PENGARUH PENAMBAHAN Pengaruh Penambahan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol terhadap Sifat Fisiko-Kimia Bioplastik dari Pati Biji Durian (Durio zibethinus)

62

4.5 PENGARUH PENAMBAHAN

PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER SORBITOL SERTA TEMPERATUR PEMANASAN TERHADAP PENYERAPAN AIR BIOPLASTIK Gambar 4.10 a, b dan c berikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap penyerapan air bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. a b c Gambar 4.10 Pengaruh Penambahan Kitosan dan Sorbitol terhadap Penyerapan Air Bioplastik pada Temperatur Pemanasan Larutan Bioplastik a 70°C b 80°C c 90°C 42,9806 31,2236 29,4894 44,4549 41,4844 40,7295 57,3820 57,0970 51,4961 10 20 30 40 50 60 70 10 20 30 P enyer apan A ir Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 62,3090 47,6879 42,5583 63,7168 58,0540 50,2533 67,7940 65,5330 58,6262 10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 P enyer apan A ir Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 55,9610 41,6342 40,1455 62,9711 44,8135 44,6645 67,6790 60,6418 49,5318 10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 P enyer apan A ir Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w Universitas Sumatera Utara 63 Nilai penyerapan air bioplastik tertinggi adalah pada temperatur pemanasan larutan bioplastik 80 o C dengan penambahan kitosan 10 dan sorbitol 40 yaitu sebesar 67,7941, sedangkan penyerapan air terendah adalah pada temperatur pemanasan larutan bioplastik 70 o C dengan kitosan 30 dan sorbitol 20 yaitu sebesar 29,4894. Dari Gambar 4.10 a, b dan c tersebut dapat dilihat adanya pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap penyerapan air bioplastik. Dengan semakin bertambahnya jumlah kitosan dapat menyebabkan nilai penyerapan air dari bioplastik menjadi menurun. Penambahan kitosan mampu meningkatkan rapat massa densitas bioplastik dimana kitosan akan mengisi ruang kosong pada struktur bioplastik sehingga semakin sedikit celah yang dapat dimasuki oleh molekul air. Selain itu kitosan yang bersifat hidrofobik menyebabkan bioplastik semakin sedikit menyerap air [53]. Sedangkan hubungan plasticizer sorbitol terhadap nilai water absorption adalah berbanding lurus, yaitu dengan meningkatnya penambahan konsentrasi sorbitol menyebabkan nilai water absorption semakin besar. Hal ini disebabkan sorbitol merupakan plasticizer yang bersifat hidrofilik [53], sehingga mempunyai kemampuan mengikat air. Sedangkan temperatur pemanasan larutan bioplastik tidak menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap nilai penyerapan air, dimana seiring peningkatan temperatur pemanasan larutan bioplastik maka nilai penyerapan air bioplastik berfluktuatif. Pengujian ketahanan bioplastik terhadap air adalah untuk mengetahui kestabilan bioplastik terhadap pengaruh kandungan air, baik dari uap air di udara maupun dari bahan yang dikemas oleh bioplastik. Sehingga dengan mengetahui nilai water absorption bioplastik dapat diprediksi jangka waktu penyimpanan maupun jenis pengaplikasian dari bioplastik tersebut. Dari hasil penelitian ini rentang nilai water absorption bioplastik dari pati biji durian yang dihasilkan adalah 29,4894 - 67,6941. Jika dibandingkan dengan nilai water absorption plastik konvensional LDPE yaitu lebih kecil dari 0,01 dan polipropilen yaitu sebesar 0,09-0,1, maka nilai water absorption bioplastik jauh lebih tinggi, hal ini menunjukkan bahwa ketahanan air bioplastik masih sangat rendah. Universitas Sumatera Utara 64 4.6 HASIL ANALISA SIFAT