Modifikasi In-Situ dan Karakterisasi Pati Termoplastik Sagu (Metroxylon Sagu) Dengan Difenilmetana Diisosianat Dan Minyak Jarak

(1)

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

OLEH

ROZANNA DEWI

088103010/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

(2)

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas Doktor

Dalam Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

OLEH

ROZANNA DEWI

088103010/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

(3)

Judul Disertasi : MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN DIFENILMETANA DIISOSIANAT DAN MINYAK JARAK

Nama Mahasiswa : Rozanna Dewi Nomor Pokok : 088103010

Program Studi : Doktor Ilmu Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing,

Promotor

Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

Co-Promotor Co-Promotor Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc

Ketua Program studi Dekan FMIPA USU

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 27 Januari 2015

PANITIA PENGUJI DISERTASI

Ketua : Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

2. Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc. 3. Prof. Dr. Yunazar Manjang 5. Prof. Dr. Drs. Tamrin, M.Sc 6. Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc

(5)

PERNYATAAN ORISINILITAS

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Disertasi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh Gelar Kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebut sumbernya dalam daftar pustaka.

Medan, 27 Januari 2015

(Rozanna Dewi) 088103010

(6)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Sebagai civitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Rozanna Dewi NIM : 088103010

Program Studi : Doktor Ilmu Kimia Jenis Karya : Disertasi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-ekslusif (Non-Exclusive Royalty) atas disertasi saya yang berjudul :

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalty Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalihkan media/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya seraya tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Medan, 27 Januari 2015

(Rozanna Dewi) 088103010

(7)

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas nikmat yang tak terhingga sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul Modifikasi In-Situ dan Karakterisasi Pati Termoplastik Sagu (Metroxylon Sagu) Dengan Difenilmetana Diisosianat Dan Minyak Jarak.

Disertasi ini merupakan salah satu syarat dalam mengikuti pendidikan yang tengah penulis laksanakan. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada semua pihak terutama kepada yang terhormat :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM). Sp.A(K), atas kesempatan dan fasilitas serta ijin untuk mengikuti dan menyelesaikan program pendidikan doktor dalam bidang Ilmu Kimia.

Dekan Fakultas MIPA USU, Dr. Sutarman, M.Sc. atas ijin dan kesempatan yang diberikan untuk menjadi mahasiswa Program Doktor Ilmu Kimia.

Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU, Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D., dan Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc., selaku Sekretaris Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU serta kepada seluruh Staf Pengajar pada Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU.

Promotor Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil, Co-Promotor Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Co-Promotor Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc., dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan saran hingga disertasi ini dapat terselesaikan.

Tim Penguji Prof. Dr. Drs. Tamrin, M.Sc., Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc., Prof. Dr. Yunazar Manjang dan Dr. Ediyanto, MS atas kesediaan waktu untuk memberi penilaian dan saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.

Seluruh staf pengajar Program Studi S3 Ilmu Kimia dan staf pengajar Departemen Kimia FMIPA USU.

Rektor Universitas Malikussaleh Prof. Dr. Apridar SE, MM, atas izin, dukungan dan pengarahan yang telah diberikan sehingga saya dapat menyelesaikan studi ini. Terima

(8)

kasih juga kepada keluarga besar Universitas Malikussaleh atas dukungan yang telah diberikan selama ini.

Kepada Ayahanda Alm. H.M. Ilyas Wahab dan Ibunda Hj. Marliah atas didikan dan dorongan untuk terus belajar. Kepada suami Prof. Dr. Ir. Medyan Riza, M. Eng dan Ananda Syahira Fairuz Medyan atas dukungan dan pengertiannya. Kakak-kakak dan Adik-adik serta seluruh Anggota keluarga dan sahabat yang terus memberikan dukungan yang tidak terbatas sehingga studi ini dapat selesai sepenuhnya.

Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah terlibat dalam proses penyusunan disertasi ini, baik dalam bentuk kontribusi data, penyajian penulisan laporan, maupun dalam bentuk kontribusi yang lain. Semoga desertasi ini dapat bermanfaat untuk kebaikan kita semua.

Medan, Januari 2015 Penulis

(9)

MODIFIKASI

IN-SITU

DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (

Metroxylon Sagu)

DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

ABSTRAK

Pada penelitian ini dilakukan sintesa pati sagu Termoplastik (Modified Themoplastic Starch/TPS) pada keadaan in-situ dengan mereaksikan pati terplastisisasi dengan Difenilmetana Diisosianat (MDI) dan minyak jarak secara bersamaan untuk menghasilkan terbentuknya fase Poliuretan prepolimer (PUP) yang lebih homogen dan dalam ukuran yang lebih halus, serta reaksi modifikasi yang tidak hanya terjadi pada permukaan partikel tetapi juga kedalam fase ruah (kedalam bagian partikel) PUP. Sagu tersedia dalam jumlah yang cukup banyak di Indonesia dan perlu dimanfaatkan lebih optimal untuk meningkatkan nilai tambahnya (added value). TPS yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi secara mekanis, fisika dan kimia untuk melihat kekuatan tarik dan elongasinya, interaksi kimia – fisika, dan optimalisasi proses modifikasi in-situ pati sagu tergelatinisasi dengan MDI dan minyak jarak melalui uji kuat tarik dan elongasi, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM) dan Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Swelling Index dan Gel Content, serta derajat biodegradabilitasnya. Film plastik biodegradabel sebagai pembanding karakteristik mekanis dan derajat biodegradabilitasnya juga telah disintesa. Hasil uji mekanis menunjukkan bahwa nilai kuat tarik TPS meningkatnya dengan penambahan PUP, sehingga mencapai nilai yang optimal yang diperoleh pada TPS 3 yaitu 0,66 kgf/cm2. Penambahan minyak jarak dan MDI telah menyebabkan meningkatnya fleksibilitas dari TPS karena poliol didalam PUP bersifat sebagai impact modifier. SEM menunjukkan PUP dan matrik pati berkesinambungan dan rapat serta terikat dengan baik, serta menunjukkan TPS mempunyai pori-pori dengan ukuran kecil yang membuktikan terjadinya cross-link antara pati sagu, MDI dan minyak jarak. FTIR menunjukkan adanya grup ester dan grup uretan didalam TPS termodifikasi dan membuktikan adanya ikatan silang/urethane linkage antara PUP dengan matrik pati. Uji termal yang dilakukan menunjukkan bahwa TPS mempunyai kestabilan termal yang cukup baik. TPS yang dihasilkan diuji biodegradibiltasnya dengan penguraian langsung oleh alam dan mampu terdegradasi dalam waktu 16 minggu.

Kata kunci : pati sagu termoplastik termodifikasi (TPS), minyak jarak, Difenilmetana Diisosianat (MDI), Poliuretan prepolimer (PUP), in-situ, Film plastik biodegradable, kuat tarik, ikatan silang.

(10)

IN-SITU MODIFICATION AND SAGO THERMOPLASTIC STARCH

(Metroxylon Sagu) CHARACTERIZATION WITH

DIPHENYLMETHANE DIISOCYANATE

AND CASTOR OIL

ABSTRACT

In this research, the synthesis of sago starch thermoplastics (Thermoplastic Starch Modified/TPS) in- situ was conducted by reacting plasticized starch with diphenylmethane diisocyanate (MDI) and castor oil simultaneously to produce polyurethane prepolymer (PUP) in more homogeneous phase and smaller size, as well as the modification reaction not only occurs on the surface of the particles but also into the PUP bulk phase (inside part of particles). Sago is available in considerable amounts in Indonesia and need to be utilized optimally to increase the value added. TPS was characterized mechanically , physics and chemistry to obtain the tensile strength and elongation, chemical – physics interaction, and in – situ modification process optimization of gelatinized sago starch with MDI and castor oil through the tensile strength and elongation test, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM) and Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Gel Content and Swelling Index, and biodegradability degree. Plastic film biodegradable is synthesized as a comparison for mechanical characteristics and biodegradability degree. The mechanical tests result showed that the tensile strength of TPS improved with PUP until it reach optimum value and the highest tensile strength was obtained at TPS 3 is 0.66 kgf/cm2 . The addition of castor oil and MDI has led to the increased flexibility of modified TPS because polyol in PUP acted as impact modifier. SEM test shows the PUP and starch matrix continuous and bound tightly and neat, and showed TPS has small size pores which proves the occurrence of cross -links between sago starch, MDI and castor oil. FTIR test showed the presence of ester groups and urethane groups in the modified TPS and prove the existence of cross-linking / urethane linkage between the PUP with starch matrix. Thermal tests conducted showed that TPS has a fairly good thermal stability. TPS was tested its biodegradability through direct decomposition by nature and result showed that TPS can be biodegraded in 16 weeks.

Keywords : Modified Thermoplastic Sago Starch (TPS), castor oil, Diphenylmethane Diisocyanate (MDI) , Polyurethane Prepolymer (PUP), in- situ, biodegradable plastic film, tensile strength, cross-link.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xiii

BAB 1. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Tujuan Penelitian 6

1.3. Manfaat Penelitian 7

1.4. Ruang Lingkup Penelitian 7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 9

2.1. Jarak dan Minyak Jarak 9

2.2. Sintesa Poliol 12

2.2.1. Proses Epoksidasi dan Hidroksilasi 12 2.2.2. Asam Peroksi Formiat 13

2.2.3. Poliol 14

2.2.4. Polieter Poliol 14

2.2.5. Poliester Poliol (PESP) 15

2.3. Poliuretan 16

2.3.1. Poliueratan Termoplastik 19

2.4. Pati Polimer Biodegradable Alami 21

(12)

2.6. Penggunaan Sagu Sebagai Sumber Pati 25 2.7. Karakteristik Pati Sagu 26

2.8. Pati sebagai Biofilm 27

2.9. Polimerisasi 29

2.10. Plasticizer 30

2.11. Sorbitol 31

2. 12. Gliserol 32

2.13. Nisbah Pati dengan Air 33

2.14. Cross-link 33

2.15. Plastik 35

2.15.1. Plastik Konvensional 36 2.15.2. Plastik Biodegradable 37

2.16. Termoplastik 39

2.16.1. Amorphous 40

2.16.2. Kristalin dan semi Kristalin 40 2.17. Karakteristik Kemasan Plastik 41 2.17.1. Karakteristik Mekanik 41

2.17.2. Biodegradabilitas 42

2.18. Pengembangan Teknologi Kemasan Plastik Biodegradable 42 2.19. Fourier Transformation Infra Red (FTIR) 44 2.20. Scanning Electron Microskop (SEM) 49 2.20.1. Teknik pembuatan preparat pada mikroskop electron 51

2.21. Tensile testing 53

2.21.1. Peralatan dan Proses Tensile Test 54 2.22. Thermal Gravimetric Analysis (TGA) 55 2.22.1. Peralatan dan metodologi 56 2.23. Differential Scanning Calorymetri 58

(13)

