Pengaruh Penambahan Polietilen Glikol Dan Nanopartikel Zno Terhadap Sifat Fungsional Kemasan Berbasis Poli Asam Laktat.

i

PENGARUH PENAMBAHAN POLIETILEN GLIKOL
DAN NANOPARTIKEL ZnO TERHADAP SIFAT
FUNGSIONAL KEMASAN BERBASIS POLI ASAM
LAKTAT

ARDIANI MUTIARA NISA

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

ii

iii

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pengaruh Penambahan

Polietilen glikol dan Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan
Berbasis Poli Asam Laktat adalah benar 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.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2015
Ardiani Mutiara Nisa
NIM F251124161

ii

RINGKASAN
ARDIANI MUTIARA NISA. Pengaruh Penambahan Polietilen glikol dan
Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan Berbasis Poli Asam
Laktat. Dibimbing oleh NUGRAHA EDHI SUYATMA, TJAHJA MUHANDRI
dan EVI SAVITRI IRIANI.
Plastik banyak digunakan sebagai material bahan kemasan karena

memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik serta murah, praktis serta fleksibel.
Namun sifat plastik yang sulit didegradasi serta bahan bakunnya yang tidak dapat
diperbaharui menimbulkan masalah lingkungan. Untuk itu perlunya alternatif
bahan pengemas yang memiliki sifat dapat didegradasi, bahan bakunya yang dapat
diperbaharui namun memiliki sifat fungsional yang baik. PLA merupakan polimer
yang banyak dikembangkan karena memiliki sifat mekanik dengan kuat tarik yang
baik, termoplastis, barrier yang baik terhadap migrasi flavor dan gas, dapat
didegradasi serta bahan bakunya yang dapat diperbarui. Namun PLA memiliki
sifat rigid dan rapuh. Selain itu PLA memiliki stabilitas termal dan barrier uap air
yang rendah yang membuat aplikasinya sebagai bahan pengemas terbatas. Untuk
dapat meningkatkan sifat fungsional kemasan dari PLA maka dapat dilakukan
dengan menambahkan pemlastis dan filler berukuran nano.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sifat fungsional pada
film Poli Asam Laktat dengan penambahan Polietilen glikol dan nanopartikel
ZnO. Film nanokomposit dibuat dengan metode casting solution. Konsentrasi dari
pemlastis PEG yang ditambahkan adalah sebesar 10%, 20% dan 30% dan untuk
konsentrasi nanopartikel ZnO adalah sebesar 0%, 1% dan 2%. Karakterisasi film
dilakukan dengan menganalisis nilai kuat tarik, persen elongasi, kristalinitas, nilai
laju transmisi uap air, sifat termal, parameter warna, struktur morfologi, dan sifat
antimikroba terhadap bakteri Escherichia coli dan Staphylococcus aureus.

Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa penambahan pemlastis PEG
dapat meningkatkan nilai persen elongasi dan nilai ΔE dari film PLA. Sedangkan
penambahan nanopartikel ZnO pada film PLA mampu meningkatkan nilai kuat
tarik, sifat barrier terhadap uap air, nilai ΔE serta memberikan aktivitas antibakteri
terhadap pertumbuhan Escherichia coli. Akan tetapi, penambahan PEG dan
nanopartikel ZnO memberikan efek yang tidak diharapkan yaitu penurunan
stabilitas termal dari film PLA.
Kata kunci: film nanokomposit, nanopartikel ZnO, pemlastis, PEG, PLA

iii

SUMMARY
ARDIANI MUTIARA NISA. The Effect of Polyethylene Glycol and ZnO
Nanoparticles Additions Towards Functional Properties of Polylactic Acid-Based
Packaging. Supervised by NUGRAHA EDHI SUYATMA, TJAHJA
MUHANDRI and EVI SAVITRI IRIANI.
Plastic is widely used as a packaging material because it has good physical
and mechanical properties and also cheap, practical and flexible. But the
characteristic of plastic that is difficult to degrade and its raw materials that cannot
be renewed cause environmental problems. Therefore,alternative packaging

