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