BAB 3. METODE PENELITIAN 62

3.1. Lokasi Penelitian 62

3.2. Bahan dan Alat 62

3.2.1. Bahan-bahan 62

3.2.2. Alat-alat 62

3.3. Prosedur Kerja 63

3.3.1. Film Bioplastik berbasis Pati 63 3.3.1.1.Variable penelitian 63 3.3.1.2. Sintesa Film Bioplastik berbasis Pati 63 3.3.1.3. Pengujian Film Bioplastik berbasis Pati 66 3.3.1.3.1. Uji Kuat Tarik dan Persen Elongasi 66 3.3.1.3.2. Uji Daya Serap Air 66 3.3.1.3.3. Uji Biodegradabilitas Film Plastik 67 3.3.2. Sintesa pati termoplastik termodifikasi 67 3.3.2.1. Variabel Penelitian 67 3.3.2.2. Sintesa Plastic Starch (PS) 68 3.3.2.3. Sintesa Pati Termoplastik Termodifikasi 68 3.3.2.4. Analisa Termoplastic Starch (TPS) Termodifikasi 71 3.3.2.4.1. Uji Kuat Tarik dan Persen Elongasi 71 3.3.2.4.2. Uji Daya Serap Air 72 3.3.2.4.3. Uji Biodegradabilitas Film Plastik 73

3.3.2.4.4. Uji FTIR 73

3.3.2.4.5. Uji SEM 73

3.3.2.4.6. Uji TGA 74

3.3.2.4.7. Uji DSC 74

3.3.2.4.8. Uji Derajat Swelling dan Gel content 75

BAB 4. PEMBAHASAN 76

(14)

4.1.1. Kuat Tarik (Tensile Strength) 76

4.1.2. Elongasi 81

4.1.3. Uji Daya Serap Air 84

4.1.4. Uji Penguraian (Degradability) 88 4.2. Pati Termoplastik Termodifikasi (TPS) 92 4.2.1. Hasil Analisa Kuat Tarik (Tensile Strength) dan Elongasi 92

4.2.2. Uji Daya Serap Air 95

4.2.3. Mekanisme Pembentukan TPS Termodifikasi 95 4.2.4.Struktur Pati termoplastik Termodifikasi dengan menggunakan

Fourier transform infrared (FTIR) 98 4.2.5.Morfologi Pati Termoplastik Termodifikasi dengan Menggunakan

Scanning Electron Microscopy (SEM) 102

4.2.6. Uji Termal 109

4.2.7. Uji Dekomposisi Termal 112 4.2.8. Derajat Swelling dan Gel Content 114 4.2.9. Uji Penguraian (Degradability) 115 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 121

5.1. Kesimpulan 121

5.2. Saran 122

DAFTAR PUSTAKA 123

(15)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman 2.1. Jenis dan Kadar asam lemak yang terkandung dalam minyak jarak 11

2.2. Karakteristik polieter poliol 15

2.3. Bentuk granula berbagai jenis pati 24

2.4. Perbedaan antara amilosa dan amilopektin 24

2.5. Komponen makronutrien pati sagu (100 gram) 26

2.6. Sifat fisik dan mekanik dari polietilen 37

2.7. Nilai bilangan gelombang senyawa organik 48

3.1. Perbandingan berat masing-masing komponen Sampel 69

4.1. Hasil Uji TPS 1, 2, 3, 4, dan 5 93

(16)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman 2.1. Struktur Minyak Jarak 10 2.2. Gambar struktur beberapa polisakarida 23 2.3. Batang dan tepung sagu 26

2.4. Struktur Sorbitol 32

2.5. Struktur Gliserol 32

2.6. Alat Fourier Transformation Infra Red (FTIR) 48

2.7. Mikroskop Elektron 50

2.8. Scanning Electron Microscopy 51

2.9. Tensile Test 55

2.10. Thermal Gravimetric Analysis 57 2.11. Differential Scanning Calorimetry 61 3.1. Diagram proses sintesa dan pengujian Film Bioplastik 65 3.2. Proses Sintesa TPS termodifikasi dan analisa sampel 70 3.3. Proses sintesa lembar kontrol dan analisa sampel 71 4.1. Pengaruh Komposisi Plasticizer Terhadap Kuat Tarik dengan

Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 5 77 4.2. Pengaruh Komposisi Plasticizer Terhadap Kuat Tarik dengan

Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 7 78 4.3. Pengaruh Komposisi Plasticizer Terhadap Kuat Tarik dengan

Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 9 79 4.4. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Persen Elongasi

dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 5 81 4.5. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Persen Elongasi

dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 7 82 4.6. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Persen Elongasi

(17)

4.7. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Daya Serap Air pada

film plastik dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1:5 85 4.8. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Daya Serap Air pada

film plastik dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 7 86 4.9. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Daya Serap Air pada

film plastik dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 9 87 4.10. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Waktu Degradasi

dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 5 88 4.11. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Waktu Degradasi

dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 7 89 4.12. Pengaruh Komposisi Plasticizer terhadap Waktu Degradasi

dengan Perbandingan Berat Pati Sagu dan Air 1 : 9 89 4.13. Plastik biodegradabel dari pati sagu dengan perbandingan

berat 1 : 9, konsentrasi sorbitol 9% yang terdegradasi (a) hari

ke 1, (b) hari ke 3, (c) hari ke 6, dan (d) hari ke 9 92 4.14. Skema Diagram untuk mempersiapkan TPS termodifikasi

dengan mikropartikel poliuretan 96 4.15. Hasil Fourir transform infrared (FTIR) Poliuretane prepolimer 99 4.16. Hasil Fourir transform infrared (FTIR) untuk Pati

Termoplastic Sagu termodifikasi (TPS 3) 99 4.17. Hasil Fourir transform infrared (FTIR) untuk Pati

Termoplastic Sagu termodifikasi (TPS 3) yang diekstrasi

dengan Pelarut Air 100

4.18. Hasil Fourir transform infrared (FTIR) Pati Termoplastic

Sagu termodifikasi (TPS 3) diekstrasi dengan Toluena 101 4.19. Foto SEM untuk Termoplastic termodifikasi (TPS 3) resolusi

1000 x 102

4.20. Foto SEM untuk Termoplastic termodifikasi (TPS 3) resolusi

3000 x 102

4.21. Foto SEM untuk PUP 104 4.22. Foto SEM untuk cross section Pati Termoplastik

(18)

4.23. Foto SEM untuk cross section Pati Termoplastik

termodifikasi (TPS3) resolusi 5000 x 105 4.24. Foto SEM untuk cross section Pati Termoplastik termodifikasi

(TPS3) diekstraksi dengan Toluena resolusi 3000 x 106 4.25. Foto SEM untuk cross section Pati Termoplastik

termodifikasi (TPS3) diekstraksi dengan Air resolusi 3000 x 107 4.26. Foto SEM untuk Pati Termoplastik termodifikasi (TPS3)

diekstraksi dengan Toluena resolusi 3000 x 107 4.27. Foto SEM untuk Pati Termoplastik termodifikasi (TPS3)

diekstraksi dengan Toluena resolusi 3000 x 108 4.28. Struktur Morfologi Termoplastic starch (TPS) Termodifikasi 109 4.29. Hasil Uji DSC untuk PUP 110 4.30. Hasil Uji DSC untuk TPS3 110 4.31. Hasil Uji DSC untuk TPS3 diekstrasi dengan Toluena 111 4.32. Hasil Uji DSC untuk TPS3 diekstrasi dengan Air 111 4.33. Dekomposisi Termal PUP 113 4.34. Dekomposisi Termal Termoplastic starch (TPS) Termodifikasi 114 4.35. Plastic starch (PS), sebelum dan sesudah terdegradasi 12 hari 117 4.36. Plastik Termoplastic starch (TPS1), sebelum dan sesudah

terdegradasi selama 10 minggu 117 4.37. Termoplastic starch (TPS 2), sebelum dan sesudah

terdegradasi selama 12 minggu 118 4.38. Termoplastic starch (TPS 3), sebelum dan sesudah

terdegradasi selama 13 minggu 118 4.39. Termoplastic starch (TPS 4), sebelum dan sesudah

terdegradasi selama 15 minggu 119 4.40. Plastik Termoplastic starch (TPS 5), sebelum dan sesudah

terdegradasi selama 16 minggu 119 4.41. Poliuretan prepolimer (PUP) murni sebelum dan sesudah

(19)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Lampiran 1. Perbandingan berat pati sagu dan air denganberat

total 200 gr menggunakan gliserol sebagai plasticizer 128 Lampiran 2. Perbandingan berat pati sagu dan air denganberat

total 200 gr menggunakan sorbitol sebagai plasticizer 129 Lampiran 3. Contoh perhitungan komposisi komponen, uji

kekuatan tarik, persen elastisitas dan daya serap air

dari Film Plastik Biodegradabel 130 Lampiran 4. Contoh perhitungan komposisi komponen, uji

kekuatan tarik, persen elastisitas dan daya serap air

dari TPS Termodifikasi 133 Lampiran 5. Foto Sampel Hasil Penelitian Film Plastik

Biodegradabel 135

Lampiran 6. Foto Sampel Hasil Penelitian TPS 139 Lampiran 7. Foto bahan dan alat penelitian 141

(20)

MODIFIKASI

IN-SITU

DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (

Metroxylon Sagu)

DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

ABSTRAK

(21)

IN-SITU MODIFICATION AND SAGO THERMOPLASTIC STARCH

(Metroxylon Sagu) CHARACTERIZATION WITH

DIPHENYLMETHANE DIISOCYANATE

AND CASTOR OIL

ABSTRACT

(22)

BAB 1 PENDAHULUAN

1. 1 Latar Belakang

Pasar untuk bahan-bahan yang berasas minyak tumbuhan sangat berkembang disebabkan oleh keuntungan-keuntungan dalam hal ekonomi, lingkungan dan ketersediaannya. Bahan-bahan yang berasas minyak tumbuhan ini juga dikenali sebagai bahan yang terbiodegradasikan dan berkelanjutan yang dapat memberikan kontribusi terhadap pengurangan efek Pemanasan Global. Negara-negara di dunia sedang memberikan perhatian yang sangat besar terhadap kondisi industri dunia yang berkontribusi besar terhadap pencemaran lingkungan dan efek Pemanasan Global.

Pati adalah polisakarida utama yang terdapat dibumi, yang telah menarik perhatian yang sangat luas atas biodegrabilitasnya dan ketersediaannya yang sangat banyak dan dapat diperbaharui. Umumnya plastik yang disintesa dari pati (starch) yang mengandung kandungan air dalam jumlah yang sedikit adalah sering rapuh. Untuk mengurangi kerapuhan ini, pati diplastikkan dengan plastik hidrofilik seperti gliserol dan dilelehkan untuk membuat pati termoplastik (Thermoplastic Starch/TPS). Bagaimanapun juga, setelah beberapa bulan berada pada kondisi ambient, plastik glicerol TPS menunjukkan perilaku rapuh yang disebabkan migrasi gliserol dari matrik pati. Alasan mudahnya migrasi plastisizer gliserol adalah adanya interaksi pati dengan ikatan non kovalen hidrogen yang menghasilkan pemisahan fasa pada kondisi ambient. Salah satu cara efektif untuk mencegah terjadinya migrasi plastisizer adalah dengan mencabangkan atau menghubungkan modifier yang mempunyai efek fleksibel kepada pati dengan ikatan kovalen yang akan menghasilkan pati termodifikasi yang mempunyai sifat elastis(Wu et al, 2008).

Diantara modifier yang saat ini tersedia, gugus isosianat mempunyai aktifitas yang tinggi untuk bereaksi dengan gugus hidroksil pati. Sehingga, prepolimer poliueratan (PUP) yang mengandung gugus isosianat sering digunakan untuk memperkuat pati. Segmen fleksibel lembut pada poliuretan (PU) dihubungkan pada

(23)

pati melalui rantai uretan yang berfungsi sebagai pemberi dampak modifier. Bagaimanapun juga, sebagian besar modifikasi ini dilakukan dalam pelarut organik, yang menghasilkan polusi lingkungan yang serius. Meskipun beberapa modifikasi dilakukan dalam bulk, dimana butiran pati langsung diisikan kedalam PUP, bahan yang diperoleh adalah termoset. Permasalahan dengan termoset adalah bahan ini tidak dapat dilelehkan atau dilarutkan sehingga membatasi aplikasinya. Secara singkat, sangatlah penting untuk memodifikasi pati menggunakan PUP dengan cara yang ramah lingkungan untuk membuat pati termoplastik yang elastis.