materials that have degradable properties, made from renewable raw materials and
have good functional properties are necessary to be developed. Polylactic Acid
(PLA) is a polymer that has been developed because it has mechanical properties
with good tensile strength, thermoplastic, good barrier to migration of flavor and
gas, degradable and made from renewable raw materials. However, PLA has rigid
and fragile characteristics. Moreover, PLA has low thermal stability and water
vapor barrier that makes its application as a packaging material is limited. In order
to improve the functional properties of PLA packaging,plasticizer and nano-sized
filler can be added.
The purpose of this research was to improve the functional properties of
PLAfilm with the additions of polyethylene glycol and ZnO nanoparticles.
Nanocomposite film was made usingcasting solution method. The concentrations
of the PEGplasticizer added were 10%, 20% and 30%, while the concentrations of
ZnO nanoparticles added were 0%, 1% and 2%. Film characterization was
conducted by analyzing the values of tensile strength, elongationpercentage,
crystallinity, water vapor transmission rate, thermal properties, color parameter,
morphological structure, and antimicrobial properties against Escherichia coli and
Staphylococcus aureus.
This study results showed that the addition of PEG plasticizer could
improve the elongation percentageand ΔE value of PLA film. While the addition

of ZnO nanoparticles in the PLA film was able to increase the values of tensile
strength, barrier properties against water vapor, ΔE and provided antibacterial
activity against the growth of Escherichia coli. However, the additions of PEG
and ZnO nanoparticles gave undesirable effects such as the decrease of thermal
stability of PLA film.
Keywords: nanocomposite film, ZnO nanoparticles, plasticizer, PEG, PLA

iv

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

i

PENGARUH PENAMBAHAN POLIETILEN GLIKOL
DAN NANOPARTIKEL ZnO TERHADAP SIFAT
FUNGSIONAL KEMASAN BERBASIS POLI ASAM
LAKTAT

ARDIANI MUTIARA NISA

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

ii

Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis: Dr.Ir Sukarno, MSc

iv

PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan tesis yang berjudul Pengaruh Penambahan Polietilen glikol dan
Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan Berbasis Poli Asam
Laktat. Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan strata dua (S2) Program Studi Ilmu Pangan, Departemen Ilmu dan
Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Nugraha Edhi Suyatma,
S.TP, DEA., Bapak Dr. Tjahja Muhandri, S.TP MT., Ibu Dr. Ir. Evi Savitri Iriani,
M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan pengarahan, bimbingan, saran,
motivasi, serta solusi dari setiap permasalahan yang dihadapi penulis selama
melaksanakan penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan terimakasih
kepada Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Kementerian
Pertanian Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui kegiatan

DIPA APBN BB Pascapanen TA 2014. Selain itu penulis ucapkan terima kasih
kepada penguji luar komisi Dr. Ir. Sukarno, M.Sc dan Prof. Dr. Ir. Ratih Dewanti,
M.Sc selaku Ketua Program Studi Ilmu Pangan IPB, yang telah memberikan
masukan pada saat ujian sidang tesis untuk membuat karya ilmiah ini menjadi
lebih baik.
Ungkapan terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada
kedua orang tua Bapak Darno dan Ibu Siti Halimah serta seluruh keluarga besar
tercinta, atas segala doa, semangat, dukungan, motivasi dan kasih sayangnya
selama ini. Penulis juga ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak,
teknisi laboratorium dan teman-teman yang telah membantu dan berbagi ilmu
dalam penelitian ini. Terima kasih kepada teman-teman seperjuangan
Pascasarjana Ilmu Pangan IPB. Semoga karya tulis ini bermanfaat bagi kemajuan
ilmu pengetahuan selanjutnya.

