Tabel 4. Perbandingan sifat fisik dan kimia polipropilen PP, poli- β-
hidroksibutirat PHB, PHA dan lembaran bioplastik DEG 20: PARAMETER
PP PHB
PHA
Lembaran bioplastik
DEG 20
Titik Leleh Tm
o
C 171-186 171-182
168,72 167,51
Kristalinitas 65-70
65-80 50,52
31,45 Densitas gcm
-1
0,905-0,94 1,23-1,5
0,97 0,67
Kekuatan TarikMpa 39
40 0,12
0,07 Perpanjangan Putus
400 6-8 7,00 7,01
Sumber: Brandl et al 1990 didalam Atkinson dan Mavituna 1991 Hasil karakterisasi PHA dan lembaran bioplastik dari kultivasi R.. eutropha
dengan substrat hidrolisat pati sagu
1. Kuat Tarik dan Perpanjangan Putus
Karakteristik mekanik lembaran bioplastik perlu diuji untuk mengetahui dan menentukan kualitas lembaran bioplastik yang dihasilkan.
Karakteristik mekanik yang biasa diujikan adalah kuat tarik dan perpanjangan putus. Pengukuran kuat tarik dan perpanjangan putus
dilakukan di Sentra Teknologi Polimer dengan menggunakan alat Universal Testing Machine UTM dengan merek Simadzu AGS-10KNG.
Pengujian dilakukan dengan menggunakan standar ASTM D 882-92 tentang pengukuran kuat tarik film plastik yang sangat tipis thin plastic
sheeting dengan ketebalan kurang dari 0,1 mm. Nilai kuat tarik menunjukkan kemampuan tarik maksimum bahan
dalam menahan beban dan hal tersebut menjadi kemampuan maksimum bahan menahan gaya yang diberikan. Kuat tarik dari lembaran bioplastik
0 DEG, 10 DEG, 20 DEG, dan 30 DEG masing-masing adalah 0,12 ± 0,09 MPa; 0,11 ± 0,09 MPa; 0,07 ± 0,02 MPa; 0,03 ± 0,03 MPa.
Besarnya faktor koreksi kuat tarik disebabkan oleh ketebalan tiap lembaran bioplastik yang dianggap sama. Menurut standar pengujian kuat
tarik ASTM D 882-92, ketebalan sampel uji yang kurang dari 1 mm akan dianggap bahwa sampel yang diuji memiliki ketebalan 1 mm. Pada
kenyataannya, ketebalan sampel lembaran bioplastik yang diuji memiliki ketebalan yang bervariasi. Ketebalan sampel lembaran bioplastik yang
diuji berkisar 0,2-0,8 mm.
Hasil uji kuat tarik yang dihasilkan pada lembaran bioplastik jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan PHB dalam literatur yakni sebesar
40 MPa Tabel 4. Hal ini dapat disebabkan oleh bentuk molekul dari lembaran bioplastik tersebut. Nilai kuat tarik dibawah 40 MPa
menunjukkan bahwa struktur molekul lembaran bioplastik adalah amorf. Pada struktur molekul yang amorf, rantai-rantai bercabang namun tidak
tersusun secara rapat tidak kompak sehingga jarak antar molekul menjadi lebih jauh dan kekuatan ikatan molekul menjadi melemah. Lemahnya
kekuatan ikatan molekul dalam lembaran bioplastik menyebabkan semakin rendahnya gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan lembaran
bioplastik tersebut. Gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan lembaran bioplastik
ditunjukkan dengan hasil pengujian kuat tarik terhadap lembaran bioplastik. Hasil pengujian kuat tarik lembaran bioplastik menunjukkan
adanya hubungan antara penambahan konsentrasi DEG dengan kekuatan tarik lembaran bioplastik. Penambahan konsentrasi DEG mulai dari 0
hingga 40 memperlihatkan adanya penurunan nilai kuat tarik dari lembaran bioplastik. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah pemlastis yang
ditambahkan kedalam lembaran bioplastik. DEG yang ditambahkan tersebut akan mengisi struktur lembaran bioplastik dengan ikatan
hidrogen. Ikatan hidrogen tersebut terjadi antara PHA dan DEG dengan kekuatan sebesar sepersepuluh ikatan kovalen normal. Walaupun kekuatan
yang dimiliki kecil namun dapat mempengaruhi sifat fisiknya seperti sifat kuat tarik. Semakin tinggi konsentrasi DEG yang ditambahkan maka
makin banyak ikatan hidrogen yang terbentuk menyebabkan struktur molekul menjadi tidak teratur acak dan lembaran bioplastik yang
dihasilkan cenderung amorf. Bentuk molekul yang amorf cenderung kurang kompak dibandingkan bentuk molekul kristalin sehingga kekuatan
ikatan yang terdapat di dalam lembaran bioplastik menjadi rendah dan gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan lembaran bioplastik menjadi
semakin kecil Allcock dan Lampe, 1981.