Poliuretan (PU) dengan sifat yang melingkupi elastomer yang sangat baik hingga termoplastik yang kuat, telah digunakan secara luas disebabkan karena sifat fisiknya misalnya kekuatan tensil yang tinggi, abrasi dan tahan koyak, tahan terhadap minyak dan pelarut, suhu fleksibilitas yang rendah, dan versatilitas yang tinggi didalam struktur kimia. Bagaimanapun juga, diarahkan oleh pengurangan yang terus menerus dalam biaya dan pengontrolan emisi senyawa organik volatil, pengembangan formula poliueratan waterborne telah meningkat. Poliuretan

waterborne yang dihasilkan memberikan banyak keuntungan seperti viskositas yang rendah pada berat molekular yang tinggi dan keterpakaian yang baik. Perlindungan terhadap lingkungan dapat lebih direalisasikan ketika poliol digantikan dengan bahan yang dapat diperbaharui, seperti minyak tumbuhan untuk mensintesa bahan uretan

waterborne (Lu et al, 2005)

Diantara banyak jenis minyak tumbuhan, minyak jarak mempunyai tiga gugus hidroksil yang merupakan calon yang baik untuk mensintesa poliueratan. Menggabungkan poliueratan poliester ke dalam pati dapat meningkatkan sifat mekanis atau daya tahan terhadap air. Sesuai dengan prinsip konservasi lingkungan dan penggunaan yang memadai dari sumber bahan yang dapat diperbaharui, maka minyak jarak (castor oil) merupakan sumber poliol yang sesuai untuk mensintesa poliueretan prepolimer yang dapat meningkatkan sifat mekanis dari pati termoplastik.

Asia merupakan konsumen plastik terbesar di dunia yang menyerap sekitar 30% konsumsi plastik dunia dan diikuti oleh Benua Amerika, Eropa serta

(24)

negara-negara lain sehingga setiap tahun sekitar 100 juta ton plastik diproduksi dunia untuk digunakan diberbagai sektor industri dan kira-kira sebesar itu pula sampah plastik yang dihasilkan setiap tahun (Dayanti, 2006). Seiring dengan meningkatnya kesadaran untuk pelestarian lingkungan, kebutuhan bahan plastik biodegradable

mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Di tahun 1999, produksi plastik

biodegradable hanya sebesar 2500 ton, yang merupakan 1/10.000 dari total produksi bahan plastik sintetis. Pada tahun 2010, produksi plastik biodegradable mencapai 1.200.000 ton atau menjadi 1/10 dari total produksi bahan plastik (Dayanti, 2006). Industri plastik biodegradable akan berkembang menjadi industri besar di masa yang akan datang sehingga perlu menghasilkan bahan plastik yang mempunyai karakteristik yang unggul dan dapat didegradasi oleh alam.

Ferrer et al, 2008 telah melakukan karakterisasi dari jaringan poliueretan yang berasal dari poliol berbasis tumbuhan dengan membandingkannya dengan jaringan poliueretan yang berbasis sintesis. Hasil yang diperoleh adalah poliueratan yang berbasiskan poliol dari tumbuhan memiliki kekuatan tarik yang semakin rendah sesuai dengan kenaikan berat molekul poliuretan. Hasil analisa swelling yang dilakukan untuk menentukan berat molekul diantara cross-link dan jaringan polimer yang dibuat dari poliol sintetis mempunyai berat molekul yang lebih tinggi diantara

cross-link. Jaringan poliuretan berbasis tumbuhan menunjukkan kandungan bahan terlarut yang lebih tinggi. Persentase berat yang hilang yang paling tinggi diperoleh pada jaringan poliueratan berbasis tumbuhan yang disebabkan oleh kandungan poliolnya. Hal ini ditunjukkan oleh uji GPC, DSC dan IR. Sintetis poliuretan menunjukkan kehilangan berat yang lebih ringan yang mengandung berat molekul oligomer yang lebih rendah. Analisa sol-fraction telah dilakukan dengan beberapa teknik. Dari hasil analisa ini ditemukan bahwa sol-fraction berbasis jaringan poliueratan tumbuhan berhubungan dengan poliol mentah sementara oligomer dengan berat molekul rendah ditemukan sebagian besar pada sol-fraction jaringan poliuretan berbasis sintesis (Ferrel et al, 2008).

(25)

Qiu et al, 2005 mengembangkan selolosa mikrofiber kristalin dengan polypropylene (PP) dan maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) disiapkan dengan 1,6_diisosianatoheksan (DIC) sebagai compatibilizing agent. Reaksi yang terjadi adalah reaksi bebas permukaan (gugus OH dari selulosa dan gugus NCO dari isosianat). Polaritas dan hidropobisitas serat selulosa dikurangi sehingga meningkatkan kesesuaian serat selolosa dan matrik PP. Sifat mekanis, morfologi dan termalnya diuji dan hasil pengujian menunjukkan kekuatan tensil dan modulus Young dari komposit meningkat dengan menggunakan DIC. Peningkatan ini disebabkan adanya adhesi antar muka yang kuat yang disebabkan oleh pengurangan polaritas dan hidrophobisitas dari serat selulosa didalam komposit berbasis PP, sementara lebih banyak ikatan kimia rantai MAPP pada serat selulosa didalam komposit berbasis MAPP. Sifat maksimum tensil komposit dapat diperoleh dengan melakukan optimisasi kandungan DIC. Uji SEM menunjukkan adhesi antarmuka antara serat selulosa dan matrik PP atau MAPP ditingkatkan didalam komposit DIC ganda. Oleh karena itu, DIC juga menghasilkan beberapa efek pada pada sifat dinamika termal seperti sifat leleh dan kristalinisasi dari komposit (Qiu et al, 2008).

Campuran film transparan dari PU berbahan dasar minyak jarak (castor oil) dan p-phenylene diamine soy protein (PDSP) telah disiapkan oleh Liu et al 2008. Miscibility, morfologi dan sifat dari film campuran diuji dengan FTIR, DSC, DMA, SEM, adsorbsi kelembaban, degradasi termal dan uji tensil. Kedua komponen tersebut sesuai untuk sejumlah besar rasio sebagai hasil dari ikatan hydrogen kuat atau cross-link kimia yang terjadi antara PU dan PDSP. Ketika komponen protein dominan, bagian kecil dari PU berlaku sebagai agen penguat yang efektif untuk PDSP plastic, sedangkan ketika komponen PU dominan, bagian kecil dari partikel protein dapat secara efektif menguatkan elastomer PU. Sejumlah komposisi dengan sifat yang menjanjikan diperoleh dengan memvariasikan rasio kedua komponen. Elongasi, stabilitas termal, dan daya tahan air dari film PU/PDSP meningkat dengan penambahan PU. Terlihat dengan jelas bahwa protein kedelai hidrophobik modifikasi

(26)

dan penambahan PU berbasis minyak jarak dapat membentuk campuran film dengan sifat yang lebih meningkat (Liu, 2008)

Lu et al, 2005 telah mengembangkan PU waterborne dari poliol yang berbasis minyak lobak, dan kemudian menggunakannya untuk memodifikasi pati gliserol terplastisasi (glycerol plasticized starch/PS) untuk mengatasi kelemahan dari bahan pati yaitu sifat mekanis yang buruk dan sensitifitas terhadap air. Campuran film tersebut disiapkan dengan mereaksikan pati tergelatinisasi dengan PU. Efek dari kandungan PU pada morfologi, kelarutan dan sifat fisik campuran tersebut diteliti dengan SEM, DSC, DMA, uji mekanis dan uji sensitivitas air. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati gliserol terplastisasi dapat dicampur dengan PU berbasis minyak lobak pada level molecular ketika kandungan PU dibawah 20 %, dimana terjadi pemisahan fasa ketika kandungan PU meningkat didalam campuran. Kehadiran dari interaksi antara ikatan hdirogen antara pati dan PU memainkan peran kunci daalam meingkatkan kemampuan campuran. Jika dibandingkan dengan film PS yang murni, campuran PS/PU menunjukkan nilai elongasi dan kekuatan tensil yang lebih baik. Selanjutnya menambahkan PU kedalam matrik pati juga meningkatkan resistensi campuran film terhadap air. Faktor kunci yang menentukan peningkatan sifat dari campuran PS/PU disebabkan karena inetraksi intermolecular ikatan hydrogen (Lu, et al, 2005).

Penelitian yang telah dilakukan oleh Wu et al, 2008 mensintesa TPS termodifikasi dengan menggunakan pati jagung dengan PUP yang dibuat dari Difenilmetana Diisosianat (MDI) dan Poliol yang berasal dari minyak jarak. Modifikasi ini menghasilkan bahan pengisi (Poliuretan Prepolimer) yang membentuk mikropartikel sehingga diperoleh bahan mirokomposit pati sagu. Proses yang dilakukan oleh Wu adalah memperkuat Termoplastik pati jagung dengan menggunakan PUP yang berikatan dengan matrik pati melalui ikatan uretan. Dalam hal ini PUP dicampurkan kedalam matrik pati sebagai pengisi (filler) dan pada keadaan telah tersintesa secara terpisah terlebih dahulu dan sudah membentuk mikropartikel PUP. Segmen lembut poliol elastik didalam PU memainkan peran

(27)

sebagai modifier dampak, meningkatkan kekuatan dari TPS termodifikasi. Hampir 100 persen dari PU diikatkan secara silang (cross-link) kepada pati yang mengindikasikan efisiensi modifikasi yang tinggi. Pembentukan mikropartikel PU multifungsional adalah sangat penting untuk mencapai efisiensi reaksi yang tinggi (Wu et al, 2008).

Pada penelitian ini ingin dicoba mensintesa pati sagu termoplastik termodifikasi (TPS) pada keadaan in-situ dengan mereaksikan pati terplastisisasi dengan MDI dan minyak jarak secara bersamaan, menghasilkan terbentuknya fase poliuretan prepolimer (PUP) yang lebih homogen dan dalam ukuran yang lebih halus, serta reaksi modifikasi yang tidak hanya terjadi pada permukaan partikel tetapi juga kedalam fase ruah (kedalam bagian partikel) PUP. Pada penelitian ini ingin dipelajari struktur/hubungan sifat dari TPS termodifikasi, mekasisme pembentukan, sifat mekanis dan sifat termalnya melalui beberapa uji seperti uji tensile, daya serap air, SEM, TGA, DSC dan FTIR. Minyak jarak digunakan dalam penelitian ini karena berasal dari minyak tumbuh-tumbuhan yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan. Oleh karena itu juga dilakukan uji biodegradabilitas juga dilakukan untuk melihat penguraian TPS termodifikasi di alam oleh bakteri.

