PENGARUH PENAMBAHAN PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZERSORBITOL TERHADAP PENYERAPAN AIR

62 biji alpukat dengan penambahan kitosan dan sorbitol yang sebelumnya disajikan pada gambar 4.10 dimana hasil SEM menunjukkan bahwa bioplastik yang dihasilkan memiliki struktur ikatan yang baik, tidak ditemukan adanya gelembung udara void, dan komponen-komponen penyusun bioplastik tersebut terlihat tercampur dengan cukup baik dan merata. Hal ini mendukung kualitas bioplastik yang dihasilkan memiliki kerapatan atau densitas yang cukup tinggi. Apabila kita meninjau dari penggunaan sorbitol bahwa semakin tinggi penambahan konsentrasi pemlastis maka densitas bioplastik yang dihasilkan semakin rendah.Hal itu diduga disebabkan oleh terbentuknya ikatan hidrogen pada saat penambahan pemlastis.Ikatan hidrogen menyebabkan struktur rantai polimer semakin berongga. Semakin banyak pemlastis yang ditambahkan, semakin banyak ikatan hidrogen yang terbentuk maka struktur polimer semakin berongga, ruangan di antara molekul-molekul akan menjadi lebih besar, sehingga volume bertambah dan densitas pun berkurang [99]

4.5 PENGARUH PENAMBAHAN PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZERSORBITOL TERHADAP PENYERAPAN AIR

WATER ABSORPTION BIOPLASTIK DARI PATI BIJI ALPUKAT Gambar 4.5 a, b, dan cberikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap penyerapan air bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. a Universitas Sumatera Utara 63 Gambar 4.5 Pengaruh Penambahan Kitosan danPlasticizer Sorbitol Terhadap Penyerapan Air Water Absorption Bioplastik Pada Temperatur a 90 °C, b 85 °C, c 80 °C Gambar diatas menunjukkan pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap penyerapan air bioplastik pada variasi suhupemanasan yang dilakukan dalam penelitian ini.Dari ketiga grafik pada gambar di atas dapat dilihat nilai penyerapan air bioplastik tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan, yaitu 80 o C, 85 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 1 gram dan sorbitol0,4 mlgyaitu berturut-turut sebesar 50 , 52,94 , dan 54,55 , sedangkan penyerapan air terendah pada masing-masing temperatur pemanasan adalah pada penambahan kitosan 3 gram dan sorbitol0,2 mlg yaitu berturut-turut sebesar 23,08 , 29,41 dan 23,08 . Sorbitol merupakan plasticizer yang bersifat hidrofilik sehingga mempunyai kemampuan menyerap air [71]. Pada pengujian ketahanan air, penambahankitosan sebagai bahan pendukung merupakansalah satu campuran dari plastik biodegradable tersebut memiliki ketahanan terhadap air, hal ini karena kitosan sendiri adalah senyawa yangbersifat hidrofobik. Dimana kitosan memodifikasimolekul pati dengan proses grafting ataupencangkokan molekul kitosan kedalam molekul pati sehingga kitosan akan mampumereduksi sifat dari pati yang pada dasarnyabersifat hidrofilik [11]. c Universitas Sumatera Utara 64 4.6 HASIL ANALISIS SIFAT MEKANIK BIOPLASTIK 4.6.1 Pengaruh Penambahan Kitosan Dan Sorbitol Serta Peningkatan Suhu Pemanasan Larutan Bioplastik TerhadapKekuatan Tarik Bioplastik Gambar 4.6 a, b, dan cberikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap kekuatan tarik bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. Gambar 4.6 Pengaruh Penambahan Kitosan danPlasticizer Sorbitol Terhadap Kekuatan Tarik Tensile Strength Bioplastik Pada Temperatur a 90 °C, b 85 °C, c 80 °C Gambar diatas menunjukkan pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap kekuatan tarik bioplastik dari pati biji alpukat pada variasi suhu pemanasan larutan bioplastik yang dilakukan dalam