MEKANIK BIOPLASTIK 4.6.1 Pengaruh Penambahan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol serta Temperatur Pemanasan terhadap Kekuatan Tarik Bioplastik Gambar 4.11 a, b, dan c berikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan kitosan dan sorbitol terhadap kekuatan tarik bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. a b c Gambar 4.11 Pengaruh Penambahan Kitosan dan Sorbitol terhadap Kekuatan Tarik Bioplastik pada Temperatur Pemanasan Larutan Bioplastik a 70°C b 80°C c 90°C 16,6720 18,4821 19,3677 10,1325 15,1874 15,3029 6,0610 7,1120 7,8649 5 10 15 20 25 10 20 30 K ekuatan T ari k MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 7,0610 9,2376 9,2401 4,3151 7,7513 7,8201 3,2363 5,5900 6,0016 2 4 6 8 10 10 20 30 K ekuatan T ari k MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 5,1201 5,6881 5,9517 3,7267 5,0016 5,0179 2,8920 3,4325 3,4852 1 2 3 4 5 6 7 10 20 30 K ekuatan T ari k MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w Universitas Sumatera Utara 65 Nilai kekuatan tarik bioplastik tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik, yaitu 70 o C, 80 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 30 dan sorbitol 20 yaitu berturut-turut sebesar 19,3677 MPa, 9,2401 MPa dan 5,9517 MPa, sedangkan kekuatan tarik terendah pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik adalah pada penambahan kitosan 10 dan sorbitol 40 yaitu berturut-turut sebesar 6,0610 MPa, 3,2363 MPa dan 2,8920 MPa. Dari masing-masing Gambar 4.11 a, b dan c tersebut dapat dilihat adanya pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap kekuatan tarik tensile strength bioplastik. Dengan semakin bertambahnya jumlah kitosan dapat menyebabkan nilai kekuatan tarik dari bioplastik menjadi meningkat. Kitosan yang ditambahkan dalam larutan pati adalah untuk mengisi dan meningkatkan kerapatan densitas bioplastik yang terbentuk, sehingga meningkatkan ketahanan bioplastik ketika dilakukan pengujian kekuatan tarik. Selain itu kitosan juga dapat mengalami interaksi ikatan kimia dengan pati selama proses pencampuran. Ikatan kimia pada bahan tersebut dapat mempengaruhi kekuatan mekaniknya, bergantung pada jumlah dan jenis ikatan kimianya ikatan kovalen, hidrogen dan van der walls [75]. Pada penambahan kitosan, terjadi interaksi antara kitosan dan suspensi pati, dimana ketika campuran dipanaskan kitosan akan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul pati, sehingga semakin banyak kitosan yang ditambahkan maka semakin banyak ikatan hidrogen yang terdapat dalam bioplastik, sehingga bioplastik akan semakin kuat dan semakin sulit untuk diputus [103]. Hal ini didukung oleh hasil FT-IR. Hasil FT-IR pati menunjukkan adanya gugus O-H pada bilangan gelombang 3352,28 cm -1 , dan terjadi pergeseran bilangan gelombang gugus O-H menjadi 3653,18 cm -1 pada hasil FT-IR bioplastik dengan penambahan pengisi kitosan dan sorbitol. Hal 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 gugus O-H, pada bioplastik juga terdapat ikatan hidrogen diantara Universitas Sumatera Utara 66 gugus N-H yang berasal dari gugus pada kitosan. Hasil FT-IR kitosan menunjukkan adanya gugus N-H pada bilangan gelombang 1570,06 cm -1 dan terjadi pergeseran bilangan gelombang gugus N-H tersebut pada hasil FT-IR bioplastik menjadi 1589,34 cm -1 . Hal ini disebabkan atom N pada gugus N-H tersebut juga berinteraksi dengan atom H pada gugus O-H pada molekul amilosa dan amilopektin melalui ikatan hidrogen. Berikut ini merupakan usulan ikatan hidrogen yang terbentuk pada molekul-molekul amilosa, amilopektin, kitosan dan sorbitol dalam bioplastik. Gambar 4.12 Usulan Interaksi Hidrogen pada Molekul-Molekul Amilosa, Amilopektin, Kitosan dan Sorbitol dalam Bioplastik Penambahan gugus O-H dan N-H yang berasal dari penambahan kitosan inilah yang dapat meningkatkan kekuatan ikatan antar molekul dalam bioplastik sehingga memerlukan energi yang lebih besar untuk memutuskan ikatan tersebut dan berdampak pada peningkatan nilai kekuatan tarik. Dengan semakin bertambahnya jumlah sorbitol dapat menurunkan kekuatan tarik dari bioplastik yang dihasilkan. Penambahan sorbitol dapat juga meningkatkan intensitas serapan gugus O-H pada bioplastik. Hal ini dikarenakan sorbitol memiliki gugus fungsi O –H [15]. Namun sebagai plasticizer, pada saat pemanasan molekul sorbitol akan menyelinap di antara ikatan polimer dan dapat Universitas Sumatera Utara 67 melemahkan interaksi antar polimer tersebut sehingga mencegah terbentuknya formasi yang kaku sekaligus melunakkan matriks polimer [104]. Jika dibandingkan dari Gambar 4.11 a, b dan c tersebut dapat dilihat adanya pengaruh peningkatan temperatur pemanasan laritan bioplastik terhadap kekuatan tarik tensile strength bioplastik. Dengan semakin meningkatnya temperatur dapat menyebabkan nilai kekuatan tarik dari bioplastik menjadi menurun. Hal tersebut dapat diakibatkan oleh pengaruh temperatur yang semakin tinggi yang dapat menyebabkan ikatan intermolekular pada rantai pati mejadi semakin lemah, yaitu ikatan hidrogen antar rantai amilosa, hingga mengalami pemutusan ikatan. Kemudian pemanasan lebih lanjut akan memutuskan ikatan glikosidik ikatan antar monomer pada amilosa. Berdasarkan penelitian Haryanti, dkk., 2014, semakin tingginya temperatur pemanasan larutan pati dapat menyebabkan amilosa mengalami depolimerisasi, yaitu proses dimana rantai lurus amilosa terputus-putus dan menjadi lebih pendek, sehingga kadar amilosa semakin menurun [105]. Berkurangnya kadar amilosa ini berpengaruh pada proses pembuatan bioplastik, dimana amilosa sangat berperan dalam pembentukan gel serta dapat menghasilkan lapisan tipis film yang lebih kompak [64]. Sehingga dengan semakin menurunnya kadar amilosa dapat berdampak pada semakin menurunnya kekompakan bioplastik yang terbentuk dan menurunnya nilai kekuatan tariknya. Universitas Sumatera Utara 68 4.6.2 Pengaruh Penambahan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol serta Temperatur Pemanasan terhadap Pemanjangan pada saat Putus Bioplastik Gambar 4.13 a, b dan c berikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan kitosan dan sorbitol terhadap pemanjangan pada saat putus bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan. a b c Gambar 4.13 Pengaruh Penambahan Kitosan dan Sorbitol Terhadap Pemanjangan pada saat Putus Bioplastik pada Temperatur Pemanasan a 70°C b 80°C d 90°C 5,7234 3,2886 2,6731 25,8192 14,7314 14,0522 43,9215 42,5231 27,6405 10 20 30 40 50 10 20 30 P em anjangan Saat P utus Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 14,8043 8,3368 7,4265 23,0648 14,7044 8,1625 24,4268 23,2657 22,7239 5 10 15 20 25 30 10 20 30 P em anjangan Saat P utus Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 32,1186 27,9187 24,3371 38,5225 30,9103 27,8621 48,6875 36,8121 35,5420 10 20 30 40 50 60 10 20 30 P em anjangan Saat P utus Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w Universitas Sumatera Utara 69 Nilai pemanjangan pada saat putus tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik, yaitu 70 o C, 80 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 10 dan sorbitol 40 yaitu berturut-turut sebesar 43,9215, 24,4268 dan 48,6875, sedangkan pemanjangan pada saat putus terendah pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik adalah pada penambahan kitosan 30 dan sorbitol 20 yaitu berturut-turut sebesar 2,6731, 7,4265 dan 24,3371. Dari masing-masing Gambar 4.13 a, b dan c tersebut dapat dilihat adanya pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap pemanjangan saat putus elongation at break bioplastik. Dengan semakin bertambahnya jumlah kitosan dapat menyebabkan nilai pemanjangan saat putus dari bioplastik menjadi menurun. Hal ini dapat disebabkan semakin meningkatnya kerapatan ikatan antarmolekul dalam bioplastik akibat meningkatnya ikatan hidrogen saat penambahan kitosan, sehingga bioplastik yang terbentuk semakin bersifat kuat dan kurang elastis. Kemudian dengan semakin bertambahnya jumlah sorbitol dapat menyebabkan nilai pemanjangan saat putus dari bioplastik menjadi meningkat. Yang sangat berperan dalam peningkatan sifat pemanjangan pada saat putus bioplastik ini adalah sorbitol, hal ini dapat dilihat dari grafik diatas bahwa hanya dengan penambahan 20 sorbitol saja dapat menghasilkan perubahan yang cukup besar terhadap pemanjangan pada saat putus bioplastik. Tanpa penambahan plasticizer, amilosa dan amilopektin akan membentuk suatu film dan struktur dengan satu daerah kaya amilosa dan amilopektin, dimana interaksi antara molekul-molekul amilosa dan amilopektin tersebut menjadikan film bioplastik rapuh dan kaku. Dari hasil analisis Widyaningsih dkk. 2012 dinyatakan bahwa penambahan sorbitol berbanding lurus dengan persentase strain atau elongation, artinya semakin besar penambahan sorbitol maka semakin besar nilai persentase strain atau elongation. Penambahan plasticizer mampu mengurangi kerapuhan dan meningkatkan fleksibilitas film polimer dengan cara mengganggu ikatan hidrogen di antara molekul polimer yang berdekatan sehingga dapat meningkatkan ruang gerak molekul. Sedangkan penambahan kitosan mengakibatkan menurunnya nilai pemanjangan saat putus semakin menurun. Banyaknya pengisi kitosan menyebabkan menurunnya jarak ikatan Universitas Sumatera Utara 70 antarmolekulnya sehingga molekul pemlastis berada di daerah tersendiri di luar fase polimer [103]. Menurunnya jarak ikatan ini disebabkan semakin banyaknya terbentuk ikatan hidrogen antara molekul kitosan dengan amilosa dan amilopektin sehingga bioplastik menjadi semakin kaku dan kurang elastis. Jika dibandingkan dari Gambar 4.13 a, b dan c tersebut, yaitu pada temperatur pemanasan larutan bioplastik yang berbeda, dapat dilihat bahwa nilai pemanjangan pada saat putus tertinggi adalah pada temperatur pemanasan larutan bioplastik 90 o C. Hal tersebut dikarenakan pada temperatur pemanasan yang tinggi terjadi pemutusan ikatan hidrogen maupun ikatan glikosidik pada rantai-rantai amilosa. Sedangkan sorbitol sebagai pemlastis memiliki stabilitas panas yang baik dan lebih tahan jika dibandingkan dengan pemlastis lain seperti gliserol [106]. Maka dengan tingginya temperatur pemanasan larutan bioplastik, kekakuan struktur bioplastik akan berkurang akibat semakin banyaknya ikatan yang putus, ditambah lagi dengan adanya sorbitol yang meningkatkan volume bioplastik sehingga terbentuk ruangan yang lebih luas untuk meningkatkan gerak segmental yang panjang dari molekul-molekul polimer dalam bioplastik [107]. Sehingga dengan tingginya temperatur pemanasan larutan bioplastik pada masing-masing penambahan sorbitol menghasilkan nilai pemanjangan pada saat putus bioplastik yang paling besar. Universitas Sumatera Utara 71 4.6.3 Pengaruh Penambahan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol serta Temperatur Pemanasan terhadap Modulus Young Bioplastik Gambar 4.14 a, b dan c berikut ini merupakan grafik pengaruh penambahan kitosan dan sorbitol terhadap Modulus Young bioplastik pada berbagai temperatur pemanasan larutan bioplastik. a b c Gambar 4.14 Pengaruh Penambahan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol terhadap Modulus Young Bioplastik pada Temperatur Pemanasan a 70°C b 80°C c 90°C 291,2954 562,0051 724,5408 39,2441 103,0954 108,9004 13,7996 16,7250 28,4543 100 200 300 400 500 600 700 800 10 20 30 Modulus Y oun g MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 47,6956 110,8051 124,4207 18,7086 52,7142 95,8052 13,2490 24,0268 26,4110 20 40 60 80 100 120 140 10 20 30 Modulus Y oun g MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w 15,9412 20,3738 24,4553 9,6741 16,1810 18,0098 5,9399 9,3244 9,8059 5 10 15 20 25 30 10 20 30 Modulus Y oun g MP a Kitosan w sorbitol 20w sorbitol 30w sorbitol 40w Universitas Sumatera Utara 72 Nilai Modulus Young tertinggi pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik, yaitu 70 o C, 80 o C dan 90 o C, adalah pada penambahan kitosan 30 dan sorbitol 20 yaitu berturut-turut sebesar 724,5408 MPa, 124,4207 MPa dan 24,4553 MPa, sedangkan Modulus Young terendah pada masing-masing temperatur pemanasan larutan bioplastik adalah pada penambahan kitosan 10 dan sorbitol 40 yaitu berturut-turut sebesar 13,7996 MPa, 13,2490 MPa dan 5,9399 MPa. Modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu bahan [27]. Dari masing-masing Gambar 4.14 a, b dan c tersebut dapat dilihat adanya pengaruh penambahan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap Modulus Young bioplastik. Dengan semakin bertambahnya jumlah kitosan dapat menyebabkan nilai Modulus Young dari bioplastik menjadi meningkat. Sedangkan dengan semakin bertambahnya jumlah sorbitol dapat menyebabkan nilai pemanjangan saat putus dari bioplastik menjadi menurun. Kondisi tersebut dapat disebabkan karena penambahan kitosan dapat meningkatkan kekompakan bioplastik yang dibuktikan dengan peningkatan kekuatan tarik bioplastik, dimana kekuatan tarik berbanding lurus dengan Modulus Young, sehingga penambahan kitosan juga akan menyebabkan nilai Modulus Young meningkat. Sedangkan penambahan sorbitol akan meningkatkan nilai pemanjangan pada saat putus, dimana nilai pemanjangan saat putus berbanding terbalik dengan nilai Modulus Young, sehingga nilai Modulus Young akan menurun. Nilai Modulus Young paling tinggi adalah pada saat nilai kekuatan tarik tertinggi dan nilai perpanjangan saat putusnya terendah, sehingga pada kondisi ini bioplastik yang dihasilkan sangat kaku. Hubungan penambahan kitosan dan sorbitol terhadap Modulus Young ini juga didukung oleh hasil penelitian Setiani dkk., 2013, dimana secara umum dengan adanya penambahan kitosan dapat meningkatkan nilai Modulus Young, sedangkan dengan penambahan sorbitol dapat menurunkan nilai Modulus Young. Jika dibandingkan dari Gambar 4.14 a, b dan c tersebut, yaitu pada temperatur pemanasan larutan bioplastik yang berbeda, nilai Modulus Young tertinggi terdapat pada temperatur pemanasan 70 o C, dan terendah pada temperatur pemanasan 90 o C. Hal ini menunjukkan bahwa seiring peningkatan temperatur pemanasan akan semakin mengurangi kekakuan pada bioplastik. Universitas Sumatera Utara 73

4.7 HASIL ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DENGAN SEM