Keutamaan dari penelitian ini selain dari proses in-situ yang merupakan mekanisme yang lebih menguntungkan, juga karena bahan bakunya yang berasal dari pati sagu yang tumbuh terbiar di sebagian besar daerah di Indonesia dan masih belum dioptimalkan pemanfaatnnya sebagai bahan makanan, sehingga merupakan bahan baku yang harus diberdayakan untuk kebutuhan lainnya yang lebih mempunyai nilai tambah (added value). Sedangkan jagung masih merupakan bahan makanan yang banyak dikonsumsi di Indonesia baik sebagai makanan pokok maupun dijadikan bahan makanan turunan lainnya sehingga dari sisi harga masih terhitung lebih mahal. Selain itu, hingga saat ini masih terjadi keterbatasan produksi jagung di Indonesia.

1.2 Tujuan Penelitian

(28)

1. Optimalisasi proses modifikasi in-situ pati sagu (metroxylon sagu) tergelatinisasi dengan MDI dan minyak jarak dan homogenisasi pengisi PUP kedalam komposit pati termoplastik termodifikasi (TPS).

2. Mengetahui interaksi kimia – fisika yang terjadi pada pati termoplastik termodifikasi (TPS) yang dipengaruhi oleh kadar MDI dan minyak jarak

3. Mengetahui karakteristik mekanis, morfologi, thermal dan biodegradablility

dari pati termoplastik termodifikasi (TPS) dan membandingkannya dengan film plastik biodegradable yang berasal dari pati sagu.

1.3 Manfaat Penelitian

Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat dihasilkan termoplastik pati sagu termodifikasi dengan minyak jarak dan MDI yang mempunyai kekuatan yang baik dan dapat diketahui mekanisme pembentukan pati termoplastik termodifikasi secara

in-situ. Disamping itu, penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu penelitian yang dapat mengarahkan kepada pengoptimalan penggunaan bahan-bahan hayati yang mempunyai banyak manfaat kepada manusia dan tersedia dalam jumlah yang banyak di Indonesia serta menyumbangkan kepada usaha-usaha pencegahan terhadap perubahan iklim yang sedang dikembangkan secara global pada saat ini.

1.4 Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini difokuskan untuk menghasilkan termoplastik pati sagu termodifikasi yang berasal dari pati sagu, poliol dari minyak jarak dan Dipenil Metilen Diisosianat (MDI) yang terjadi melalui mekanisme in-situ. Variabel dari penelitian ini adalah jumlah variasi kandungan berat poliol dan MDI terhadap kandungan sagu dan penambahan bahan plastisizer.

TPS termodifikasi ini diharapkan mempunyai kekuatan yang baik yang akan ditunjukkan dengan analisa terhadap struktur dan morfologi untuk melihat cross lingking antara poliuretan mikropartikel dan matrik pati melalui rantai uretan. Pengujian karakteristik pati termoplstik termodifikasi akan dilakukan dengan

(29)

beberapa alat analisa yaitu Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Tensile Test, Diferential Scanning Calorimetry (DSC) dan Thermal Gravimetric Analysis (TGA). Hasil analisa ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai struktur pati termoplastik termodifikasi, morfologi dan cross section pati termoplastik dengan PUP, kekuatan mekanis, sifat termal, derajat biodegradabilitas dan mekanisme pembentukan pati termoplastik termodifikasi secara in-situ.

Disamping itu juga dihasilkan plastik sagu biodegradable yang akan diuji sifat mekanis dan kimiawinya. Penambahan dua jenis plastisizer yaitu sorbito dan gliserol juga diharapkan memberikan nilai lebih kepada kualitas mekanis film plastik ini. Pengujian yang dilakukan terhadap splastik sagu biodegradable ini adalah uji kuat tarik, persen elongasi dan uji biodegrabilitas. Selanjutnya akan dibandingkan karakteristik pati termoplastik termodifikasi (TPS) dengan karakteristik film plastik biodegradable.

(30)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Jarak dan Minyak Jarak

Ada beberapa jenis jarak yang ditanam di Indonesia, semuanya dari keluarga Eyhorbiaceae, yaitu jarak kaliki/kastor (Ricimus communis), jarak pagar (Jatropha Curcas), jarak gurita (Jatropha Multifida), dan jarak landi (Jatropha Gossypifolia). Secara ekonomi, tanaman jarak pagar dapat dimanfaatkan seluruh bagiannya, mulai dari daun, buah, kulit batang, getah dan batangnya. Daun bisa diekstraksi menjadi bahan pakan ulat sutera dan obat-obatan herbal, kulit batang juga bisa diekstraksi menjadi tannin atau sekedar dijadikan bahan bakar lokal untuk kemudian menghasilkan pupuk. Bagian getah bisa diekstraksi menjadi bahan bakar.

Potensi terbesar jarak pagar ada pada buah yang terdiri biji dan cangkang (kulit). Pada biji terdapat inti biji dan kulit biji. Setelah melalui proses pemerahan, dari inti biji akan dihasilkan bungkil perahan, yang kemudian diekstraksi. Hasilnya berupa minyak jarak pagar dan bungkil ekstraksi. Bungkil ekstraksi bisa menghasilkan pupuk dan sebagai bahan dasar pembangkitan biogas yang produk akhirnya berupa biogas pengganti minyak tanah, serta ekstoksifikasi yang hasil akhirnya berupa pakan lemak. Sementara itu kulit biji jarak pagar bisa menghasilkan bahan bakar lokal dan pupuk.

Jarak pagar merupakan tanaman semak yang tumbuh cepat dengan ketinggian mencapai 3 – 5 m. Tanaman ini tahan kekeringan dan dapat tumbuh ditempat bercurah hujan 200 milimeter per tahun hingga 1500 milimeter per tahun. Jarak pagar hampir tidak memiliki hama karena sebagian besar bagian tubuhnya beracun. Tanaman ini mulai berbuah setelah berusia lima bulan dan mencapai produktifitas penuh setelah 5 tahun.

Biji jarak pagar rata-rata berukuran 18 x 11 x 9 mm, berat 0,62 gram, dan terdiri atas 58,1 % biji inti berupa daging (kernel) dan 41,9 % kulit. Kulit hanya mengandung 0,8 % ekstrak eter. Kadar minyak (trigliserida) dalam inti biji ekuivalen

(31)

dengan 55 % atau 33 % berat total biji. Produktivitas per pohon jarak mencapai 2 – 2,5 kg biji kering. Dalam 1 ha lahan dengan 2000 batang pohon, akan menghasilkan 4 – 5 ton biji kering dalam setahun. Satu ton biji kering akan menghasilkan 200 – 300 liter minyak jarak. Sehingga 1 ha lahan akan menghasilkan 1000 – 1500 liter minyak jarak. (Budi, 2001)

Minyak jarak pagar berwujud cairan bening berwarna kuning dan tidak menjadi keruh meski disimpan dalam waktu lama. Komposisi proksimat bungkil bebas minyak terdiri dari 12,9 % air, 10,1 % abu, 45,1 % protein kasar, 31,9% serat kasar dan bahan organik tak bernitrogen.

Jarak pagar mengandung kurang lebih 80 % daging buah dan 20 % buah yang dilapisi kulit yang tipis. Warna biji adalah putih diwaktu masih muda dan berwarna coklat setelah buah menjadi matang. Detail buah adalah kulit luar (epicarplum), daging buah (mesocarpium), cangkang kulit biji (spermodosis), inti biji jarak (endocarpium). Struktur kimia minyak jarak dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini.

(32)

Asam lemak penyusun minyak jarak pagar terdiri atas 22,7 % asam jenuh dan 77,3 % asam tak jenuh. Kadar minyak dalam biji sekitar 40 – 60 %. Minyak jarak pagar adalah minyak semi padat yang mempunyai komposisi tetap. Minyak jarak (Ricinus Communis) adalah cairan yang tidak berwarna sampai dengan berwarna kuning pucat dengan bau dan rasa yang sangat ringan bahkan kadang-kadang cenderung tidak sama sekali. Minyak jarak mempunyai titik didih 313oC dan densitas 961 kg/m3. Minyak jarak dan turunnya digunakan dalam pembuatan sabun, pelumas, minyak hidrolik dan minyak rem, cat, pewarna, pelapis, tinta, plastik, wax, farmasi, parfum dll. Jenis dan kadar asam lemak minyak jarak dapat dilihat pada Table 2.1 dibawah ini.

Tabel 2.1. Jenis dan Kadar asam lemak yang terkandung dalam minyak jarak. No Jenis Asam lemak Kadar asam lemak, %

1 Asam Ricinoleic 85-95

2 Asam Oleat 2-6

3 Asam Linoleat 1-5 4 Asam Linolenic 0,5-1 5 Asam Stearat 0,5-1 6 Asam Palmitat 0,5-1 Sumber : Budi, 2001

Minyak adalah sumber asam ricinoleic, sebuah mempunyai gugus fungsional hidroksil pada karbon ke 12. Gugus Fungsional ini telah menyebabkannya lebih polar dibadningkan dengan lemak lainnya. Reaktifitas kimia gugus alkohol juga menyebabkan derivatisasi kimia yang tidak mungkin dengan kebanyakan minyak lainnya. Dikarenakan kandungan asam ricinoleic, minyak jarak adalah bahan baku kimia yang berharga dan memiliki harga yang lebih mahal

(33)

dibandingkan minyak biji lainnya. Minyak jarak digunakan sebagai bahan poliol didalam industri poliuretan. Fungsionaliti rata-ratanya (jumlah gugus hidroksil per molekul trigleserida) adalah 2,7, sehingga sering digunakan sebagai poliol rigid.

2.2. Sintesa Poliol

Poliol dapat dihasilkan dari minyak-minyak nabati, yaitu dari minyak kelapa sawit, minyak kedelai, minyak bunga matahari, minyak kelapa, minyak jarak, dll. Dengan kandungan trigliserida dan asam lemak tidak jenuh, minyak jarak dapat diubah menjadi poliol melalui proses-proses epoksidasi dan hidroksilasi, (Budi, 2001).

2.2.1. Proses Epoksidasi dan Hidroksilasi

Dalam terminologi poliuretan, istilah poliol meliputi semua komponen yang mengandung gugus hidroksil, termasuk diantaranya adalah senyawa polihidroksi trigliserida alam. Polihidroksi trigliserida dibuat melalui epoksidasi minyak diikuti dengan pembukaan cincin epoksida oleh air atau donor hidrogen lain seperti alkohol dan amina. Proses sintesis ini disebut juga dengan proses hidroksilasi.

Epoksidasi adalah reaksi oksidasi ikatan rangkap oleh oksigen aktif membentuk senyawa epoksida, dimana reaksi khas dari epoksida ini adalah reaksi pembukaan cincin yang dapat berlangsung dalam suasana asam maupun basa. Pada reaksi epoksida ini yang paling berpengaruh adalah suhu reaksi, bilangan iodin, bilangan hidroksil dan persen oksiran.

Epoksidasi trigliserida dan ester akan menghasilkan suatu produk penting dalam industri. Ester yanag dihasilkan dari reaksi epoksidasi mempunyai densitas yang tinggi, volatilitas yang rendah dan lebih tahan terhadap proses oksidasi daripada ester yang tidak diepoksidasi. Salah satu hasil epoksidasi trigliserida dan ester adalah bahan baku pembuatan plastik dan aditif serta bahan baku pipa PVC (poly vinil klorida), (Budi, 2001).

(34)

Proses hidroksilasi merupakan proses pembentukan gugus hidroksil dengan membuka ikatan rangkap yang terdapat pada gliserida asam lemak tidak jenuh pada minyak jarak. Gugus –OH sangat berperan dalam pembentukan karakteristik poliol yang dihasilkan. Proses hidroksilasi ini merupakan lanjutan dari proses epoksidasi. Pada umumnya epoksidasi menggunakan hidrogen peroksida sebagai pereaksi. Sifat hidrogen peroksida sebagai oksidator tidak cukup kuat sehingga biasanya ditransformasi ke bentuk yang lebih aktif.