penelitian ini.Dari ketiga gambar di atas dapat dilihat nilai densitas bioplastik tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan, yaitu 80 o C, 85 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 3 gram dan sorbitol0,2 mlg yaitu berturut-turut sebesar 8,0415 MPa, 8,826 MPa, dan 8,238 MPa, sedangkan nilai densitas terendah pada masing-masing temperatur pemanasan a b c Universitas Sumatera Utara 65 adalah pada penambahan kitosan 1 gram dan sorbitol0,4 mlg yaitu berturut-turut sebesar 3,3343 MPa, 1,5691 MPa, dan 1,471 MPa. Kekuatan tarik maksimum berada pada suhu 85 o C yang merupakan kekuatan tarik yang lebih tinggi daripada kekuatan tarik pada suhu 90 o C.Pada suhu yang lebih tinggi, energi dapat memutuskan ikatan intermolekulernya sehingga kekuatan tarik menjadi lebih rendah. Kekuatan tarik meningkat dari temperatur 80 o C ke 85 o C dan menurun pada 90 o C disebabkan pada temperatur 85 o C merupakan temperatur terbaik untuk gelatinisasi pati. Gelatinisasi mengakibatkan ikatan amilosa akan cenderung saling berdekatan karena adanya ikatan hidrogen sedangkan pada 90 o C mengalami penurunan sifat kekuatan tarik dikarenakan pati mengalami pengembungan butiran sehingga butiran pati akan rusak dan kekentalan larutan akan menurun, sehingga pati mengalami proses retrogradasi [95]. Pada gambar 4.6 a, b, c di atas, dari hasil penelitian diperoleh bahwa seiring bertambahnya penggunaan pengisi kitosan maka kekuatan tarik bioplastik juga semakin meningkat. Ini menunjukkan penambahan kitosan berpengaruh berbanding lurus terhadap kekuatan tarik bioplastik yang dihasilkan. Kekuatan mekanik suatu bahan dipengaruhi oleh faktor penting, yaitu affinitas antara komponen penyusunnya. Affinitas merupakan suatu fenomena dimana atom atau molekul tertentu memiliki kecenderungan untuk bersatu dan berikatan. Kekuatan suatu bahan dipengaruhi oleh ikatan kimia penyusunnya yang bergantung pada jumlah ikatan dan jenis ikatan molekulnya [7]. Pada penelitian ini, kitosan digunakan sebagai pengisi dalam bioplastik dari pati biji alpukat dan kitosan inilah yang mempengaruhi ikatan kimia penyusun bioplastik sehingga meningkatkan kekuatan tariknya. Kitosan memiliki fungsi sebagai pengental. Kitosan memiliki gugus fungsi amin, gugus hidroksil primer dan sekunder.Keberadaan gugus tersebut mengakibatkan kitosan memiliki kereaktifan kimia yang tinggi dalam suspensi pati pembuatan bioplastik karena dapat membentuk ikatan hidrogen sehingga dapat membentuk film dan membran yang memiliki kekuatan tarik yang baik [96].Hal ini dapat didukung dengan hasil FTIR yang diperoleh. Dari analisa FTIR pati biji alpukat, gugus O-H ditunjukkan pada bilangan gelombang 3317,56 cm -1 . Selanjutnya dari analisa FTIR bioplastik lengkap dengan adanya sorbitol dan pengisi kitosan, gugus O-H ditunjukkan pada bilangan gelombang yang bertambah menjadi Universitas Sumatera Utara 66 3533,59cm -1 . Hasil FTIR juga menunjukkan adanya gugus amina N-H pada bilangan gelombang 1593,20 cm -1 di dalam bioplastik lengkap dengan kitosan dan sorbitol. Seperti kita ketahui bahwa gugus amina tersebut berasal dari kitosan. Hasil ini menunjukkan kitosan telah menyatu di dalam bioplastik dan mempengaruhi kekuatan tarik bioplastik. Sementara itu, dari hasil penelitian ini diperoleh yang ditunjukkan pada gambar 4.6 a, b, c terlihat bahwa seiring bertambahnya penggunaan plasticizer berupa sorbitol maka kekuatan tarik bioplastik semakin menurun. Ini menunjukkan penambahan sorbitol berbanding terbalik terhadap kekuatan tarik bioplastik yang dihasilkan.Molekul plasticizersorbitolakan