Gambar 9. Grafik hubungan antara konsentrasi DEG dan nilai kuat
tarik MPa 0,03
0,02 0,04
0,06 0,08
0,10 0,12
0,14
0,07 0,11
0,12
20 30
40
Kuat Tarik MPa
10
Konsentrasi DEG
7,00 6,5
7,01
3,41 1
2 3
4 5
6 7
8
10 20
30 40
Konsentrasi DEG Perpanjangan Putus
Gambar 10. Grafik hubungan antara konsentrasi DEG dan nilai
perpanjangan putus
Penambahan pemlastis dapat mengakibatkan terbentuknya ‘ikatan yang hilang’. Ikatan baru yang terbentuk biasanya berupa ikatan jembatan
hidrogen antara polimer resin dan pemlastis. Ikatan tersebut mampu memperlemah sebagian gaya Van Der Waals melalui penyisipan fisika
pemlastis terhadap polimer-polimer yang menyebabkan bahan resin tersebut bersifat lebih elastis Spink dan Waychoff di dalam Modern
Plastic Encyclopedia, 1958. Perpanjangan putus dari lembaran bioplastik 0 DEG kontrol,
10 DEG, 20 DEG, dan 30 DEG masing-masing adalah 7,00 ± 3,44; 6,46 ± 2,96; 7,01 ± 0,59 dan 3,41 ± 3,30. Perpanjangan
putus lembaran bioplastik dengan penambahan 10 cenderung stabil walau memperlihatkan penurunan nilai perpanjangan putus sebesar 0,54.
Hal ini dikarenakan tingginya faktor koreksi perpanjangan putus lembaran
bioplastik tersebut dan dapat juga disebabkan oleh jumlah DEG yang ditambahkan tidak cukup banyak untuk membentuk ikatan hidrogen pada
setiap molekul PHA sehingga gaya Van der Waals pada lembaran bioplastik tersebut masih cukup banyak. Selain itu, faktor sumber PHA
yang digunakan pada pembuatan lembaran bioplastikpun mempengaruhi sifat fisik. Sumber PHA yang berbeda-beda dapat menghasilkan sifat PHA
yang berbeda pula karena bobot molekul PHA dari proses dapat berbeda- beda tergantung pada strain mikroorganisme, kondisi pertumbuhan dan
kemurnian PHA itu sendiri. Faktor yang paling berpengaruh untuk menghasilkan sifat PHA yang baik pada penelitian ini adalah kondisi
pertumbuhan saat kultivasi sehingga kondisi pertumbuhan saat kultivasi menjadi faktor kritis yang perlu diperhatikan untuk menghasilkan PHA.
Nilai perpanjangan putus tertinggi 7,01 dimiliki oleh lembaran bioplastik dengan penambahan DEG 20. Penambahan pemlastis DEG
akan membentuk interaksi molekuler rantai polimer untuk meningkatkan kecepatan respon viskoelastis pada polimer sehingga meningkatkan
mobilitas molekuler rantai polimer Hammer, 1978. Meningkatnya mobilitas molekuler rantai polimer menunjukkan bahan semakin plastis
sehingga perpanjangan putus akan semakin meningkat. Peningkatan perpanjangan putus ini akan terus terjadi selama masih terbentuk interaksi
molekuler rantai polimer PHA dengan pemlastis DEG. Penambahan pemlastis DEG yang melebihi 20 menyebabkan
penurunan nilai perpanjangan putus lembaran bioplastik. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah DEG yang ditambahkan pada formulasi
pembuatan lembaran bioplastik tersebut berlebih. DEG yang berlebih ini terjadi akibat tidak adanya lagi gugus OH dari PHA yang tersedia untuk
berinteraksi dengan DEG sehingga DEG dalam formula menjadi berlebih. Umumnya suatu bahan yang sama akan saling berkumpul satu sama lain.
Begitu juga halnya dengan DEG yang berlebih pada lembaran bioplastik ini. DEG berlebih akan berkumpul pada suatu tempat tertentu terutama
pada bagian yang paling lama mengering saat proses penguapan. Pengumpulan pemlastis ini menyebabkan nilai perpanjangan putus
menjadi menurun hingga bernilai nol pada lembaran bioplastik 40 DEG karena lembaran bioplastik dengan DEG 40 tidak dapat terbentuk.
Bila dibandingkan dengan PP, nilai perpanjangan putus lembaran bioplastik yang dihasilkan pada penelitian ini sangat rendah. Hal ini
disebabkan oleh struktur molekul yang sangat berbeda. Pada PP, struktur molekul berupa rantai lurus sehingga pada saat diregangkan, PP yang
awalnya merupakan gulungan rantai lurus akan mulai teregang secara terarah diilustrasikan seperti pada Gambar 11. Berbeda halnya dengan
lembaran bioplastik yang memiliki ikatan hidrogen antara DEG dan PHA yang membentuk struktur amorf. Struktur amorf tersusun tidak teratur dan
kurang kompak sehingga lembaran bioplastik tidak dapat dimulurkan hingga 400.
Gambar 11. Ilustrasi proses uji kuat tarik dan perpanjangan putus Allcock dan Lampe, 1981
Tegang an
Tegang Gulungan rantai
makro-molekul Terarah
an
Berdasarkan uji perpanjangan putus, lembaran bioplastik dengan penambahan DEG sebesar 20 menghasilkan sifat fisik yang terbaik
karena lebih plastis. Oleh karena itu sampel lembaran bioplastik 0 dan 20 DEG digunakan untuk pengujian DSC dan FTIR guna mengetahui
sifat kristalinitas, titik leleh dan gugus fungsi. Hasil uji kuat tarik dan perpanjangan putus dapat dilihat pada Lampiran 8.
2. Sifat Termal