Asam peroksida yang dibentuk dari reaksi hidrogen peroksida dengan asam alifatis rendah (asam formiat dan asam asetat) merupakan bentuk yang reaktif. Asam peroksida dapat bereaksi sangat cepat dengan senyawa tidak jenuh. Pada suhu 40oC, laju pembentukan asam peroksi formiat (dari H2O2 dan CHOOH) dengan katalis H2SO4). Sifat asam formiat yang kuat dapat juga membuka cincin oksiran untuk menghasilkan senyawa turunan hidroksi-formoksi. Dengan adanya air akan terbentuk senyawa dihidroksi asam formiat. Proses hidroksilasi asam oleat dengan hidrogen peroksida dan asam formiat pada suhu 40oC menggunakan perbandingan H2O2 dan HCOOH 1 : 14 mol, (Budi, 2001).

2.2.2. Asam Peroksi Formiat

Asam peroksi formiat merupakan suatu oksidator yang digunakan pada proses epoksidasi minyak-minyak nabati. Asam peroksi formiat merupakan produk yang diperoleh dengan mereaksikan asam dengan hidrogen peroksida.

Asam peroksi formiat pada dasarnya disebut sebagai zat organik yang berasal dari komponen peroksida dan pada suhu 110oC dapat meledak. Untuk mencegah ledakan biasanya dibuat dan disimpan pada keadaan cair. Asam sering digunakan sebagai oxidizer pada sintesa organik dan sebagai katalis atu resin epoksi awal. Sebagai komponen peroksida organik, asam peroksi formiat dalam mengalami proses epoksidasi, oksidasi, hidroksilasi dan reduksi. Komponen peroksida organik ini merupakan bahan pengoksidasi yang sangat kuat dalam melepaskan oksigen. Penggunaannya secara luas berupa katalis, inisiator, dan bahan crosslinking untuk

(35)

proses polimerisasi pada industri pembuatan plastik dan sebagai bahan kimia intermediet, bahan pembantu proses bleaching, drying dan cleaning.

2.2.3. Poliol

Poliol merupakan polimer yang mempunyai komposisi berat, fungsionalitas dan berat molekul yang sangat bervariasi. Berat molekulnya dari 250 – 8000 dan fungsionalitas hidroksil dari 1-8. Karakteristik-karakteristik penting dari poliol yang berkaitan dengan aplikasi untuk poliuretan adalah fungsionalitas hidroksilnya dan distribusinya, berat ekuivalen hidroksil, komposisi rantai polimer dan struktur gugus hidroksil. Sifat-sifat spesifik poliol dapat diperoleh dengan sintesa secara langsung atau pencampuran poliol yang berbeda tipe, reaktivitas, berat molekulnya dan fungsionalitasnya.

Ada dua kelompok poliol yang dapat digunakan dalam pembuatan poliuretan, yaitu polieter poliol dan poliester poliol. Sekitar 90 % dari poliol yang digunakn untuk pembuatan poliuretan adalah polieter poliol dengan gugus hidroksil di ujung. Dominasi ini disebabkan oleh keanekaragaman struktur, biaya, performance produk dan kemudahan penanganan poliol tersebut (Budi, 2001).

2.2.4. Polieter Poliol

Polieter Poliol (PEP) biasanya merupakan propilen oksida atau etilen oksida kopolimer. PEP dibagi menjadi dua jenis, yaitu yang memiliki berat molekul tinggi, linear atau bercabang dengan rata-rata fungsionalitas hidroksil 2 – 3 dan berat molekul 1000 – 8000, yang kedua yaitu memiliki berat molekul yang rendah, bercabang dengan rata-rata fungsionalitas hidroksil 3 – 7 dan berat molekul 250 – 1000. Adapun karateristik dari polieter poliol dapat dilihat pada Tabel 2.2 dibawah ini :

(36)

Tabel 2.2. Karakteristik polieter poliol

No Karakteristik Berat molekul Tinggi Berat molekul Rendah 1 Rantai molekul Lurus Bercabang 2 Fungsionalitas hidroksil rata-rata 2 - 3 3 – 7 3 Berat Molekul 1000 - 8000 250 – 1000 4 Aplikasi Fleksibel Rigid/kaku Sumber : Budi, 2001

2.2.5. Poliester Poliol (PESP)

Poliester poliol (PESP) merupakan senyawa kimia yang memiliki variasi berat molekul, komposisi, reaktivitas dan fungsionalitas hidroksil. Karakteristik yang umum dari poliester poliol adalah unit ester yang berulang, dimana unit tersebut dapat berupa aromatik dan alifatik dan merupakan terminal primer atau kelompok hidroksil sekunder. Penggunaan PESP biasanya pada aplikasi poliuretan, tetapi mereka merupakan komponen kondensasi termoplastik polimer atau komponen reaksi polimer seperti epoksi dan resin poliester tak jenuh.

PESP dibagi menjadi dua katagori bila didasarkan pada aromatik dan alifatik jenuh dan kebanyakan berbentuk linear dan berat molekulnya 2000 – 4000. Digunakan untuk membentuk senyawa dengan tingkat kemurnian tinggi dan biasanya jenis ini biaya pembuatannya mahal dan sulit ditangani (karena memiliki viskositas yang tinggi). Katagori kedua terdiri dari jenis PESP yang memiliki berat molekul rendah yang didasarkan pada pendayagunaan atau material mentah yang tidak bagus seperti etilen terefalat atau dimetil terefalat bagian dasar distilasi. PESP jenis ini memiliki kombinasi yang unik dari segi biaya dan karakteristik kelembaman dan dapat menjadi zat atau bahan yang sangat diperlukan pada pembuatan busa kaku, (Budi, 2001).

(37)

2.3. Poliueretan

Poliuetan dihasilkan dengan mereaksikan polyol dan isocianate dengan kehadiran blowing agent dan aditif. Isocianate yang umum digunakan adalah diphenylmethylene diisocyanates (MDI) and toluene diisocyanates (TDI). Sekarang ini, sumber penghasil poliol adalah bahan berasas minyak bumi. Dengan menurunnya cadangan minyak bumi, sangatlah penting untuk mencari bahan yang dapat diperbaharui untuk menghasilkan poliol dengan karakteristik yang dapat dibandingkan dengan karakteristik poliol berasas minyak bumi. Bahan-bahan yang berasal dari minyak/lemak dipandang sebagai salah satu bahan alternative dan memberikan daya tarik tersendiri. (Siwayanan et al., 2002)

Blowing agent yang biasa digunakan adalah chlorofluorocarbons (CFC’s). Bagaimanapun juga efek racun CFC’s terhadap lapisan ozon telah menyebabkan pencarian terhadap jenis blowing agent yang lain. Sehingga air sebagai sebuah blowing agent dianggap sebagai jawaban, karena tidak akan memberikan efek terhadap pengrusakan lingkungan dan harganya murah. Blowing agent digunakan untuk menciptakan gelembung-gelembung gas didalam proses polimerisasi antara polyols dan isocyanate.

Aditif ditambahkan untuk mengontrol dan memodifikasi reaksi poliuretana itu sendiri dan juga sifat akhir polimer. Aditif ini termasuk katalis, chain extenders, cross-linking agent, surface active materials dan flame retardants. Katalysts mengontrol pembusaan dan laju curing dan menjadikan pembuatan poliueratan pada laju ekonomis. Katalis yang paling sering digunakan adalah tertiary amines dan senyawa organometalic compounds. Chain extenders/cross-linkers adalah molekul kecil diols atau diamines yang memperpanjang segment rigid dan juga densitas rantai

hydrogen poliuetan. Yang paling sering digunakan adalah diethanolamines (DEA), triethanolamines (TEA), aminoethy-lethanolamine dan glycerol. Surfactants memainkan peran yang kompleks dan multifungsi dalam pembentukan PU, seperti mengontrol ukuran dari sel, struktur dan stabilitas strukturnya. Surfaktan nonionic

(38)

organosilicone-polyether sangat banyak digunakan. Flame retardants adalah additive yang menghalangi ignisani polimer lebih susah dan mengurangi laju pembakarannya. Yang paling sering digunakan adalah turunan organic halogen, senyawa phosphorous, antimony trioxide dan aluminium trihydrate. (Siwayanan et al., 2002)

Struktur dan karakteristik PU yang unik umumnya disebabkan karena tiga reaksi penting dari isosianat dengan poliol, isosianat dengan air dan isocianate dengan amina.

Reaksi 1:

Reaksi 2:

(39)

Reaksi pertama adalah reaksi dasar untuk pembentukan kelompok uretan dan dapat dikatakan sebagai reaksi propogasi rantai. Reaksi kedua adalah pembentukan uretan polimer. Isosianat bereaksi dengan air untuk membentuk asam karbamik yang tidak stabil yang akan terdekomposisi menjadi amina dan karbon dioksida. Karbon dioksida yang dihasilkan dijebak didalam jaringan polimer yang menghasilkan pembentukan gelembung-gelembung pada sel, yang akan memberikan busa poliuretan. Isosianat juga bereaksi dengan amina primer atau sekunder untuk membentuk urea tersubstitusi (reaksi 3). (Tan and Ahmad, 2001).

Salah satu dari sifat poliuretan yang paling diinginkan adalah kemampuannya membentuk busa. Kemampuan ini membutuhkan pemebentukan gas pada saat yang sama dengan terjadingya polimerisasi uertan. Gas yang terbentuk dapat berupa karbon dioksida, baik yang dihasilkan dengan merekasikan isosianat dengan air maupun dengan menambahkan gas atau dihasilkan dengan mendidihkan cairan yang volatil. Reaksinya dapat dilihat dibawah ini.

Gas Karbon dioksida dihasilkan oleh reaksi air dan isosianat

Reaksi menghasilkan karbon dioksida melibatkan air yang direaksikan dengan isosianat untuk membentuk asam karbamat yang tidak stabil pada langkah pertama, yang selanjutnya terdekomposisi menjadi karbon dioksida dan amina. Amina bereaksi lebih lanjut dengan lebih banyak lagi isosianat untuk membentuk urea tersubstitusi. Air mempunyai berat molekul yang sangat rendah, sehingga meskipun persen berat air mungkin kecil namun proporsi molar air mungkin tinggi dan banyak jumlah urea

(40)

yang terbentuk. Urea tidak terlalu larut dalam campuran reaksi dan cenderung membentuk fase segmen keras terpisah yang mengandung sebagian besar poliurea. Konsentrasi dan pengaturan dari poliurea dapat mempunyai dampak yang jelas terhadap sifat busa poliueretan

2.3.1. Poliueratan Termoplastik

Poliueretan termoplastik adalah golongan plastik poliuretan dengan banyak sifat yang berguna, termasuk elastis, transparan, dan tahan terhadap minyak, gemuk dan abrasi. Secara teknis merupakan elastomer termoplastik yang terdiri dari blok kopolimer linear tersegmentasi yang terdiri dari segmen keras dan lembut. Poliueretan termoplastik dibentuk dengan reaksi pertama yaitu diisosianat dengan rantai pendek diol (disebut chain extenders) dan kedua reaksi diisosianat dengan rantai panjang diol. Secara parktis tidak tidak terbatas kemungkinan untuk kombinasi dengan memvariasikan struktur dan berat molekul dari tiga senyawa reaksi menyebabkan variasi produk yang sangat banyak dapat terjadi.

