbon. Polimer ini didesain untuk menghambat keluar masuknya oksigen, sehingga produk ataupun makanan yang tersimpan di dalamnya terawetkan dari proses biodegradasi alami atau pembusukan (Adam & Clark, 2009). Plastik tersusun atas padatan organik atau polimer tambahan yang disebut komponen non-plastik yang berupa senyawa anorganik yang memiliki berat molekul rendah dan dapat berisi substansi lainnya untuk meningkatkan nilai ekonomi. Sekitar sepertiga dari material ini digunakan dalam produksi bahan sekali pakai antara lain pembungkus, tas, dan material pembungkus lainnya, gelas dan piring untuk makanan cepat saji dan kepentingan pertanian (Bollag et al. 2000, Fadlilah & Shovitri, 2014). Polimer plastik dianggap sebagai salah satu ciri kemunculan zaman modern yang ditandai dengan kehidupan yang serba praktis dan nyaman (Lestari et al. 2008).
5 Menurut Erliza dan Sutedja (1987) plastik dapat dikelompokkan atas dua tipe, yaitu termoplastik dan termoset. Termoplastik adalah plastik yang dapat dilunakkan berulangkali dengan menggunakan panas, antara lain polietilen, polipropilen, polistiren dan polivinilklorida. Sedangkan termoset adalah plastik yang tidak dapat dilunakkan oleh pemanasan, antara lain phenol formaldehid dan urea formaldehid. Material plastik banyak digunakan karena sifatnya praktis, fleksibel, ringan, tahan air, dan harganya relatif murah serta terjangkau oleh semua kalangan masyarakat, selain itu plastik mudah diproduksi secara massal. Tetapi di samping keunggulannya, plastik masih mempunyai sifat kurang menguntungkan. Limbah plastik dapat mencemari lingkungan karena plastik merupakan bahan yang sulit terdegradasi. Plastik tidak mudah hancur karena pengaruh lingkungan seperti cuaca hujan dan panas matahari maupun mikroba yang hidup dalam tanah (Waryat et al. 2013). Tabel 1. Daftar Beberapa Plastik yang Paling Penting Serta Sifat-Sifatnya Nama Satuan struktural Sifat Contoh Kegunaan Polietilena ( CH 2 CH 2 ) n Kerapatan tinggi: keras, kuat, kaku Kerapatan rendah : lembut, lentur, jernih Polipropilena ( CH 2 CH) n Polivinil klorida CH 3 ( CH 2 CH ) n Cl Lebih kaku dan lebih keras daripada polietilena kerapatantinggi, titik leleh lebih tinggi Tidak mudah terbakar, tahan bahan kimia Wadah cetakan, tutup, mainan, pipa Pengemas, kantung sampah, botol semprot Wadah, tutup, karpet, koper, tali Pipa air, atap, kartu kredit, piringan hitam. Polistirena ( CH 2 CH ) n Getas, mudah terbakar, tidak tahan bahan kimia, mudah diproses dan diwarnai Mebel, mainan, pelapis refrigerator, isolasi Fenolik Kopolimer fenolformaldehida Sumber: Oxtoby et al. 2003 Tahan panas, air, bahan kimia Perekat kayu lapis, penguat serat kaca, papan rangkaian. Menurut laporan Direktorat Pengawasan Produk dan Bahan Berbahaya Badan Pengawasan Obat dan Makanan (2008), untuk mempermudah proses daur
6 ulang plastik, telah disetujui pemberian kode plastik secara internasional. Kode tersebut terutama digunakan pada kemasan plastik yang disposable atau sekali pakai. a. Polyethylene terephthalate (PET) Jenis plastik ini berlogo segitiga bernomor 1, biasanya digunakan untuk botol minuman, botol kecap, sambal, obat dan minyak goreng. Bersifat jernih dan transparan, kedap gas dan air. Untuk jenis ini, disarankan hanya untuk satu kali penggunaan dan tidak untuk mewadahi pangan dengan suhu lebih dari 60. b. High Density Polyethylene (HDPE) Jenis plastik ini berlogo segitiga bernomor 2, bersifat keras hingga semifleksibel, tahan terhadap bahan kimia dan kelembaban, dapat ditembus gas, mudah diwarnai, dan dibentuk. Plastik jenis ini melunak pada suhu 75, biasanya digunakan untuk botol susu, kantong belanja dan tutup plastik. Disarankan hanya untuk satu kali penggunaan karena dikhawatirkan bahan penyusun plastik akan lebih mudah bermigrasi ke dalam makanan jika digunakan berulang kali. c. Polyvinil chloride (PVC) Plastik jenis ini berlogo segitiga bernomor 3, sulit di daur ulang, sebaiknya tidak digunakan sebagai wadah makanan yang mengandung lemak dan alkohol. PVC biasanya digunakan untuk botol kecap dan plastik pembungkus. d. Low Density Polyethylene (LDPE) Plastik ini sebaiknya tidak digunakan kontak langsung dengan makanan. LDPE berlogo segitiga bernomor 4 dengan ciri, bahan mudah diproses, kuat, fleksibel, kedap air, tidak jernih tapi tembus cahaya serta melunak pada suhu 70. e. Polypropylene (PP) Jenis plastik ini berlogo segitiga bernomor 5, merupakan bahan plastik yang baik untuk kemasan pangan, tempat obat, botol susu dan sedotan. Plastik ini melunak pada suhu 140 o C, keras tapi fleksibel, transparan dan tahan terhadap bahan kimia.
7 f. Polystyrene (PS) Terdapat dua macam polystyrene, yaitu yang kaku dan lunak atau berbentuk foam. PS yang kaku biasanya jernih seperti kaca, kaku, getas, mudah terpengaruh lemak dan pelarut. Plastik ini berlogo segitiga dengan nomor 6, biasanya digunakan sebagai wadah makanan atau minuman sekali pakai serta melunak pada suhu 95. g. Plastik Lainnya Digambarkan dengan logo segitiga bernomor 7, bersifat keras, jernih, dan secara termal sangat stabil, biasanya digunakan untuk peralatan makan bayi, botol susu dan galon air. h. Melamin Melamin biasanya digunakan sebagai peralatan makan seperti cangkir, piring, sendok dan garpu. Melamin terbuat dari resin (bahan pembuat plastik) dan formaldehid atau formalin. Kandungan formalin dapat bermigrasi ke dalam pangan, terutama jika produk pangan dalam keadaan panas, asam dan mengandung minyak. 2.2. Polietilena Kerapatan Rendah ( Low Density Polyethylene) Etilena (CH 2 = CH 2 ) ialah monomer paling sederhana yang akan berpolimerisasi. Melalui polimerisasi adisi yang diinisiasi radikal bebas pada tekanan tinggi (1000-3000 atm) dan suhu tinggi (300-500 ), senyawa ini membentuk polietilena: nch 2 CH 2 [ CH 2 CH 2 ]n. (Oxtoby et al. 2003). Polietilena merupakan film yang lunak, transparan dan fleksibel, mempunyai kekuatan benturan serta kekuatan sobek yang baik. Dengan pemanasan akan menjadi lunak dan mencair pada suhu 110. Berdasarkan sifat permeabilitasnya yang rendah serta sifat-sifat mekaniknya yang baik, polietilen mempunyai ketebalan 0.001 sampai 0.01 inchi, yang banyak digunakan sebagai pengemas makanan, karena sifatnya yang termoplastik, polietilen mudah dibuat kantung dengan derajat kerapatan yang baik (Sacharow & Griffin, 1970). Polietilena yang terbentuk dengan cara polimerisasi adisi bukanlah rantai linear yang sempurna sebagaimana tersirat dari persamaannya yang sederhana.
8 Radikal bebas sering mencabut hidrogen dari bagian tengah rantai dalam sintesis ini, sehingga polietilenanya sangat bercabang dengan rantai samping hidrokarbon yang bervariasi panjangnya. Jenis polietilena ini dinamakan polietilena kerapatan rendah (LDPE) sebab kesulitan dalam mengemas rantai sampingnya yang tak beraturan ini menyebabkan kerapatannya lebih rendah (<0,94 % g cm -3 ) daripada polietilena linear sempurna. Ketidakberaturan ini juga membuatnya relatif lembut, sehingga kegunaan utamanya ialah dalam pembungkusan, plastik pengemas, kantung sampah, dan botol semprot, yang kelembutannya memang diinginkan, dan bukan suatu kelemahan (Oxtoby et al. 2003). Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60 sangat resisten terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. 2.3. Degradasi Plastik Degradasi polimer dapat disebabkan oleh berbagai faktor, seperti sinar matahari, panas, umur dan faktor alam (Pudjiastuti et al. 2012). Berdasarkan penyebabnya, degradasi dibagi dalam beberapa jenis yaitu, degradasi termal (panas), fotodegradasi (cahaya), radiasi (energi tinggi), kimia, biologi (biodegradasi) dan mekanis (Meyer & Fred, 1971). Degradasi merupakan suatu jenis modifikasi dari polimer yang menguraikan ikatan rangkai utama dan mengurangi masa molekul. Modifikasi ini terjadi secara kimiawi di alam dan membutuhkan pemutusan ikatan valensi utama, mengubah bentuk lebih sederhana dan terjadinya perubahan ikatan yang disebut sebagai siklikasi. Selama prosesnya degradasi tidak hanya mempengaruhi komposisi kimia dari polimer tersebut tetapi terjadi juga perubahan terhadap parameter fisika seperti berat molekul, distribusi berat molekul, pengkristalan, fleksibilitas ikatan, perubahan ikatan dan konformasi serta rantai ikatan (Allen, 1983). Pada kerusakan termal (termokimia) ada peluang aditif, katalis atau pengotor, turut bereaksi. Fotodegradasi polimer lazim melibatkan kromofor yang menyerap daerah UV dibawah 400 nanometer. Radiasi energi tertinggi misalnya sinar X, gamma, atau partikel, tidak khas serapan. Segenap bagian molekul dapat
9 kena dampak, apabila didukung oleh faktor oksigen, aditif, kristalin, atau pelarut tertentu. Degradasi mekanis dapat terjadi saat pemrosesan maupun ketika produk digunakan oleh gaya geser, dampak benturan dan sebagainya. Degradasi kimia adalah suatu reaksi perubahan kimia atau peruraian komponen suatu polimer karena reaksi dengan polimer sekitarnya yang berupa proses penyederhanaan sebuah molekul menjadi lebih sederhana (kecil) baik secara alami maupun buatan. (Bark & Allan, 1982). Plastik yang sering digunakan baik di dalam maupun di luar ruangan dan berhubungan langsung dengan sinar matahari dalam jangka waktu yang lama dapat memberikan efek yang merugikan bagi produk plastik tersebut. Radiasi Ultra Violet (UV) dapat memutuskan ikatan kimia polimer. Proses ini disebut fotodegradasi yang pada akhirnya menyebabkan keretakan, pengapuran, perubahan warna, dan menurunnya sifat-sifat fisik tertentu (Allen, 1983). 2.4. Biodegradasi Plastik Biodegradasi adalah proses dimana mikroorganisme mampu mendegradasi atau memecah polimer alam (seperti lignin, selulosa) dan polimer sintetik (seperti polietilen, polistiren) (Fadlilah & Shovitri, 2014). Mekanisme biodegradasi diawali dengan degradasi secara abiotik yaitu fotodegradasi yang mengubah gugus rantai utama dengan adanya gugus karbonil (C=O), sehingga terjadi oksidasi karbon pada rantai polimer polietilen (Leja & Lewandowicz, 2009). Oksidasi karbon ini menghasilkan gugus fungsional dengan berat molekul rendah seperti keton, asam karboksilat, dan hidrokarbon (Chiellini et al. 2007). Gugus fungsional yang terbentuk akan menyebabkan sifat polimer hidrokarbon yang awalnya hidrofobik berubah menjadi hidrofilik, sehingga permukaan polimer dapat menyerap air dan memudahkan mikroorganisme (bakteri) untuk melakukan proses degradasi (Gilan et al. 2004; Hadad et al. 2005). Proses selanjutnya adalah degradasi secara biotik atau biasa disebut sebagai biodegradasi. Biodegradasi dilakukan oleh mikroorganisme, salah satunya adalah bakteri. Permukaan plastik yang hidrofilik akan memudahkan bakteri menempel pada permukaan plastik dan akan melakukan kolonisasi (Usha et al. 2011). Koloni bakteri yang menempel pada permukaan plastik akan membentuk
10 biofilm (Das & Kumar, 2013), kemudian bakteri memecah polimer kompleks plastik menjadi senyawa yang lebih sederhana (oligomer, dimer, dan monomer) dengan bantuan enzim intraseluler dan ekstraseluler depolimerase sehingga senyawa tersebut dengan mudah diangkut ke dalam sel bakteri sebagai sumber karbon dan energi (Mohan dan Srivastava, 2010). Plastik yang telah didegradasi akan diabsorbsi oleh sel mikroba untuk metabolisme. Metabolisme secara aerobik menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebaliknya metabolisme anaerob menghasilkan karbon dioksida air dan metana sebagai produk akhir metabolisme (Usha et al. 2011). Enzim ekstraseluler sulit melakukan penetrasi ke dalam material polimer sehingga aktivitas enzim hanya terjadi pada permukaan polimer, sehingga biodegradasi plastik biasanya hanya merupakan proses erosi permukaan. Kerusakan secara fisik mampu memacu biodegradasi polimer dengan menambah area permukaan untuk kolonisasi mikroba atau mengurangi berat molekul polimer tersebut (Bollag et al. 2000). Sifat fisik dan kimia yang dimiliki plastik mempengaruhi mekanisme biodegradasi. Kondisi permukaan (luas permukaan, sifat hidrofilik dan hidrofobik), struktur kimia, berat molekul, titik leleh dan struktur kristal memiliki peran penting dalam proses biodegradasi (Tokiwa et al. 2009). Keragaman mikroorganisme pendegradasi polimer sangat bergantung pada lingkungan, seperti tanah, laut, endapan lumpur aktif, dan sebagainya (Tokiwa et al. 2009). Sekitar 90 marga mikroorganisme dinyatakan mampu mendegradasi plastik, baik bakteri dan jamur, mereka mendegradasi plastik dengan cara mendegradasi hidrokarbon yang terkandung dalam plastik dan memanfaatkannya sebagai sumber karbon (Gnanavel et al. 2013). Mikroorganisme yang mampu mendegradasi plastik diantaranya: Bacillus megaterium, Pseudomonas sp., Azotobacter, Ralstonia eutropha, Halomonas sp., Xanthomonas spp., Flavobacterium spp., Micrococci, Streptococcus, Sthapylococcus, Phanerochate chyrosporium, Penicillium frequentans, Bacillus mycoides, Pseudomonas putidavm15a, Streptomyces spp., Aspergillus sppdan lainnya (Chee et al. 2010; Gnanavel et al. 2013).