Bogor, November 2015

Ardiani Mutiara Nisa

v

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
2 TINJAUAN PUTAKA
Poli Asam Laktat
Pemlastis
Biodegradable plastik
Nanokomposit
Nanopartikel ZnO
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Alat
Bahan

Prosedur Percobaan
Karakterisasi bahan baku
Analisis struktur morfologi dan ukuran nanopartikel ZnO
Analisis aktivitas antimikroba
Pembuatan film nanokomposit
Karakterisasi fim nanokomposit
Analisis sifat mekanik
Analisis kristalinitas
Analisis laju transmisi uap air
Analisis morfologi permukaan
Analisis sifat termal
Analisis sifat antimikroba
Analisis warna
Analisis statistik
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik bahan baku
Analisis struktur morfologi dan permukaan
Analisis aktivitas antimikroba

v

v
v
1
3
3
3
3

4
8
9
10
13
15
15
15
16
16
17
17
17
18
18
18
18
18
19
19
19
19
19
20

vi

Karakteristik film nanokomposit
Sifat mekanik
Kristalinitas
Laju transmisi uap air
Sifat morfologi
Sifat termal
Sifat antimikroba
Analisis warna

20
20
22
23
24
25
26
27

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

29
29
29

DAFTAR PUSTAKA

30

LAMPIRAN

37

RIWAYAT HIDUP

44

vii

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7

Kelebihan PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas
Penelitian Pembuatan PLA
Hasil analisis antimikroba dengan metode difusi sumur
Nilai kuat tarik dan persen elongasi film
Nilai laju transmisi uap air
Diameter zona bening film
Nilai ΔE film

5
6
21
21
24
27
28

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Metode polimerisasi asam laktat
Mekanisme kerja pemlastis
Kelompok biodegradable polimer
Dimensi nano filler
Metode sintesis nanopartikel ZnO pada skala industri
Perbandingan zona inhibisi nanopartikel oksida logam terhadap
beberapa mikroorganisme
Diagram alir jalannya penelitian
Diagram alir proses pembuatan film PLA
Hasil SEM nanopartikel ZnO pada perbesaran 20.000x
Difraktogram sinar X film nanokomposit
Hasil SEM film pada perbesara 200x
Termogram kestabilan panas film

5
8
10
11
12
13
16
19
20
23
25
26

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7

Hasil analisis statistik diameter zona bening bakteri E.coli
Hasil analisis statistik diameter zona bening bakteri S.aureus
Hasil analisis statistik nilai kuat tarik
Hasil analisis statistik nilai persen elongasi
Hasil analisis statistik WVTR film
Hasil analisis statistik diameter zona bening film
Hasil analisis statistik nilai ΔE film

38
38
39
40
41
42
43

1

1

PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG

Plastik banyak digunakan sebagai material bahan kemasan karena sifatnya
yang praktis, fleksibel, ringan, tahan air, dan harganya relatif murah serta
terjangkau oleh semua kalangan masyarakat, selain itu plastik mudah diproduksi
secara massal. Dalam industri pangan, kemasan plastik dapat secara efektif
meningkatkan umur simpan bahan karena mampu melindungi bahan dari uap air,
udara, mikroba dan tekanan selama proses penyimpanan. Disamping berbagai
keunggulan yang ada pada plastik, bahan ini jugamenimbulkan permasalahan
berskala global, baik bagi lingkungan maupun kesehatan. Selain itu bahan baku
pembuatan plastik menggunakan sumber daya alam yang ketersediaanya semakin
menipis dan sulit diperbaharui. Struktur molekul plastik yang sangat kompleks
menyebabkan plastik sulit terdegradasi secara alami sehingga terakumulasi dan
menimbulkan pencemaran serta kerusakan lingkungan.
Berbagai usaha dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan sampah
plastik seperti daur ulang dan teknologi pengolahan sampah plastik, namun plastik
daur ulang memiliki keterbatasan masa pakai dan kualitasnya menurun. Selain itu,
penggunaan plastik daur ulang dikhawatirkan akan menimbulkan migrasi
monomer plastik yang dapat mencemari produk, khususnya bila digunakan
sebagai bahan kemasan pangan. Pengolahan plastik bekas pakai untuk dijadikan
bahan baku produk plastik baru dinilai tidak efisien karena prosesnya lebih sulit
dan biaya pengolahannya lebih mahal dibandingkan membeli bahan baku plastik
yang baru. Teknologi pengolahan sampah plastik melalui pembakaran akan
menghasilkan gas CO2 dan dioksin yang beracun bagi manusia dan berdampak
pada meningkatnya pemanasan global.
Pemerintah juga turut mendukung dalam mengurangi penggunaan plastik
sebagai bahan pengemas dengan mengeluarkan peraturan pemerintah terhadap
produsen. Berdasarkan Peraturan Pemerintah No.81 Tahun 2012 pasal 12, 13, 14,
dan 15 tentang penggunaan kemasan yang dapat diurai oleh alam. Pemerintah
mengatur produsen untuk menggunakan kemasan yang mudah diurai oleh proses
alam dan menimbulkan sampah sesedikit mungkin. Produsen dapat mengalihkan
penggunaan kemasannya dengan kemasan yang dapat diurai oleh alam secara
bertahap selama 10 tahun ke depan.
Untuk itu perlunya alternatif bahan kemasan yang dapat diurai untuk
menggantikan penggunaan plastik sebagai bahan pengemas produk. Polimer alami
atau biopolimer telah banyak digunakan untuk menggantikan plastik sebagai
bahan pengemas karena sifatnya yang dapat diurai oleh alam dan bahan bakunya
yang dapat terus diperbaharui. Berbagai penelitian tentang bipolimer terus
dikembangkan dengan tujuan untuk mendapatkan bahan pengemas dengan
karakteristik yang baik dan mampu bersaing dengan kemasan sintetik yang ada.
Salah satu biopolimer yang banyak dikembangkan dan telah diproduksi secara
massal adalah Poli Asam Laktat.
Poli Asam Laktat atau PLA merupakan poliester linier alifatik yang
diproduksi dari polikondensasi asam laktat dari fermentasi glukosa. PLA
merupakan polimer yang banyak dikembangkan karena memiliki sifat mekanik

2

dengan kuat tarik yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan polimer lainnya
seperti High Density Polyethylene (HDPE), Polypropilene (PP) dan Polystyrene
(PS) (Dorgan et al. 2010). Polimer ini juga tahan terhadap pelarut dan berfungsi
sebagai barier migrasi flavor maupun gas lainnya seperti CO2, O2, N2 serta uap air
(Auras et al. 2005). PLA juga memiliki biokompatibilitas terhadap jaringan dalam
tubuh sehingga tidak bersifat toksik maupun karsinogenik (Athanasiou et al.
1996). Namun seperti kelompok Polystyrene lainnya, PLA memiliki sifat rigid
dan rapuh. Poli Asam Laktat memiliki nilai elongasi yang sangat rendah yaitu
dibawah 10% (Rasal dan Hirt 2008). PLA juga memiliki stabilitas termal yang
lemah yang membuat aplikasinya sebagai bahan pengemas terbatas (Harada et al.
2007).
Untuk memperluas aplikasi PLA dalam bidang kemasan maka perlu
ditingkatkan fleksibilitas, sifat barrier dan stabilitas termalnya. Beberapa
penelitian telah dilakukan untuk mengatasi permasalahan tersebut diantaranya
adalah dengan pencampuran PLA dengan pemlastis dan filler. Beberapa pemlastis
yang telah diteliti untuk memplastisasi film PLA diantaranya adalah ester sitrat
(Ljungberg dan Wesslen 2002), Polietilen glikol atau PEG (Baiardo et al. 2003;
Pillin et al. 2006), Polipropilen glikol (Piorkowska et al. 2006). Martin dan
Averous (2001) melakukan penelitian dengan mencampurkan PLA dengan
beberapa jenis pemlastis seperti ester sitrat, PEG monolaurat, polietilen glikol
(PEG) dengan berat molekul 400 serta gliserol dan mendapatkan hasil bahwa PEG
berberat molekul 400 Da merupakan pemlastis yang paling efisien untuk PLA.
PEG juga mampu menurunkan nilai Tgdari film PLA (Li dan Huneault 2007).
Nanokomposit terdiri dari matriks polimer atau fase kontinyu dan fase
diskontinyu dengan setidaknya satu dimensi lebih kecil dari 100 nm. Tidak seperti
filler berukuran mikro atau makro, nanopartikel dapat meningkatkan karakteristik
film dengan jumlah penambahan yang sedikit (kurang dari 5%). Penggunaan
nanopartikel pada polimer telah diketahui mampu meningkatkan sifat mekanik,
termal dan barrier terhadap uap air maupun gas. Ketika akan digunakan sebagai
kemasan pangan, nanokomposit lebih baik dibanding kemasan pangan lainnya
karena mampu meningkatkan sifat fungsional dari bahan pegemas (Arora dan
Padua 2010). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuat nanokomposit
berbasis PLA dengan beberapa filler diantaranya adalah clay (Du et al. 2006;
Fukushima et al. 2009; Svagan et al. 2012), nanoselulosa (Gatenholm dan Klemm
2010; Lin et al. 2011; Foturnati et al. 2012; Hossain et al. 2012), karbon
(Chrissafis et al. 2010; Manfredi et al. 2011; Wang dan Qiu 2012), logam
(Kamyar et al. 2010), dan silicon (Huang et al. 2009; Fina et al. 2010; Kuoa dan
Chang 2011).
Jenis logam ZnO telah diketahui sebagai logam yang ramah lingkungan
dan memiliki banyak fungsi jika diaplikasikan sebagai filler. ZnO bersifat tidak
berwarna, dan absorber yang efisien terhadap sinar UV. Filler berukuran nano
dari ZnO dapat diinkorporasikan dengan baik terhadap beberapa polimer seperti
polipropilen, polistiren, polimetilmetakrilat untuk menghasilkan nanokomposit
yang memiliki sifat antimikroba, dan absorber ultraviolet yang baik (Gaur et al.
2010; Li dan Li 2010; Huang dan Hsieh 2010). Nanopartikel ZnO yang
diinkorporasikan ke dalam polimer poliuretan mampu meningkatkan kekuatan
mekanik, stabilitas termal, serta permeabilitas uap air dari film. Selain itu film