Resin akhir mengandung rantai polimer linear didalam struktur blok. Rantai tersebut mengandung segmen polaritas rendah yang agak panjang (disebut dengan segmen lembut), dan segmen polaritas tinggi yang pendek (disebut dengan segmen keras). Kedua tipe segmen tersebut dihubungkan bersama dengan ikatan kovalen sehingga membentuk blok kopolimer. Polaritas dari bagian keras menciptakan atraksi kuat antara mereka yang menyebabkan agregrasi derajat tinggi dan teartur pada fase ini, yang membentuk area cristalin atau psedo kristalin yang berlokasi didalam matrik lembut dan fleksibel. Hal ini disebut dengan separasi fase antara kedua blok yang dapat dianggap penting atau tidak, tergantung pada polaritas dan berat molekul rantai fleksibel, kondisi produksi, dll. Area kristalin atau psedo kristalin bersifat sebagai cross-link fisikal yang dihitung sebagai derajat elastisitas tinggi dari termoplastik poliuretan, dimana rantai fleksibel akan memberikan sifat elongasi kepada polimer. Termoplastik poliuertan mempunyai banyak aplikasi termasuk panel instrumen

(41)

atutomotive, alat daya, alat olahraga, alat kesehatan, sepatu, film, alat-alat eloktronika seperti telepon genggam, dll.

Isosianat yang digunakan untuk menghasilkan poliuretan harus memiliki dua atau lebih gugus isosianat pada masing-masing molekulnya. Isosianat yang umum

digunakan adala a

TDI and MDI lebih murah dan lebih reaktif dibandingkan isosianat yang lain. TDI and MDI dengan grade industri adalah campuran isomer dan MDI sering mengandung bahan polimerik. MDI dan TID dugunakan untuk membuat busa fleksibel (untuk membuat busa slabstock untukk kasur atau busa untuk kursi mobil), busa rigid (untuk busa insulasi untuk lemari pendingin/refrigerator), elastomer (untuk tapak sepatu), dll. Isosianat dapat dimodifikasi dengan meraksikannya sebagian dengan poliol atau mencampurkan dengan beberapa bahan lain untuk mengurangi volatilitas poliuretan (meningkatkan toksisitasnya), mengurangi poin freezing untuk membuat penanganannya lebih mudah atau untuk meningkatkan sifat akhir polimer. Struktur dari isosianat dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

(42)

Formula Molekular MDI adalah C15H10N2O2, berbentuk padatan berwarna putih atau kuning pucat. MDI mempunyai densitas 1,230 g/cm3, mempunyai titik leleh pada suhu 30oC dan titik didih pada suhu 314oC. MDI lebih kurang berbahaya dibandingkan dengan golongan isosianat yang lainnya. Tekanan uapnya yang sangat rendah mengurangi bahayanya selama penanganan dibandingkan dengan TDI dan HDI. Tetapi sebagaimana layaknya isosianat yang lain, MDI adalah pemicu alergi dan sensitif.

2.4. Pati Polimer Biodegradable Alami

Polimer biodegradable adalah bidang yang masih baru. Sejumlah polimer biodegradable telah disintesa baru-baru ini dan beberapa mikroorganisme dan enzim yang mampu untuk menguraikannya telah diidentifikasi. Pada negara yang sedang berkembang, polusi lingkungan oleh polimer sintetik telah menjadi berbahaya. Sehingga usaha telah dilakukan untuk menyelesaikan masalah ini yaitu memodifikasi struktur polimer yang digunakan setiap hari sehingga dapat diuraikan. Biodegradasi adalah sebuah proses alami dimana bahan-bahan kimia organik didalam lingkungan diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana, dimineralisasi dan didistribusikan kembali melalui lingkaran elemen seperti karbon, nitogen dan sulphur. Biodegradasi hanya dapat terjadi didalam biosphere dimana mikroorganisme memainkan peranan utama didalam proses biodegradasi.

Biopolimer adalah polimer yang terbentuk didalam alam selama lingkaran pertumbuhan semua organisme, sehingga disebut dengan polimer alami. Sintesanya melibatkan katalisa enzim, reaksi pertumbuhan rantai polimerisasi dari monomer aktif, yang biasanya terbentuk didalam sel oleh proses metabolik kompleks. (R Chandra and R. Rustgi, 1998)

Untuk aplikasi bahan, perhatian sering ditujukan terhadap polisakarida yaitu selulosa dan pati, tetapi selain itu juga pada polimer karbohidrat komplek yang dihasilkan oleh bakteria dan fungi, terutama polisakarida seperti xanthan, curdlan,

(43)

pullulan dan asam hyaluronik. Polimer terakhir ini mengandung lebih satu jenis unit karbohidrat, dan pada banyak kasus polimer ini secara teratur diatur struktur rantainya. Pati adalah kombinasi fisikal dari polimer bercabang (amilopektin) dan dan linear (amilase), tetapi hanya mengandung satu jenis karbohidrat yaitu glukosa.

Salah satu hasil perkebunan yang banyak terdapat di Nanggroe Aceh Darussalam (NAD) adalah Sagu. Batang sagu merupakan gudang penyimpanan pati atau karbohidrat, yang lingkup pemanfaatannya dalam industri sangat luas, seperti industri pangan, pakan, alkohol, dan bermacam-macam industri kimia lainnya (Haryanto dan Pangloli, 1992). Pati sagu mengandung sekitar 27% amilosa dan 73% amilopektin (Haryanto dan Pangloli, 1992). Untuk lebih meningkatkan nilai ekonomi dari batang sagu, pati sagu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastik biodegradable.

Selulosa dan pati terbentuk dari ratusan ribu unit berulang d-glucopyranoside. Unit-unit ini dihubungkan bersama-sama oleh ikatan asetal yang terbentuk antara karbon atom hemiasetal, C1 dari struktur siklik glukosa dalam satu unit dan sebuah gugus hidroksil pada atom C3 (untuk selulosa dan amilase) atau C6 (untuk unit cabang pada amilopektin) pada unit yang berdekatan. Jenis struktur ini terjadi karena didalam larutan aqeous. Glukosa dapat hadir baik didalam bentuk aldehid asiklik maupun hemisetal siklik, dimana bentuk yang terakhir adalah struktur yang dimasukkan kedalam polisakarida. Bentuk siklik juga dapat hadir sebagai satu dari dua isomer, isomer-a dengan gugus OH aksial pada cincin atau isomer-b dengan gugus OH equatorial. Pada pati, cincin glucopyranoside hadir dalam bentuk a sementara didalam selulosa unit berulang hadir dalam bentuk b. Karena perbedaan ini, enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisa setal selama biodegradasi dari masing-masing kedua sakarida ini adalah berbeda dan tidak dapat dipertukarkan. Gambar Struktur beberapa polisakarida dapat dilihat dibawah ini. (R Chandra and R. Rustgi, 1998)

(44)

Gambar 2.2. Gambar struktur beberapa polisakarida

Table 2.3 menunjukkan berbagai bentuk granula berbagai jenis pati, sedangkan ringkasan perbedaan antara amilosa dan amilopektin dapat dilihat pada Tabel 2.4 dibawah ini.

(45)

Tabel 2.3. Bentuk granula berbagai jenis pati Sumber

pati

Diameter (μm)

Rasio amilosa/ amilopektin

Bentuk granula Suhu gelatinisasi Jagung 3-26 26/74 Bulat, poligonal 62-72 Kentang 5-100 24/76 Oval, spherical 58-68 Gandum 2-35 25/75 Bulat, lencular 58-64 Tapioka 4-35 17/83 Oval, truncated 59-69 Beras 3-8 17/83 Polygonal,angular 68-78 Sagu 5-65 25/75 Oval, truncated 60-72 Ubi Jalar 5-25 18/82 Polygonal 58-72 Sumber : Swinkels, 1997

Tabel 2.4. Perbedaan antara amilosa dan amilopektin

Amilosa Amilopektin Struktur molekul Linier Bercabang Berat molekul 103 – 106 105 – 106 Film Kuat, fleksibel Kaku Pola difraksi sinar-

Kristalin Amorf Pembentukan

kompleks

Cepat Lambat, sukar Sifat larutan - Konfigurasi - Stabilitas Teratur Cepat teretrogradasi Tidak teratur Lambat teretrogradasi Sumber : Theresia, 2003

2.5. Karakteristik Pati

Karakteristik pati tidak hanya dapat dipelajari dari ukuran dan bentuk granula tetapi dapat juga dilihat dari viskositas, faktor retrogradasi dan sifat gelatinisasinya (Schenk dan Hebeda, 1992). Laju retrogradasi dipengaruhi oleh suhu, ukuran, bentuk, dan kepekatan molekul-molekul pati oleh keberadaan bahan lain (Dreher, dkk, 1984).

Gelatinisasi mula-mula terjadi pada daerah yang amorf. Perubahan yang paling mudah diamati selama pemanasan suspensi pati adalah kenaikan kejernihan dan kekentalannya. Kekentalan pasta berlanjut meningkat, karena

(46)

penggelembungan granula lebih lanjut. Kenaikan kekentalan ini akhirnya mencapai puncaknya, yaitu pada suhu yang dikenal dengan suhu pembentukan pasta. Kekentalan selanjutnya turun, pada saat terjadi perusakan granula yang terjadi karena pengadukan. Akhirnya keseimbangan tercapai antara granula yang utuh dan pecahan-pecahan granula yang tersebar berupa koloid (Haryadi, 1993).

2.6. Penggunaan Sagu Sebagai Sumber Pati

Tanaman sagu termasuk keluarga Palmae dari genus Metroxylon. Tanaman sagu menyerupai tanaman kelapa dengan ketinggian mencapai 25 m dengan diameter 70-100 cm. Panjang batang yang dapat dipanen mencapai 8-16 m dengan ciri memiliki kulit batang berwarna coklat dan daun berwarna hijau tua seperti terlihat pada gambar 2.2.(Rahayu dkk., 2000).

Batang sagu merupakan gudang penyimpanan pati atau karbohidrat, yang lingkup pemanfaatannya dalam industri sangat luas, seperti industri pangan, pakan, alkohol, dan bermacam-macam industri kimia lainnya. Komposisi komponen yang terkandung di dalam pati sagu dapat dilihat pada Tabel 2.5. Secara mikroskopis struktur batang sagu dari arah luar terdiri dari lapisan sisa-sisa pelepah daun, lapisan kulit luar yang tipis dan berwarna kemerah-merahan, lapisan kulit dalam yang keras dan padat berwarna coklat kehitam-hitaman, kemudian lapisan serat dan akhirnya empelur yang mengandung pati dan serat-serat (Haryanto dan Pangloli, 1992).