mengganggu kekompakan struktur di dalam bioplastik sehingga menurunkan interaksi intermolekuler pati. Kekuatan tarik merupakan besarnya beban maksimum F maks yang digunakan untuk memutuskan sampelper luas penampang awalnya Ao.Menurut Bourtoom 2008 meneliti bahwa nilai kekuatan tarik tensile strength akan semakin menurun seiring bertambahnya penggunaan konsentrasi plasticizer kemudian campuran pati dengan perbedaan kitosan dapat menambah kekuatan tarik tensile strength [13]. Dengan demikian, peningkatan konsentrasi plasticizer menurunkan nilai kekuatan tarik tensile strength dikarenakan terjadi penurunan interaksi antarmolekul dan penambahan kitosan sebagai filler meningkatkan kekuatan tarik. Plasticizer dalam jumlah tinggi menyebabkan bahan tersebut menjadi elastis sehingga menurunkan tensile strength bahan tersebut.Penambahan kitosan dapat meningkatkan elastisitas plastik.Hal tersebut dikarenakan semakin banyak ikatan hidrogen yang terdapat dalam plastik sehingga ikatan kimianya semakin kuat dan sulit diputus karena memerlukan energi yang besar untuk memutus ikatan tersebut [11]. Kekuatan tarik merupakan besarnya beban maksimum F maks yang digunakan untuk memutuskan sampelper luas penampang awalnya Ao.Dari hasil analisa FT- IR pati biji alpukat muncul gugus O-H pada bilangan gelombang 3317,56 cm -1 , sedangkan pada bioplastik pati biji alpukat denganplasticizer sorbitol dan pengisi kitosan gugus O-H muncul pada bilangan gelombang 3533,59 cm -1 .Terbentuknya gugus O-H tersebut juga yang mempengaruhi nilai kekuatan tarik bioplastik yang dihasilkan semakin meningkat seiring meningkatnya variasi penambahan kitosan.Hal Universitas Sumatera Utara 67 tersebut diakibatkan adanya tambahan gugus O-H yang berasal dari kitosan. Ikatan pada gugus O-H tersebut merupakan ikatan hidrogen yang memperkuat interaksi O dengan H yang terdapat pada rantai-rantai amilosa, amilopektin, antara amilosa dan amilopektin, serta ikatan hidrogen antar rantai-rantai kitosan dan antara kitosan dan amilosa amilopektin. Selain ikatan hidrogen yang terdapat diantara ikatan molekul O-H, pada bioplastik juga terdapat ikatan hidrogen diantara ikatan N-H yang berasal dari gugus pada kitosan. Hasil FT-IR kitosanmenunjukkan adanya gugus N-H pada bilangan gelombang 1570,06 cm -1 , dan terjadi penambahan puncak serapan gugus N- H tersebut pada hasil FT-IR bioplastik menjadi 1593,20 cm -1 . Hal ini disebabkan atom N pada gugus N-H tersebut juga berinteraksi dengan atom H pada molekul amilosa dan amilopektin melalui ikatan hidrogen. Universitas Sumatera Utara 68 4.6.2 Pengaruh Penambahan Kitosan Dan Sorbitol Serta Peningkatan Suhu Pemanasan Larutan BioplastikTerhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Gambar 4.7 a, b, dan cberikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap pemanjangan saat putus bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. Gambar 4.7 Pengaruh Penambahan Kitosan danPlasticizer Sorbitol Terhadap Pemanjangan pada saat Putus Elongation at Break Bioplastik Pada Temperatur a 90 °C, b 85 °C, c 80 °C a b c Universitas Sumatera Utara 69 Gambar diatas menunjukkan pengaruhvariasi temperatur pemanasan dan penambahan kitosan terhadap pemanjangan saat putus bioplastik dari pati biji alpukat dengan plastisizersorbitol.Dari ketiga gambar di atas dapat dilihat nilai pemanjangan saat putus tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan, yaitu 80 o C, 85 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 1 gram dan sorbitol0,4 mlg yaitu berturut-turut sebesar 22,31 , 26,76 , dan 21,74 , sedangkan pemanjangan saat putus terendah pada masing-masing temperatur pemanasan adalah pada penambahan kitosan 3 gram dan sorbitol0,2 mlg yaitu berturut-turut sebesar 1,56 , 3,59 , dan 6,88 . Dari gambar 4.7 a, b, dan c di atas terlihat bahwa komponen yang paling jelas mempengaruhi pemanjangan saat putus bioplastik adalah komponen pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol yang digunakan.Dari penelitian yang dilakukan ini, kekentalan larutan bioplastik yang dihasilkan meningkat dari pemanasan 80 o C ke 85 o C dan menurun pada suhu 90 o C. Ini didukung oleh hasil RVA gelatinasi pati pada gambar 4.3 bahwa seiring meningkatnya temperatur dari pasting temperature85,17 o C terlihat bahwa viskositas terus meningkat yang berarti menunjukkan larutan semakin kental. Hal ini berarti larutan bioplastik yang dihasilkan pada suhu pemanasan 85 o C mendekati suhu pasting temperature dimana pada suhu tersebut viskositas akan meningkat. Namun pada suhu 90 o C terjadi retrogradasi dimana kekentalan menurun yang mengakibatkan meningkatnya pemanjangan saat putus.Pemanjangan saat putus cenderung berbanding terbalik dengan kekuatan tarik karena dengan penambahan kitosan pemanjangan saat putus semakin kecil dan dengan penambahan plasticizer pemanjangan saat putus semakin meningkat. Plasticizer merupakan bahan yang ditambahkan ke dalam suatu bahan pembentuk film untuk meningkatkan fleksibilitasnya, karena dapat menurunkan gaya intermolekuler sepanjang rantai polimernya, sehingga film akan lentur ketika dibengkokkan [75]. Penambahan plasticizer yang semakin banyak dapat meningkatkan kapasitas elongasi film [100]. Persentase elongation berbanding terbalik terhadap konsentrasi kitosan.Dimana semakin besar konsentrasi kitosan, maka persentase elongation semakin menurun.Hal ini disebabkan oleh semakin menurunnya jarak ikatan intermolekulernya [64]. Universitas Sumatera Utara 70 4.6.3 Pengaruh Penambahan Kitosan Dan PlasticizerSorbitol Terhadap Modulus YoungBioplastik dari Pati Biji Alpukat Gambar 4.8 a, b, dan cberikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap modulus Young bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. Gambar 4.8 Pengaruh Penambahan Kitosan danPlasticizer Sorbitol Terhadap Modulus YoungBioplastik Pada Temperatur a 90°C, b 85 °C, b 80 °C Gambar diatas menunjukkan hubungan penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap modulus young bioplastik pada variasi suhupemanasanlarutan bioplastik dalam penelitian ini.Dari ketiga grafik pada gambar di atas dapat dilihat a b c Universitas Sumatera Utara 71 nilai Modulus Young tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan, yaitu 80 o C, 85 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 3 gram dan sorbitol0,2mlg yaitu berturut-turut sebesar 515,48 MPa, 245,85 MPa, dan 119,74 MPa, sedangkan Modulus Young terendah pada masing-masing temperatur pemanasan adalah pada penambahan kitosan 1 gram dan sorbitol0,4mlg yaitu berturut-turut sebesar 14,95 MPa, 5,86 MPa, dan 6,77 MPa. Modulus elastisitas modulus elasticity menunjukkan nilai keelastisan elasticity dari produk bioplastik. Nilai modulus tarik yang kecil menunjukkan sifat bahan yang elastis elastic sedangkan nilai modulus tarik yang besar menunjukkan sifat bahan yang kaku dan getas stiff. Oleh karena itu, nilai modulus tarik memiliki hubungan berbanding terbalik dengan pemanjangan saat putus elongation at break. Nilai modulus young yang semakin tinggi akan ditemukan pada film yang memiliki kandungan plasticizer yang lebih sedikit [100].

4.7 HASIL SCANNING ELECTRON MICROSCOPE SEM