3

nanokomposit yang dihasilkan mampu menghambat pertumbuhan bakteri
Eschericia coli dan Staphylococcus aureus (Ma dan Zhang 2009).
Dengan demikian penelitian dengan melakukan pembuatan film berbasis
Poli Asam Laktat (PLA) dengan penambahan Polietilen glikol (PEG) sebagai
pemlastis dan filler nanopartikel ZnO dapat menghasilkan film dengan sifat
mekanik, termal, morfologi maupun sifat fungsional yang baik.
Perumusan Masalah
Penggunaan plastik sebagai bahan pengemas telah menimbulkan masalah
global karena sifatnya yang tidak dapat didegradasi dan sumbernya yang tidak
dapat diperbaharui. Plastik berbahan dasar biopolimer hadir sebagai solusi
alternatif mengatasi permasalahan penggunaan plastik yang bersumber dari
minyak bumi. Poli Asam Laktat (PLA) merupakan polimer yang dengan sifat
mekanik yang baik, diproduksi dari polikondensasi asam laktat yang dapat terus
diperbaharui serta telah banyak diproduksi secara massal. Namun PLA memiliki
sifat yang rigid dan rapuh sehingga aplikasinya sebagai bahan pengemas menjadi
terbatas. Penambahan pemlastis dan filler dapat memperbaiki karakteristik dari
film PLA yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sifat fungsional
film PLA yang dihasilkan dengan penambahan pemlastis Polietilen glikol dan
filler nanopartikel ZnO. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh penambahan Polietilen glikol dan nanopartikel ZnO
terhadap sifat fungsional film nanokomposit seperti sifat fisik, mekanik, termal,
morfologi dan sifat antimikroba.
Hipotesis
Sifat fungsional dari film PLA yang dihasilkan dapat meningkat dengan
penambahan PEG pada taraf 10%, 20%, 30% dan penambahan nanopartikel ZnO
pada taraf 0%, 1% dan 2%.
Manfaat Penelitian
Dapat memperoleh alternatif bahan kemasan dengan bahan baku yang
dapat terus diperbaharui serta mampu terdegradasi sehingga dapat mengurangi
pencemaran lingkungan, aman bagi kesehatan manusia dan memiliki sifat
fungsional yang baik.

4

2

TINJAUAN PUSTAKA
Poli Asam Laktat

Poli Asam Laktat atau PLA merupakan hasil polimerisasi dari monomer
asam laktat. Asam laktat adalah senyawa asam hidroksi yang paling sederhana
dan memiliki atom karbon asimetris yaitu dalam bentuk asam L-laktat dan asam
d-laktat.Asam laktat diproduksi dari perubahan gula atau pati yang bersumber dari
bahan polisakarida melalui fermentasi bakteri atau petrokimia. Produksi asam
laktat melalui bakteri fermentasi strain Lactobacillus lebih sering digunakan sejak
tahun 1990 karena lebih aman dan ramah lingkungan.
Menurut Averous (2008), poli asam laktat dapat diproduksi melalui tiga
metode, yaitu polikondensasi langsung, polikondensasi azeotropik dan
polimerisasi pembukaan cincin (Ring Opening Polimerization). Secara skematik
proses polimerisasi asam laktat disajikan pada Gambar 1.
1. Polimerisasi dengan polikondensasi langsung merupakan metode paling
murah untuk menghasilkan Poli Asam Laktat, namun sangat sulit untuk
mendapatkan Poli asam laktat dengan berat molekul yang tinggi (Averous
2008). Polikondensasi langsung terjadi karena adanya gugus hidroksil dan
karboksil pada asam laktat. Namun, reaksi polikondensasi langsung asam
laktat ini tidak cukup dapat meningkatkan bobot molekulnya dan pada metode
ini dibutuhkan waktu yang sangat lama karena sulitnya untuk mengeluarkan
air dari produk yang memadat, sehingga produk air yang dihasilkan justru
akan menghidrolisis polimer yang terbentuk. Reaksi polikondensasi
konvensional hanya mampu menghasilkan poli asam laktat berbobot molekul
rendah dengan cirinya seperti kaca yang getas.
2. Polikondensasi azeotropik merupakan modifikasi dari reaksi polikondensasi
langsung yang dapat menghasilkan bobot molekul yang lebih tinggi dan tidak
menggunakan chain-extenders atau adjuvents (Averous 2008). Mitsui
Chemical (Jepang) telah mengkomersialkan proses ini dimana asam laktat dan
katalis didehidrasi secara azeotropik dalam sebuah refluxing, pemanasan
dengan temperatur tinggi, pelarut aprotic pada tekanan rendah untuk
menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul mencapai ≥ 300.000.
Reaksi polikondensasi azeotropik menggunakan pelarut seperti difenil eter,
xilena, bifenil dan klorobenzena untuk memudahkan pemisahan air dari
produk pada atmosfer normal atau tekanan rendah. Reaksi ini juga dapat
menggunakan berbagai jenis katalis seperti asam protonat, logam, oksida
logam, logam halida dan garam asam organik dari logam.
3. Polimerisasi pembukaan cincin (ring opening polymerization, ROP), secara
umum, proses ROP pada produksi poli asam laktat dimulai dari polimerisasi
kondensasi asam laktat untuk menghasilkan Poli Asam Laktat dengan bobot
molekul rendah (prepolimer), dilanjutkan dengan depolimerisasi untuk
menghasilkan dimer laktida yang berbentuk molekul siklik. Laktida kemudian
dengan bantuan katalis dipolimerisasi ROP untuk menghasilkan PLA dengan
bobot molekul yang tinggi. Polimerisasi pembukaan cincin menghasilkan poli
asam laktat dengan berat molekul 2×104 hingga 6.8×105. Mekanismemekanisme ROP bisa berupa reaksi ionik (anionik atau kationik) atau
coordination–insertion, bergantung kepada sistem katalisnya (Averous 2008).

5

Menurut Botelho et al. (2004), kelebihan poli asam laktat dibandingkan
dengan plastik yang terbuat dari minyak bumi (konvensional) adalah:
1. Biodegradable, artinya poli asam laktat dapat diuraikan secara alami di
lingkungan oleh mikroorganisme.
2. Biocompatible, dimana pada kondisi normal, jenis plastik ini dapat diterima
oleh sel atau jaringan biologi.
3. Dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri) dan
bukan dari minyak bumi.
4. 100% recyclable, melalui hidrolisis asam laktat dapat diperoleh dan digunakan
kembali untuk aplikasi yang berbeda atau bisa digabungkan untuk
menghasilkan produk lain.
5. Tidak menggunakan pelarut organik/bersifat racun dalam memproduksi poli
asam laktat.
6. Dapat dibakar sempurna dan menghasilkan gas CO2 dan air.

Gambar 1. Metode polimerisasi asam laktat (Averous 2008)
Poli Asam Laktat (PLA) memiliki potensi yang tinggi untuk diaplikasi
secara luas. Saat ini PLA telah banyak diaplikasikan dalam bidang kemasan,
medis dan tekstil. Dalam bentuk film dan bentuk foam digunakan untuk pengemas
daging, produk susu, atau roti. Dapat juga digunakan dalam bentuk botol dan
cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus dan minuman lainnya. Piring,
mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan penggunaan lain dari jenis
plastik ini. Kawashima et al. (2002) menyebutkan beberapa kelebihan dari sifat
fungsional PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas (Tabel 1).
Tabel 1. Kelebihan PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas
Sifat fungsional
Manfaat dalam bidang kemasan
Permukaan yang halus dan jernih Estetika kemasan. Sama jika dibandingkan
dengan PET, tiga kali lebih tinggi jika
dibandingkan dengan PP dan nilon serta
sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan LDPE.

6

Sifat barrier

Memiliki ketahanan yang baik dari minyak
dan terpena.
Heat seal pada temperatur yang PLA dapat dijadikan kemasan yang ―mudah
rendah
dibuka‖ namun dengan daya rekat yang kuat
Polaritas yang rendah
Mudah dilakukan pencetakkan dengan tinta
Status GRAS
Dapat kontak dengan bahan pangan
Kelebihan yang dimiliki oleh PLA baik untuk beberapa aplikasi namun
tetap membutuhkan perbaikan dari beberapa sifat lain. Seperti contohnya
permeabilitas oksigen dan uap air dari PLA masih lebih tinggi jika dibandingkan
dengan plastik sintetik seperti PE, PP, dan PET. Untuk meningkatkan aplikasi
PLA dalam bidang kemasan maka fleksibilitas, stabilitas termal, dan sifat barrier
perlu ditingkatkan. Beberapa penelitian yang telah dilakukan dilakukan untuk
meningkatkan kemampuan PLA disajikan pada Tabel 2.

Penambahan
Pemlastis

Pencampuran

Kopolimerisasi
dari PLA

Tabel 2. Penelitian Pembuatan PLA
Perlakuan atau
Hasil
penambahan
bahan
Menurunkan nilai Tg
Ester sitrat
dan meningkatkan
perpanjangan putus
Menurunkan nilai Tg
Triasetin atau
dan meningkatkan
tributil sitrat
kristalinitas
Poligliserol
Meningkatkan
ester
perpanjangan putus
Menurunkan nilai Tg
Polietilen glikol
dan meningkatkan laju
dan trietil sitrat
kristalinitas
Meningkatkan nilai kuat
Polivinil asetat
tarik dan persen
perpanjangan
Poli-εPerbaikan pada sifat
kaprolakton
mekanis
(PCL)
Pati dengan
Menurunkan nilai Tg,
beberapa
meningkatkan
pemlastis yang
kristalinitas dan
berbeda
biodegradibilitas
Polivinil
Meningkatkan nilai kuat
alkohol dan pati tarik
Meningkatkan suhu
ε-kaprolakton
dekomposisi dan
kristalinitas
Meningkatkan kuat
Polivinil klorida
tarik
AkrilonitrilMeningkatkan nilai

Referensi
Labrecque et al.
(1997)
Ljungberg dan
Wesslen (2002)
Uyama et al. (2006)
Li dan Huneault
(2007)
Wang et al. (2008)

Tsuji dan Ikada
(1996)
Ke dan Sun (2001);
Ke et al. (2003)
Ke dan Sun (2003)
Park et al. (1998)
Lu et al. (2008)
Li dan Shimizu

7

butadien-stiren

Perlakuan fisik

Vakum
kompresimolding dan
ekstrusi fase
padat
Annealing
Aging

perpanjangan putus
dengan sedikit
penurunan dari modulus
dan kuat tarik.

(2009)

Meningkatkan nilai kuat
tarik dan modulus
Lim et al. (2001)
hingga 221 MPa dan 8,4
GPa
Meningkatkan
kekerasan
Meningkatkan nilai Tg

Park et al. (2004)
Quan et al. (2004)

Nano filler

Berbasis Clay

Lapisan silikat

Meningkatkan kuat
tarik, pengolahan proses
yang lebih baik
(kinetika dari
kristalisasi), dan
meningkatkan laju
biodegradasi.

Chen et al. 2008;
Pavlidou dan
Papaspyrides
(2008); Svagan et
al. (2012)

Sepiolit

Meningkatkan sifat
mekanik dan termal.

Duquesne et al.
(2007); Fukushima
et al. (2009)

Halosit

Berbasis
nanoselulosa

CNs, NFCs, BC

Berbasis karbon

CNT
Turunan grafin

Berbasis logam

Ag

Berbasis silikon

Silica
POSS

Meningkatkan nilai kuat
tarik dan modulus tarik,
Du et al. (2006)
dan sifat barrier
terhadap uap air dan gas
Foturnati et al.
Meningkatkan sifat
(2012); Hossain et
mekanik dan sifat
al. (2012); Lin et al.
barrier, dan laju
(2011); Frone et al.
kristalisasi PLA.
(2011)
Chrissafis et al.
Meningkatkan sifat
(2010); Manfredi et
mekanik
al. (2011)
Meningkatkan stabilitas Wang dan Qiu
termal
(2012)
Memiliki sifat
antimikroba yang
efektif, dan
Kamyar et al.
meningkatkan laju
(2010)
kinetika kristalisasi dari
PLA
Meningkatkan stabilitas
termal, sifat mekanik
Huang et al. (2009)
dan sifat barrier
terhadap gas.
Meningkatkan nilai kuat Fina et al. (2010);

8

tarik, sifat barrier
terhadap gas

Kuoa dan Chang
(2011)

Pemlastis
Han (2005) mendefinisikan pemlastis sebagai bahan berbobot molekul
rendah yang ditambahkan dalam materi pembentuk film polimerik yang dapat
menurunkan suhu transisi gelas polimer. Menurut Gennadios (2002) pemlastis
adalah substansi bersifat non volatil, memiliki titik didih yang tinggi, tidak
memisah, dan ketika ditambahkan ke dalam materi lain mengubah sifat fisik dan
mekanik dari material tersebut. Pemlastis dapat meningkatkan daya aliran dan
sifat termoplastik bahan plastik dengan penurunan viskositas polimer, suhu
transisi gelasnya (Tg), suhu pelelehan (Tm) dan modulus elastis produk akhir.
Sifat dari pemlastis ditentukan oleh struktur kimianya sebab kemampuannya
dalam memplastisasi dipengaruhi oleh polaritas dan fleksibilitas molekul.
Pemlastis mampu menempatkan dirinya di antara molekul polimer sehingga
mengganggu interaksi polimer-polimer dan meningkatkan fleksibilitas (Gambar
2). Pemlastis meningkatkan volume bebas struktur polimer atau mobilitas
molekular molekul polimer. Hal ini menunjukkan bahwa pemlastis dapat
menurunkan perbandingan bagian kristalin terhadap bagian amorf yang
menyebabkan menurunnya suhu transisi gelas. Untuk beberapa aplikasi, jumlah
pemlastis yang ditambahkan dapat mencapai 50% dari formulasi bahan untuk
alasan kompatibilitas.

Gambar 2. Mekanisme kerja pemlastis (Trotignon et al, 1996)
Polietilen glikol merupakan golongan senyawa polieter dari etilen oksida.
Rumus umum polietilen glikol adalah C2nH4n+2On+1 dengan bobot molekul
rata-rata sesuai dengan angka yang tertera setelahnya. Polietilen glikol 400,
memiliki bobot molekul rata-rata 400 g/mol atau berkisar antara 380-420 g/mol.
Menurut Parra et al. (2006), polietilen glikol memiliki sifat kelarutan yang baik di
dalam air dan pelarut organik, sifat toksik yang rendah, serta tidak bersifat antigen
dan imunogen.
PLA adalah polimer yang memiliki nilai elongasi yang rendah (