(47)

Gambar 2.3. Batang dan tepung sagu

Tabel 2.5. Komponen makronutrien pati sagu (100 gram) Komponen Pati Sagu

Kalori (kal) Protein (g) Lemak (%) Karbohidrat (%) Air (%)

Natrium (mg) Kalsium (mg) Besi (mg) Fosfat (mg) Vitamin A (SI) Vitamin B (mg)

355,00 0,08 0 89,00 11,14 5,50 5,81 1,50 0,02 0 0,01 Sumber : Swinkles, 1997

2.7. Karakteristik Pati Sagu

Pati sagu biasanya terdapat dalam granula yang berbentuk oval atau bulat telur dan beberapa granula terpotong bagian atasnya. Ukuran granula pati sagu berkisar antara 50-60 μ (Rahayu dkk, 2000). Granula-granula tersebut bila dicampur dengan air dingin akan mengalami peristiwa hidrasi reversible, yaitu penyerapan air oleh molekul pati. Tapi bila molekul pati yang dicampur dengan air dingin kemudian dipanaskan maka akan terjadi gelatinisasi atau

(48)

pembentukan gel (hidrasi reversible). Suhu gelatinisasi pati sagu adalah 60-72o

Pati sagu mengandung sekitar 27% amilosa dan 73% amilopektin. Rasio amilosa dan amilopektin akan mempengaruhi sifat pati. Apabila kadar amilosa tinggi maka pati akan bersifat kering, kurang lekat dan cenderung meresap air lebih banyak dan bersifat lebih higroskopis (Haryanto dan Pangloli, 1992).

C (Rahayu dkk, 2000).

2.8. Pati sebagai Biofilm

Pati adalah polimer yang berasal dari tanaman. Tumbuhan-tumbuhan utama yang diproduksi menjadi pati adalah jagung, kentang, nasi dan sagu. Dalam semua tumbuhan ini, pati diproduksi didalam bentuk granul (butiran), yang bervariasi ukuran dan komposisinya dari tanaman ke tanaman. Secara umum, polimer linear, amilase membuat sekitar 20 % berat granul, dan polimer bercabang amilopektin adalah sisanya. Amilase adalah kristalin dan dapat mempunyai berat molekular rata-rata sehingga 500.000, tetapi dapat larut dalam air mendidih. Amilopketin tidak larut dalam air mendidih, tetapi didalam penggunaannya didalam makanan, kedua jenis ini mudah dihirolisa pada jalur asetal oleh enzim. Jalur 1,4 didalam kedua komponen pati ini diserang oleh amilase dan jalur 1,6 didalam amilopketin diserang oleh glukosidase.

Pati telah digunakan sebagai bahan baku pembuatan film dikarenakan harga yang meningkat dan penurunan tersedianya resin pembentukan film konvensional. Film dari pati memiliki permebilitas yang rendah sehingga menarik digunakan sebagai pengemas makanan. Penelitian pada pati termasuk investigasi terhadap kapasitas adsorptif, modifikasi kimia dari molekul, perilakunya dibawah agitasi dan suhu tinggi dan ketahannya terhadap gesekan termomekanikal. Meskipun pati adalah polimer, kestabilannya dibawah tekanan tidak tinggi. Pada suhu diatas 150oC, rantai glukosida mulai pecah dan diatas 250oC butir pati secara endotermal runtuh. Pada suhu rendah, sebuah fenomena yang dikenal sebagai retrogradasi teramati. Ini adalah pengorganisasian kembali ikatan-ikatan hidrogen dan pelurusan rantai molekular

(49)

selama pendinginan. Pada kasus ekstrim dibawah 10o

Dalam aplikasinya didalam plastik biodegradable, pati dicampurkan dengan butiran alaminya yang dijaga tetap utuh, atau dilelehkan dan dicampur didalam sebuah level molekular dengan polimer yang sesuai. Didalam kedua bentuk tersebut, fraksi pati didalam campuran yang dapat diakses oleh enzim, dapat didegradasi dengan amilase atau glukosidasae. Molekul pati mempunyai dua gugus fungsional penting, gugus OH yang mudah mengalami reaksi-reaksi pengganti dan ikatan C-O-C yang mudah mengalami rantai terpecah. Gugus Hidroksil dari glukosa mempunyai karakter nukleofilik. Dengan reaksi gugus OH nya, modifikasi dari beberapa sifat dapat diperoleh. Crosslinking atau bridging gugus OH merubah struktur kedalam sebuah jaringan sehingga akan meningkatkan viskositas, mengurangi daya penyimpanan air dan meningkatkan tahanan terhadap geseran termo mekanikal.

C, pengendapan diamati. Jadi, meskipun pati dapat di dispersikan kedalam air panas dan dicetak sebagai film, fenomena diatas menyebabkan kerapuhan didalam film. (R Chandra and R. Rustgi, 1998)

Pati acetilated mempunyai beberapa keuntungan sebagai fiber struktural atau polimer pembentukan film dibandingkan dengan pati alami. Asetilasi pati adalah reaksi yang sangat dikenal dan sangat mudah disintesa. Pati asetat lebih hidrophobic daripada pati dan telah ditunjukkan mempunyai tahanan terhadap sifat tensile yang lebih baik didalam keadaan aqueous. Keuntungan yang lain adalah pati asetat mempunyai solubilitas yang lebih baik dibandingkan dengan pati dan sangat mudah untuk dicetak menjadi film dari solven yang sederhana. Pati asetat disiapkan dengan asetilasi pati dengan piridin/asetat anhidrida dan dicetak menjadi film dari larutan 90% asam format. Film ini dapat digunakan untuk membran didalam bioreaktor yang kemudian dapat didegradasi dengan penambahan enzim kedalam sistem.

Pati telah digunakan selama bertahun-tahun sebagai aditif untuk plastik dengan berbagai macam tujuan. Pati ditambahkan sebagai filler kepada berbagai macam sistem resin untuk membuat film yang kedap air tetapi tidak kedap uap air. Pati sebagai filler biodegradable didalam LDPE telah dicoba. Polyetilen film yang

(50)

diisi dengan pati menjadi berpori setelah ekstraksi pati. Film yang berpori ini dapat langsung diserbu oleh mikroorganisme dan dengan cepat jenuh dengan oksigen, sehingga meningkatkan degradasi polimer dengan cara biologi dan oksidasi.

Kemungkinan mengkombinasikan pati secara kimia atau produk turunan pati dengan resin komersial dimana pati akan bertindak sebagai filler dan agen cross linking mungkin memberikan pendekatan yang layak untuk menggabungkan pati kedalam plastik. Dikarenakan isosianat sangatlah reaktif dengan gugus hidroksil, isosianat dapat digunakan untuk mempersiapkan sejumlah resin reaktif yang akan ber cross link dengan pati. Penambahan pati kepada resin isosianat akan mengurangi biaya dan meningkatkan tahanan pelarut dan memperbaiki sifat-sifatnya. Pati dapat dimodifikasi dengan gugus non polar, seperti asam lemak ester, sebelum reaksi isosianat untuk meningkatkan derajat kereaktifitasnya. Sebuah metode dikembangkan untuk memasukkan pati sebagai filler dan agen crosslinking didalam poliester termodifikasi diisosianat untuk menghasilkan elastomer. Disamping itu pati dapat ditambahkan kedalam sistem uretan untuk menghasilkan foam penyerap. Metode-metode itu menunjukkan bahwa produk pati menyebabkan foam menjadi lebih tahan api dan mudah diserang oleh mikroorganisme tanah. (R Chandra and R. Rustgi, 1998)

2.9. Polimerisasi

Polimerisasi yaitu pembentukan polimer dari monomer-monomernya yang ditentukan oleh jumlah ikatan yang dibentuk monomer pada reaksi, kinetika reaksi (mekanisme rantai atau bertahap), reaksi kimia pembentukan ikatan baru, jumlah dan macam monomer (homopolomer, kopolimer). Polimerisasi bertahap lebih pelan, mudah dikontrol seperti pati kondensasi, melalui pembentukan gel (Hartomo, dkk, 1992).

Polimer hasil pertanian mempunyai sifat termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak menjadi film kemasan. Kemampuan suatu bahan dasar dalam pembentukan film dapat dijelaskan melalui fenomena fase transisi gelas. Pada fase tertentu diantara fase cair

(51)

dengan padat, masa dapat dicetak atau dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu pada suhu dan kondisi lingkungan yang tertentu. Fase transisi gelas biasanya terjadi pada bahan berupa polimer. Sedangkan suhu dimana fase transisi gelas terjadi disebut sebagai titik fase gelas (glassy point). Pada suhu tersebut bahan padat dapat dicetak menjadi suatu bentuk yang dapat dikehendaki seperti film

kemasan (Latief, 2001).

Sifat fisik polimer ditentukan oleh struktur kimianya. Gerakan rantai polimer bergantung pada kemampuan berotasi disekitar rantai utama, yang ditentukan oleh fleksibilitas dan interaksi rantai. Rantai utama yang terdiri dari ikatan tunggal (jenuh) sangat mudah bergerak sehingga memiliki Tg yang rendah. Kristanilitas juga berpengaruh besar terhadap sifat-sifat fisik dan mekanik polimer. Derajat kristanilitas menunjukkan besarnya daerah kristalin pada suatu polimer. Semakin besar derajat kristal polimer maka sifat mekanik polimer akan bertambah (Mulyati, 2002).

2.10. Plasticizer

Plasticizer adalah bahan yang mempunyai titik didih yang tinggi dan biasa digunakan sebagai bahan di dalam pembuatan pernis dan plastik tertentu.

Plasticizer bersifat tidak menguap akan tetapi hanya menjaga fleksibilitas dan daya rekat dari selulosa film dari pernis atau fleksibilitas lembar plastik dan

film (David, 1982).

Plasticizer adalah cairan (kadang-kadang padatan) yang mempunyai titik didih yang ketika dicampur dengan suatu polimer memberikan material suatu sifat yang lebih lembut dan lebih fleksibel (Kumar dan Gupta, 1998).

Plasticizer berfungsi pada polimer polar untuk mengurangi ikatan hidrogen. Dalam seluruh polimer, plasticizer memaksa rantai untuk berpisah, memberikan kemampuan berpindah yang lebih besar terhadap polimer dan juga untuk mengurangi kekuatan van der walls rantai-rantai. Plastisasi dapat mengurangi interaksi antar polimer, dengan demikian mengurangi kekuatan

(52)

dari struktur dimensi polimer dan mengalami perubahan bentuk tanpa pemutusan (Ritchie, dkk, 1972).

Keberhasilan suatu proses pembuatan film kemasan plastik biodegradable

dapat dilihat dari karakteristik film yang dihasilkan. Karakteristik film yang dapat diuji adalah karakteristik mekanik, permeabilitas dan daya adsorbsi. Karakteristik mekanik suatu film terdiri dari : kuat tarik (tensile strength), kuat tusuk (puncture strength), persen pemanjangan (elongasion to break) dan elastisitas (elastic/young modulus). Parameter-parameter tersebut dapat menjelaskan bagaimana karakteristik mekanik dari bahan film yang berkaitan dengan stuktur kimianya (Latief, 2001).

2.11. Sorbitol

Sorbitol merupakan pemanis alami yang manisnya hanya setengah kali manis gula tebu. Dikenal sebagai D-sorbitol, D-glucitol dan nama-nama lain sebagai merek dagang. Rumus molekulnya C6H14O6

Sorbitol mempunyai titik didih 110–120

dengan berat molekul 182,17. Sorbitol mudah larut dalam air hingga 83,5% dan juga larut dalam alkohol dingin. Sorbitol selain dipakai sebagai bahan pemanis, juga dipakai sebagai pelemas plastik dan humektan/pengatur kelembaban.

C (Hart, 1990). Kristal sorbitol mengandung ½ atau 1 molekul H2O. Kandungan kalori pangan sorbitol adalah 3,994 kal/mg. Kristal sorbitol meleleh pada suhu sedikit dibawah 100oC, mudah larut dalam air (sampai 83%), dapat juga larut dalam alkohol panas dan sedikit larut dalam alkohol dingin, juga larut dalam methanol, isopropanol, butanol, sikloheksanol, fenol, aseton, asam asetat, dimetilformida, pirin dan asetanida. Praktis tidak larut dalm solven (pelarut) organik yang lain (Sudarmadji, 1989).

(53)

CH₂- CH - CH - CH - CH - CH₂

OH OH OH OH OH OH _-

Gambar 2.4. Struktur Sorbitol

2.12. Gliserol

Gliserol merupakan polialkohol yang diperoleh sebagai hasil samping pembuatan sabun. Gliserol merupakan cairan kental tidak berwarna, bersifat higroskopis, berasa manis dan larut dalam air dalam segala perbandingan. Menurut Yilmaz, dkk (1998), gliserol adalah plasticizer yang paling biasa digunakan untuk pembuatan pati termoplastik. Hart (1990), juga menyebutkan bahwa gliserol mempunyai titik didih 290ºC.

Gliserol mempunyai sifat sebagai penghilang warna dan aroma yang tidak dikehendaki, sebagai pemanis, meningkatkan tekstur menjadi lebih baik, dan sebagai humektan (Bender, 1975).

Menurut Peraturan Departemen Kesehatan No.722 /MENKES /PER/ IX/88, gliserol termasuk dalam bahan tambahan makanan yang diizinkan penggunaannya. Sebagai humektan, gliserol berfungsi untuk menyerap uap air yang ada di udara sehingga dapat mempertahankan kadar air di dalam makanan (Anonim, 2000).

CH2 – CH – CH2

OH OH OH _-

(54)

2.13. Nisbah Pati dengan Air

Konsentrasi pati terhadap air akan mempengaruhi kekentalan larutan pembentuk lapisan plastik dan ketebalan dari film yang terbentuk (Paetau, dkk, 1994). Semakin kental larutan pati semakin tebal lapisan film yang terbentuk. Semakin tebal lapisan yang terbentuk menghasilkan lebih banyak gugus hidrofilik yang sangat mudah untuk berinteraksi dengan air (Mali, 2004).

Air merupakan faktor yang penting bagi polimer film berbasiskan pati. Air juga dapat berfungsi sebagai plasticizer yang efektif pada pati. Material dengan kandungan air lebih tinggi mampu mengkristal lebih cepat dibandingkan material yang secara keseluruhan mengandung plasticizer yang lebih tinggi (Mali, dkk, 2004).

2.14. Cross-link (Ikatan Silang)

Cross-link adalah sebuah ikatan yang menghubungkan rantai satu polimer dengan polimer yang lain. Ikatan tersebut dapat berupa ikatan kovalen dan ikatan ionik. Rantai polimer dapat berupa polimer sintetik atau polimer alami. Ketika terminologi cross-link digunakan didalam bidang ilmu polimer sintetis, hal ini biasanya mengarah kepada penggunaan cross-link untuk mempromosikan perbedaan sifat fisik polimer. Ketika cross-link digunakan didalam bidang biologi maka hal ini mengarah kepada penggunaan pemeriksaan untuk menghubungkan protein bersama untuk memeriksa interaksi protein-protein, sebagaimana juga metodologi cross-linking yang lainnya.

Ketika cross-link ditambahkan kedalam molekul panjang karet, maka fleksibilitasnya akan menurun, kekuatan dan titik leleh (melting point) akan meningkat. Ketika rantai polimer dihubungkan bersama oleh cross-link, mereka akan kehilangan sebagian dari kemampuannya untuk bergerak sebagaimana rantai polimer individual. Sebagai contoh, sebuah cairan polimer (dimana rantainya mengalir bebas) dapat dirubah menjadi sebuah padatan atau gel oleh cross-linking rantai bersamaan.

(55)

Didalam kimia polimer, ketika sebuah sintetik polimer harus di cross-linking, biasanya hal ini berarti bahwa keseluruhan polimer telah terbuka terhadap metodologi

cross-linking. Hasil modifikasi sifat mekanis tergantung pada densitas cross-link. Densitas cross-link yang rendah menurunkan viskoasitas dari leelhan polimer. Densitas intermediet cross-link merubah polimer getah menjadi bahan-bahan yang mempunyai sifat elastomerik dan mempunyai kuat tarik yang tinggi. Densitas cross-link yang sangat tinggi dapat menyebabkan bahan-bahan menjadi sangat rigid atau glassy seperti bahan phenol-formaldehid (http://en.wikipedia.org/wiki/Cross-link).

Cross-link dapat terbentuk dengan reaksi kimia yang dapat diinisiasi dengan panas, tekanan, perubahan pH atau radiasi. Sebagai contoh, pencampuran resin yang tidak terpolimerisasi ataupun yang sebagian terpolimerisasi dengan bahan kimia yang spesifik yang disebut dengan reagen crosslinking menghasilkan reaksi kimia yang membentuk cross-link. Cross-linking juga dapat disebabkan didalam bahan-bahan yang termoplastik melalui pencahayaan terhadap sebuah sumber radiasi, seperti elektron-beam, radiasi gamma, atau sinar UV. Sebagai contoh pemrosesan elektron digunakan untuk cross-link tipe C dari cross-linked poliuretan.

Cross-link adalah karakteristik sifat bahan-bahan termoplastik. Dalam sebagian besar kasus, cross-lingking adalah tidak dapat balik (irreversibel) dan bahan termosetting yang dihasilkan akan terdegradasi atau terbakar jika dipanaskan tampa meleleh. Terutama jika bahannya adalah plastik komersial, ketika sebuah bahan terjadi cross-link, produk menjadi sangat keras atau tidak dapat direcycle. Didalam beberapa kasus, meskipun ikatan cross-link sangat berbeda secara kimia, dari ikatan pembentuk polimer prosesnya dapat balik (reversibel).

Kovalen kimia cross-link yang stabil secara mekanis dan termal, jadi setelah terbentuk sulit untuk terpecah. Oleh karena itu, produk cross-linked seperti ban mobil tidak dapat didaur ulang dengan mudah. Sebuah kelas polimer yang dikenal sebagai elastomer termoplastik mengandalkan fisik cross-link dalam mikro struktur mereka untuk mencapai stabilitas, dan secara luas digunakan dalam aplikasi non-ban, seperti

(56)

trek mobil salju, dan kateter untuk penggunaan medis. Mereka menawarkan berbagai jauh lebih luas daripada sifat cross-linked elastomer konvensional karena domain yang bertindak sebagai cross-link yang reversibel, sehingga dapat direformasi oleh panas. Domain menstabilkan mungkin non-kristalin (seperti dalam stirena-butadiena kopolimer blok) atau kristal seperti Kopoliester termoplastik

Polimer sintetis cross-link memiliki banyak kegunaan, termasuk dalam ilmu biologi, seperti aplikasi dalam membentuk gel polyacrylamide untuk gel elektroforesis. Karet sintetis yang digunakan untuk ban dibuat dengan cross-link karet melalui proses vulkanisasi. Juga sebagian artikel karet cross-linked untuk membuat mereka lebih elastis. Kayak Hard-shell juga sering dibuat dengan polimer silang.

Cross-link sering diukur dengan percobaan swelling. Sampel cross-link ditempatkan dalam pelarut yang baik pada suhu tertentu, dan perubahan massa atau

perubahan volume yang akan diukur. Semakin banyak cross-link, semakin sedikit

swelling yang diperoleh . Berdasarkan derajat swelling, Parameter Interaksi Flory (yang menghubungkan interaksi pelarut dengan sampel, dan densitas pelarut, tingkat teoritis cross-link dapat dihitung menurut Teori Flory Jaringan. Dua standar ASTM

adalah umum digunakan untuk menggambarkan tingkat cross-link dalam

termoplastik. Dalam ASTM D2765, sampel ditimbang, kemudian ditempatkan dalam pelarut selama 24 jam, ditimbang lagi sementara bengkak, kemudian dikeringkan dan ditimbang berat akhir. Derajat swelling dan bagian terlarut dapat dihitung. Dalam standar ASTM lain F2214, sampel ditempatkan dalam instrumen yang mengukur perubahan tinggi dalam sampel, yang memungkinkan pengguna untuk mengukur

perubahan volume. Densitas cross-link kemudian dapat dihitung

(http://en.wikipedia.org/wiki/Cross-link).

2.15. Plastik

Plastik adalah polimer rantai panjang dari atom yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang atau "monomer". Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik, namun ada beberapa

(1)

Plastik biodegradable dari pati sagu dengan perbandingan berat 1 : 9, konsentrasi gliserol 9% (kiri) dan sorbitol 9% (kanan).

(2)

Lampiran 6. Foto Sample Hasil Penelitian TPS

Casting sampel TPS Termodifikasi

(3)

TPS 3 TPS 4

(4)

Timbangan Digital (Sartorius) Hot Plate (Yamato, MH 800)

(5)

Bahan MDI untuk sintesa PUP Sintesa TPS Termodifikasi

(6)

Modifikasi In-Situ dan Karakterisasi Pati Termoplastik Sagu (Metroxylon Sagu) Dengan Difenilmetana Diisosianat Dan Minyak Jarak

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

OLEH

ROZANNA DEWI

088103010/KIM

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

OLEH

ROZANNA DEWI

088103010/KIM

PERNYATAAN ORISINILITAS

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

DISERTASI

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

MODIFIKASI IN-SITU DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (Metroxylon Sagu) DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

MODIFIKASI

IN-SITU

DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (

Metroxylon Sagu)

DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

ABSTRAK

IN-SITU MODIFICATION AND SAGO THERMOPLASTIC STARCH

(Metroxylon Sagu) CHARACTERIZATION WITH

DIPHENYLMETHANE DIISOCYANATE

AND CASTOR OIL

ABSTRACT

DAFTAR ISI

MODIFIKASI

IN-SITU

DAN KARAKTERISASI PATI

TERMOPLASTIK SAGU (

Metroxylon Sagu)

DENGAN

DIFENILMETANA DIISOSIANAT

DAN MINYAK JARAK

ABSTRAK

IN-SITU MODIFICATION AND SAGO THERMOPLASTIC STARCH

(Metroxylon Sagu) CHARACTERIZATION WITH

DIPHENYLMETHANE DIISOCYANATE

AND CASTOR OIL

ABSTRACT

Parts

Dokumen yang terkait

KARAKTERISASI BERAS INSTAN DARI JAGUNG, UBI JALAR dan PATI SAGU

Sendok Edibel dari Pati Sagu (Metroxylon Spp.) yang Aman dan Ramah Lingkungan

Penyiapan dan Karakterisasi Pati Nanokristalin dari Sagu dan Tapioka

Pemanfaatan Pati Biji Durian (Durio Zibethinus Murr.) dan Pati Sagu (Metroxylon Sp.) Dalam Pembuatan Bioplastik

Pemanfaatan Pati Sagu (Metroxylon sagu) dan Koro Pedang (Canavalia ensiformis) Dalam Produk Sup Krim Instan.

Analisis Keragaman Pati pada Tanaman Sagu (Metroxylon sagu) dengan Teknik RAPD

KARAKTERISASI SIFAT FISIKOKIMIA PATI SAGU YANG DIPROPILASI DENGAN ASAM PROPIONAT.

Identifikasi dan Karakterisasi Keragaman Morfologi Sagu (Metroxylon spp.) di Kota Padang.

SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPLASTIK BERBASIS PATI SAGU (Metroxylon sp) | Imran | AGROTEKBIS 2889 8811 1 PB

Karakterisasi Sifat Kimia-Fisika Pati Sagu Resisten

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan