Karakteristik sifat Perintang Uap Air Lapisan Kertas Kemasan Ramah Lingkungan Berbasis Kanji dan Tanah Lempung jurnal imam fisika
Karakteristik sifat Perintang Uap Air Lapisan Kertas Kemasan Ramah
Lingkungan Berbasis Kanji dan Tanah Lempung
Imam Syafei Jafar S1, Khairuddin2, Nanik Dwi Nurhayati3
1
2
3
Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Dosen Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Dosen Program Studi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami No. 36A, Kentingan, Jebres, Surakarta
ABSTRACT
Research has been done on fabrication and characterization of water vapour barrier
properties of packaging paper coating based on starch and montmorillonite clay. The
purpose of this study was to determine the effect of clay water vapour barrier
properties of starch. The concentration of clay were 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40%
and 50% w/w. The starch / clay composite were prepared by solvent casting method
and then coated on paper as the substrate, and finally the barrier properties were
measured. The results showed that the addition of clay improved the water vapour
barrier properties of starch. The WVTR values of paper substrat was 928.00 g/m2day,
and was decreased to 722.67 g/m2day when starch was coated. The WVTR values of
paper coated with clay/starch composite decreased 709.33 g/m2day when 5% w/w
clay was added the decreased to 400 g/m2day when 50% w/w was added. The most
significant improvement of water barrier properties was observed when caly loading
was from 5% w/w to 23% w/w.
Keyword: Starch, Clay, WVTR.
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai fabrikasi dan karakterisasi lapisan kertas
kemasan berbahan kanji singkong dan tanah lempung Na-Bentonite berjenis
montmorillonite. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh penambahan
tanah lempung pada sifat perintang lapisan kanji singkong terhadap uap air.
Konsentrasi tanah lempung yang diberikan 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40% dan 50%
b/b. Komposit kanji/tanah lempung dibuat dengan metode solvent casting lalu
dicoating pada permukaan kertas sebagai substratnya, dan sifat perintangnya diukur.
Hasil penelitian menunjukkan penambahan tanah lempung dapat meningkatkan sifat
perintang kanji terhadap uap air. Nilai WVTR kertas saja sebesar 928.00 g/m2hari,
dan menurun menjadi 722.67 g/m2hari ketika kanji dicoating pada kertas. Nilai
WVTR lapisan komposit menurun menjadi 709.33 g/m2hari ketika diberikan 5% b/b
tanah lempung, lalu menurun menjadi 400.00 g/m2hari ketika diberikan 50% b/b
tanah lempung. Peningkatan sifat perintang uap air teramati ketika tanah lempung
diberikan dari 5% b/b hingga 23% b/b.
Kata kunci : Kanji, Tanah lempung, WVTR.
PENDAHULUAN
Penelitian dan pengembangan material kemasan untuk aplikasi makanan dan obatobatan berbahan material ramah lingkungan sedang banyak dilakukan [1]. Salah satu material
kemasan tersebut adalah kertas minyak untuk kemasan atau pembungkus makanan. Material
ini dikembangkan sebagai alternatif terhadap material konvensional berbahan polimer sintetis
seperti Poly Ethylene (PE) dan Poly Vinly Chlorine (PVC) [2]. Polimer sintetis dari industri
petrokimia merupakan material yang tidak dapat diuraikan secara alami (non biodegradable)
yang dapat menyebabkan masalah lingkungan dan keamanan ekologi setelah digunakan,
selain tidak dapat diperbaharui (non renewable) sehingga suatu ketika akan habis [2].
Salah satu bahan yang sangat potensial adalah kanji (starch) [3]. Kanji terdiri
campuran dari amilum dan amilopeptin yang dapat diperoleh dari banyak tanaman seperti
umbi-umbian, jagung dan sagu [3]. Struktur kanji diberikan pada Gambar 1.
Gambar 1.struktur kimia kanji (a) amilosa dan (b) amilopektin [5]
Molekul kanji membentuk butiran semicrystalline dimana amilosa amilopektin dihubungkan
dengan ikatan hidrogen. Ketika kanji dipanaskan akan menghasilkan butiran air, akibatnya
hidrat akan mengembang dan memicu proses gelatinisasi yang ditandai dengan hilangnya
kristalinitas dan keberaturan molekul, serta viskositas yang meningkat drastic [5]. Suhu saat
kanji mengalami proses gelatinisasi bergantung pada beberapa faktor seperti pH dari
suspensi, laju pemanasan, adanya kandungan garam dan spesifikasi produk yang dipakai.
Kondisi tersebut yang akan menentukan berapa suhu gelatinisasi dari kanji, karena suhu
gelatinisasi akan dapat berbeda [6]. Oleh karena itu, pemilihan suhu fabrikasi kanji sangat
mempengaruhi karakteristik akhir kanji termasuk sifat perintangnya.
Akan tetapi, polimer yang berasal dari kanji murni masih memiliki kekurangan
terutama di sifat mekanik dan sifat perintang terhadap air [6][7]. Selain itu, kemampuan kanji
juga kurang baik pada kondisi dengan kelembaban yang tinggi [6]. Beberapa penelitian telah
dilakukan untuk memperbaiki dan menutupi kekurangan dari bahan kanji. Salah satu teknik
yang digunakan adalah dengan mencampur kanji dengan polimer lain, seperti
polycaproalactone, polylactic acid dan poly vinyl alcohol (PVA) [8][9]. Teknik lain yang
dapat digunaka adalah dengan menambahkan kanji dengan bahan nanokomposit yang dapat
berupa silika dan tanah lempung [6].
Tanah lempung menjadi bahan yang paling potensial untuk ditambahkan pada bahan
polimer kanji [10]. Struktur tanah lempung Montmorillonite diberikan pada Gambar 2. Tanah
lempung merupakan mineral alam yang melimpah, bebas racun dan dapat digunakan sebagai
salah satu bahan makanan, media, kosmetik dan perawatan kesehatan[10]. Secara umum
dengan menambahkan 5% b/b tanah lempung pada bahan polimer dapat memperbaiki dan
meningkatkan sifat mekanin serta sifat perintang terhadap uap air dan termal dibandingkan
dengan polimer murni [11]. Terdapat tiga metode yang digunakan untuk membuat polimertanah lempung nanokomposit, antara lain adalah metode interkalasi dalam larutan, metode
polimerisasi in-situ dan fase leleh [12][13]. Untuk aplikasi kemasan makanan, karakteristik
utama yang harus diketahui adalah sifat perintang uap air. Hal ini menjadi penting karena
keadaan lingkungan yang memiliki kelembaban udara yang tinggi, uap air memiliki laju
perembesan yang lebih tinggi dibanding molekul lain, serta pertumbuhan mikroorganisme
(Salmonella spp, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus , dll) dalam makanan memerlukan
air [14]. Oleh karena itu, pada penelitian ini dibahas pengaruh penambahan tanah lempung
pada sifat perintang uap air dari kanji.
Gambar 2. Struktur tanah lempung Montmorillonite [12].
MATERIAL DAN METODE
Pada penelitian ini kanji yang digunakan adalah jenis amylum manihot atau kanji
yang dihasilkan dari tanaman singkong dan tanah lempung Na-bentonite jenis
montmorillonite sebagai bahan komposit. Larutan yang dibuat terdiri dari 1 gr kanji yang
dilarutkan pada 15 mL aquadest, dan kemudian diberikan tanah lempung dengan variasi
konsentrasi 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40% dan 50% b/b dari berat kanji. Larutan kanjitanah lempung distirrer dan dipanaskan pada suhu 80o C selama 60 menit dengan laju
pemanasan selama 30 menit. Larutan kanji-tanah lempung hasil pengolahan dituangkan dan
diratakan pada permukaan kertas berukuran 15x20 cm. kertas yang sudah diberi lapisan
kanji-tanah lempung selanjutnya di oven pada suhu 40o C selama 12 jam.
Lapisan kanji-tanah lempung yang dibuat diuji laju transmisi uap air dengan metode
payne cup analysis. Metode ini dilakukan dengan memotong kertas sesuai ukuran payne cup.
Kertas diletakkan dalam payne cup yang telah berisi 8 gr silica gel, dan kemudian ditimbang
berat payne cup. Payne cup berisi sampel dan silica gel disimpan dalam desikator yang berisi
larutan KCL jenuh dengan kelembaban 85% RH. Sampel ditimbang dua jam kemudian, dan
penimbangan selanjutnya dilakukan dalam rentang waktu yang memenuhi syarat minimal
penambahan berat minimal 5 mg. Nilai WVTR diukur dengan persamaan 1:
�� =
240 × �
×
Dimana m merupakan pertambahan berat (mg) dalam waktu satu jam, s adalah luas
permukaan film yang di uji dan t adalah waktu antara penimbangan terakhir.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Gambar 3 menunjukkan kurva kumulasi uap air yang melewati kertas kemasan
dari lapisan komposit tanah lempung/kanji dengan substrat kertas sebagai fungsi dari waktu.
Grafik kumulasi uap air
0.14
Kumulasi uap air (gram)
Kertas Buram
0.12
Kanji + Clay (0%)
0.1
Kanji + Clay (5%)
0.08
Kanji + Clay (10%)
0.06
Kanji + Clay (15%)
0.04
Kanji + Clay (23%)
0.02
Kanji + Clay (30%)
0
100
150
200
250
Waktu (menit)
300
350
Kanji + Clay (40%)
Kanji + Clay (50%)
Gambar 3. Grafik penyerapan uap air kertas buram/kanji/kanji-tanah lempung
Pada kurva menunjukkan bahwa kumulasi uap air yang melewati lapisan kemasan semakin
meningkat seiring dengan lamanya waktu penyimpanan. Menurut teori perembesan, uap air
dapat melewati lapisan komposit polimer karena adanya gaya dorong yang ditimbulkan oleh
perbedaan konsentrasi uap air pada kedua sisi (lapisan) [18]. Kumulasi uap air yang semakin
besar menandakan sifat perintang lapisan terhadap uap air semakin buruk. Kuantifikasi sifat
perintang uap air dinyatakan dengan laju transmisi uap air (water vapour transmission rate –
WVTR) yang dihitung dengan persamaan 1, dan hasilnya di tampilkan pada Tebel 1. Nilai
WVTR menunjukkan banyaknya uap air dalam gram yang melewati lapisan polimer per hari
untuk luasan 1 m2.
Tabel 1. Nilai WVTR kanji-tanah lempung
Variasi konsentrasi
tanah lempung (%)
Kertas Biasa
0
5
10
15
23
30
40
50
nilai VWTR
(g/m2hari)
928.00
722.67
709.33
562.67
525.33
450.67
434.67
416.00
400.00
Persentase
WVTR (%)
100.00
77.87
76.44
60.63
56.61
48.56
46.84
44.83
43.10
Pada gambar 4, grafik nilai WVTR menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi
tanah lempung yang ditambahkan pada kanji, maka nilai WVTR yang dihasilkan semakin
kecil. Ini berarti sifat perintang lapisan terhadap uap air semakin baik sebanding dengan
penambahan konsentrasi tanah lempung.
Grafik Konsentrasi Clay Terhadap Nilai WVTR
800.00
700.00
WVTR
600.00
500.00
Series1
400.00
300.00
0
20
40
Konsentrasi Clay (%)
60
Gambar 4. Grafik penambahan konsentrasi lempung terhadap nilai WVTR.
Tanah lempung memiliki struktur dasar berbentuk lembaran, dimana diantara lembaran tanah
lempung terdapat ruang yang disebut sebagai gallery. Jika terjadi interkalasi dimana molekul
kanji masuk ke dalam gallery tanah lempung, maka molekul kecil atau uap air harus melewati
lintasan yang lebih panjang, sehingga waktu tempuh menjadi lebih lama dalam lapisan
polimer sehingga nilai WVTR semakin kecil. Secara sederhana pengaruh tanah lempung
terhadap panjang lintasan diberikan pada gambar 5. Karena itu, dari hasil pengukuran nilai
WVTR menunjukkan semakin banyak penambahan variasi tanah lempung, nilai sifat
perintang uap air dari lapisan semakin baik.
Gambar 5. Ilustrasi lintasan uap air pada lapisan (a) polimer, (b) tanah lempung dalam
matriks polimer [15]
Nilai WVTR pada kertas buram tanpa lapisan kanji diperoleh nilai 928,00 gr/m2hari.
Dengan memberi lapisan kanji pada kertas buram nilai WVTR mengalami penurunan pada
nilai 722,67 gr/m2hari. Dari pengukuran nilai WVTR penambahan tanah lempung pada kanji
sebesar 5% b/b dapat menurunkan nilai WVTR sebesar 709,33 gr/m2hari, dan nilai WVTR
dari kanji semakin turun seiring dengan penambahan clay hingga konsentrasi 50% b/b yaitu
sebesar 400,00 gr/m2hari. Secara presentase pada penambahan 5% b/b lempung pada kanji
akan menurunkan nilai WVTR dinilai 77,87%. Dan pada penambahan tanah lempung 23%
b/b nilai WVTR dapat turun dinilai 48,56%, dan terus turun hingga penambahan lempung
50% b/b dinilai 43,10%. Penambahan tanah lempung dari 5% b/b hingga 23% b/b
meningkatkan sifat perintang uap air secara signifikan dengan presentase penurunan 29,31%,
sedangkan penambahan konsentrasi tanah lempung lebih lanjut (hingga 50% b/b)
meningkatkan sifat perintang komposit secara lambat dengan presentase penurunan sebesar
5,46%.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Lopez [16] dengan menggunakan kanji dari
jagung dan tanah lempung jenis talc, menunjukkan bahwa penambahan lempung sebesar 3%
b/b dapat menurunkan nilai WVTR dari kanji murni. Serta dari penelitian Anibal [17] dengan
bahan kanji jagung dan tanah lempung jenis montmorillonite, menunjukkan penurunan nilai
WVTR pada kanji yang diberi penambahan 6% b/b clay. Dan nilai WVTR semakin turun
seiring dengan penambahan konsentrasi lempung pada bahan kanji. Secara umum
menandakan bahwa penambahan tanah lempung pada kanji memperbaiki sifat perintang uap
air dari kanji.
KESIMPULAN
Dengan memberi tambahan bahan tanah lempung pada lapisan yang dibuat dengan
bahan polimer kanji, diperoleh bahwa semaik besar variasi konsentrasi tanah lempung yang
diberikan dapat meningkatkan sifat perintang lapisan terhadap uap air. Peningkatan tersebut
terjadi secara signifikan ketika tanah lempung diberikan dari 5% b/b hingga 23% b/b.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Jayasekara, R., Harding, L., Christie, G.B.Y., Lonergan, G.T. (2004). Preparation, surface
and modification and characterization of solution cast starch PVA blended
film. Polymer Test, 23, 17-27.
[2]
Elizondo, N.J., Sobral, P.J.A., Menegalli, F.C. (2009). Development of film based on
blends of amaranthus cruentus flour and poly(vinly alcohol). Carbohydrat
Polymer, 75, 592-598.
[3]
Gonera, A., & Cornillon, P. (2002). Gelatinization of starch/gum/sugar system studiedby
using DSC, NMR, and CSLM. Starch/starke, 54, 508-516.
[4]
Croghan, M. 1998. 100 years of starch innovation. Food cience & Technologi Today,
March, 17-24.
[5]
Ali, S.S., Tang, X., Alavi, S., Faubion, J. (2011). Structure and physical properties of
starch/ poly vinyl alcohol/ sodium montmorillonite nanocomposite films.
Journal of Agrotecnolgy Food Chemistry, 59, 12384-12395.
[6]
Tang, X.Z., Alavi, S., Herald, T.J. (2008). Barrier and mechanical properties of starch-clay
nanocomposite films.Cereal Chemistry, 85, 433-439.
[7]
Dean, K., Yu, L., Wu, Y.D. (2007). Preparation and characterization of melt-extruded
thermoplastic starch/clay nanokomposites. Composit Science Technology, 67,
413-421.
[8]
Averous, L., Moro, L., Dole, P., Fringant, C. (2000). Properties of thermoplastic blends:
starch-polycaprolactone. Polymer, 41, 4157-4167.
[9]
Zou, G.X., Qu, J.P., Zou, X.L. (2008). Extruded starch/PVA composites: water resistance,
thermal properties and morphology. Journal of Elastomers Plastic, 40, 303-316.
[10]
Bakraji, E.H., & Karajou, J. (2003). Determination of trace elements in Syrian bentonite
tanah lempung using X-ray fluorescence technique and discussion on the health
implication on pregnant women. Tace nad Microprobe Techniques, 2J(2), 397405.
[11]
Yang, S.Y., Huang, C.Y. (2008). Plasma treatment for enhancing mechanical and thermal
properties of biodegradable PVA/starch blends. Journal of Application Polymer
Science, 109, 2452-2459.
[12]
Ray, S. (2006). The potentian use of polymer-clay nanocomposite in food packaging.
International Journal of Food Engineering, Vol. 2, No.5.
[13]
Olad, A., & Rashidzadeh, A. (2008). Preparation and anticorrosive properties of
PANI/Na-MMT and PANI/O-MMT nanocomposite. Polymer Organic Coating,
Vol. 62, 293-298.
[14]
Ruben, J.H. (2002). Plastics in Packaging.Michigan State University: Michigan.
[15]
Timothy., & Ducan, V. (2011). Application of nanotechnology in Food Packaging and
Food Safety: Barrier Materials and Sensors. Journal of Colloid and Interface
Science, xxx(2011), xxx-xxx.
[16]
Lopez, O.V. (2004). Food Packaging Bags Based on Thermoplastic Corn Starch
reinforced With Talc Nanoparticles. Food Hydrocolloids. 43, 18-24.
[17]
Anibal, M.S., & Bertuzzi, M.A. (2012). A Phenomenological and Thermodynamic Study
of the Water Permeation Process in Corn Starch/MMT Film. Carbohydrate
Polymer. 90, 551-557.
[18]
Siracusa. V. (2012). Food Packaging Permeabillity Behaviour. International Journal of
Polymer Science. 302029.
Lingkungan Berbasis Kanji dan Tanah Lempung
Imam Syafei Jafar S1, Khairuddin2, Nanik Dwi Nurhayati3
1
2
3
Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Dosen Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Dosen Program Studi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami No. 36A, Kentingan, Jebres, Surakarta
ABSTRACT
Research has been done on fabrication and characterization of water vapour barrier
properties of packaging paper coating based on starch and montmorillonite clay. The
purpose of this study was to determine the effect of clay water vapour barrier
properties of starch. The concentration of clay were 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40%
and 50% w/w. The starch / clay composite were prepared by solvent casting method
and then coated on paper as the substrate, and finally the barrier properties were
measured. The results showed that the addition of clay improved the water vapour
barrier properties of starch. The WVTR values of paper substrat was 928.00 g/m2day,
and was decreased to 722.67 g/m2day when starch was coated. The WVTR values of
paper coated with clay/starch composite decreased 709.33 g/m2day when 5% w/w
clay was added the decreased to 400 g/m2day when 50% w/w was added. The most
significant improvement of water barrier properties was observed when caly loading
was from 5% w/w to 23% w/w.
Keyword: Starch, Clay, WVTR.
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai fabrikasi dan karakterisasi lapisan kertas
kemasan berbahan kanji singkong dan tanah lempung Na-Bentonite berjenis
montmorillonite. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh penambahan
tanah lempung pada sifat perintang lapisan kanji singkong terhadap uap air.
Konsentrasi tanah lempung yang diberikan 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40% dan 50%
b/b. Komposit kanji/tanah lempung dibuat dengan metode solvent casting lalu
dicoating pada permukaan kertas sebagai substratnya, dan sifat perintangnya diukur.
Hasil penelitian menunjukkan penambahan tanah lempung dapat meningkatkan sifat
perintang kanji terhadap uap air. Nilai WVTR kertas saja sebesar 928.00 g/m2hari,
dan menurun menjadi 722.67 g/m2hari ketika kanji dicoating pada kertas. Nilai
WVTR lapisan komposit menurun menjadi 709.33 g/m2hari ketika diberikan 5% b/b
tanah lempung, lalu menurun menjadi 400.00 g/m2hari ketika diberikan 50% b/b
tanah lempung. Peningkatan sifat perintang uap air teramati ketika tanah lempung
diberikan dari 5% b/b hingga 23% b/b.
Kata kunci : Kanji, Tanah lempung, WVTR.
PENDAHULUAN
Penelitian dan pengembangan material kemasan untuk aplikasi makanan dan obatobatan berbahan material ramah lingkungan sedang banyak dilakukan [1]. Salah satu material
kemasan tersebut adalah kertas minyak untuk kemasan atau pembungkus makanan. Material
ini dikembangkan sebagai alternatif terhadap material konvensional berbahan polimer sintetis
seperti Poly Ethylene (PE) dan Poly Vinly Chlorine (PVC) [2]. Polimer sintetis dari industri
petrokimia merupakan material yang tidak dapat diuraikan secara alami (non biodegradable)
yang dapat menyebabkan masalah lingkungan dan keamanan ekologi setelah digunakan,
selain tidak dapat diperbaharui (non renewable) sehingga suatu ketika akan habis [2].
Salah satu bahan yang sangat potensial adalah kanji (starch) [3]. Kanji terdiri
campuran dari amilum dan amilopeptin yang dapat diperoleh dari banyak tanaman seperti
umbi-umbian, jagung dan sagu [3]. Struktur kanji diberikan pada Gambar 1.
Gambar 1.struktur kimia kanji (a) amilosa dan (b) amilopektin [5]
Molekul kanji membentuk butiran semicrystalline dimana amilosa amilopektin dihubungkan
dengan ikatan hidrogen. Ketika kanji dipanaskan akan menghasilkan butiran air, akibatnya
hidrat akan mengembang dan memicu proses gelatinisasi yang ditandai dengan hilangnya
kristalinitas dan keberaturan molekul, serta viskositas yang meningkat drastic [5]. Suhu saat
kanji mengalami proses gelatinisasi bergantung pada beberapa faktor seperti pH dari
suspensi, laju pemanasan, adanya kandungan garam dan spesifikasi produk yang dipakai.
Kondisi tersebut yang akan menentukan berapa suhu gelatinisasi dari kanji, karena suhu
gelatinisasi akan dapat berbeda [6]. Oleh karena itu, pemilihan suhu fabrikasi kanji sangat
mempengaruhi karakteristik akhir kanji termasuk sifat perintangnya.
Akan tetapi, polimer yang berasal dari kanji murni masih memiliki kekurangan
terutama di sifat mekanik dan sifat perintang terhadap air [6][7]. Selain itu, kemampuan kanji
juga kurang baik pada kondisi dengan kelembaban yang tinggi [6]. Beberapa penelitian telah
dilakukan untuk memperbaiki dan menutupi kekurangan dari bahan kanji. Salah satu teknik
yang digunakan adalah dengan mencampur kanji dengan polimer lain, seperti
polycaproalactone, polylactic acid dan poly vinyl alcohol (PVA) [8][9]. Teknik lain yang
dapat digunaka adalah dengan menambahkan kanji dengan bahan nanokomposit yang dapat
berupa silika dan tanah lempung [6].
Tanah lempung menjadi bahan yang paling potensial untuk ditambahkan pada bahan
polimer kanji [10]. Struktur tanah lempung Montmorillonite diberikan pada Gambar 2. Tanah
lempung merupakan mineral alam yang melimpah, bebas racun dan dapat digunakan sebagai
salah satu bahan makanan, media, kosmetik dan perawatan kesehatan[10]. Secara umum
dengan menambahkan 5% b/b tanah lempung pada bahan polimer dapat memperbaiki dan
meningkatkan sifat mekanin serta sifat perintang terhadap uap air dan termal dibandingkan
dengan polimer murni [11]. Terdapat tiga metode yang digunakan untuk membuat polimertanah lempung nanokomposit, antara lain adalah metode interkalasi dalam larutan, metode
polimerisasi in-situ dan fase leleh [12][13]. Untuk aplikasi kemasan makanan, karakteristik
utama yang harus diketahui adalah sifat perintang uap air. Hal ini menjadi penting karena
keadaan lingkungan yang memiliki kelembaban udara yang tinggi, uap air memiliki laju
perembesan yang lebih tinggi dibanding molekul lain, serta pertumbuhan mikroorganisme
(Salmonella spp, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus , dll) dalam makanan memerlukan
air [14]. Oleh karena itu, pada penelitian ini dibahas pengaruh penambahan tanah lempung
pada sifat perintang uap air dari kanji.
Gambar 2. Struktur tanah lempung Montmorillonite [12].
MATERIAL DAN METODE
Pada penelitian ini kanji yang digunakan adalah jenis amylum manihot atau kanji
yang dihasilkan dari tanaman singkong dan tanah lempung Na-bentonite jenis
montmorillonite sebagai bahan komposit. Larutan yang dibuat terdiri dari 1 gr kanji yang
dilarutkan pada 15 mL aquadest, dan kemudian diberikan tanah lempung dengan variasi
konsentrasi 5%, 10%, 15%, 23%, 30%, 40% dan 50% b/b dari berat kanji. Larutan kanjitanah lempung distirrer dan dipanaskan pada suhu 80o C selama 60 menit dengan laju
pemanasan selama 30 menit. Larutan kanji-tanah lempung hasil pengolahan dituangkan dan
diratakan pada permukaan kertas berukuran 15x20 cm. kertas yang sudah diberi lapisan
kanji-tanah lempung selanjutnya di oven pada suhu 40o C selama 12 jam.
Lapisan kanji-tanah lempung yang dibuat diuji laju transmisi uap air dengan metode
payne cup analysis. Metode ini dilakukan dengan memotong kertas sesuai ukuran payne cup.
Kertas diletakkan dalam payne cup yang telah berisi 8 gr silica gel, dan kemudian ditimbang
berat payne cup. Payne cup berisi sampel dan silica gel disimpan dalam desikator yang berisi
larutan KCL jenuh dengan kelembaban 85% RH. Sampel ditimbang dua jam kemudian, dan
penimbangan selanjutnya dilakukan dalam rentang waktu yang memenuhi syarat minimal
penambahan berat minimal 5 mg. Nilai WVTR diukur dengan persamaan 1:
�� =
240 × �
×
Dimana m merupakan pertambahan berat (mg) dalam waktu satu jam, s adalah luas
permukaan film yang di uji dan t adalah waktu antara penimbangan terakhir.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Gambar 3 menunjukkan kurva kumulasi uap air yang melewati kertas kemasan
dari lapisan komposit tanah lempung/kanji dengan substrat kertas sebagai fungsi dari waktu.
Grafik kumulasi uap air
0.14
Kumulasi uap air (gram)
Kertas Buram
0.12
Kanji + Clay (0%)
0.1
Kanji + Clay (5%)
0.08
Kanji + Clay (10%)
0.06
Kanji + Clay (15%)
0.04
Kanji + Clay (23%)
0.02
Kanji + Clay (30%)
0
100
150
200
250
Waktu (menit)
300
350
Kanji + Clay (40%)
Kanji + Clay (50%)
Gambar 3. Grafik penyerapan uap air kertas buram/kanji/kanji-tanah lempung
Pada kurva menunjukkan bahwa kumulasi uap air yang melewati lapisan kemasan semakin
meningkat seiring dengan lamanya waktu penyimpanan. Menurut teori perembesan, uap air
dapat melewati lapisan komposit polimer karena adanya gaya dorong yang ditimbulkan oleh
perbedaan konsentrasi uap air pada kedua sisi (lapisan) [18]. Kumulasi uap air yang semakin
besar menandakan sifat perintang lapisan terhadap uap air semakin buruk. Kuantifikasi sifat
perintang uap air dinyatakan dengan laju transmisi uap air (water vapour transmission rate –
WVTR) yang dihitung dengan persamaan 1, dan hasilnya di tampilkan pada Tebel 1. Nilai
WVTR menunjukkan banyaknya uap air dalam gram yang melewati lapisan polimer per hari
untuk luasan 1 m2.
Tabel 1. Nilai WVTR kanji-tanah lempung
Variasi konsentrasi
tanah lempung (%)
Kertas Biasa
0
5
10
15
23
30
40
50
nilai VWTR
(g/m2hari)
928.00
722.67
709.33
562.67
525.33
450.67
434.67
416.00
400.00
Persentase
WVTR (%)
100.00
77.87
76.44
60.63
56.61
48.56
46.84
44.83
43.10
Pada gambar 4, grafik nilai WVTR menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi
tanah lempung yang ditambahkan pada kanji, maka nilai WVTR yang dihasilkan semakin
kecil. Ini berarti sifat perintang lapisan terhadap uap air semakin baik sebanding dengan
penambahan konsentrasi tanah lempung.
Grafik Konsentrasi Clay Terhadap Nilai WVTR
800.00
700.00
WVTR
600.00
500.00
Series1
400.00
300.00
0
20
40
Konsentrasi Clay (%)
60
Gambar 4. Grafik penambahan konsentrasi lempung terhadap nilai WVTR.
Tanah lempung memiliki struktur dasar berbentuk lembaran, dimana diantara lembaran tanah
lempung terdapat ruang yang disebut sebagai gallery. Jika terjadi interkalasi dimana molekul
kanji masuk ke dalam gallery tanah lempung, maka molekul kecil atau uap air harus melewati
lintasan yang lebih panjang, sehingga waktu tempuh menjadi lebih lama dalam lapisan
polimer sehingga nilai WVTR semakin kecil. Secara sederhana pengaruh tanah lempung
terhadap panjang lintasan diberikan pada gambar 5. Karena itu, dari hasil pengukuran nilai
WVTR menunjukkan semakin banyak penambahan variasi tanah lempung, nilai sifat
perintang uap air dari lapisan semakin baik.
Gambar 5. Ilustrasi lintasan uap air pada lapisan (a) polimer, (b) tanah lempung dalam
matriks polimer [15]
Nilai WVTR pada kertas buram tanpa lapisan kanji diperoleh nilai 928,00 gr/m2hari.
Dengan memberi lapisan kanji pada kertas buram nilai WVTR mengalami penurunan pada
nilai 722,67 gr/m2hari. Dari pengukuran nilai WVTR penambahan tanah lempung pada kanji
sebesar 5% b/b dapat menurunkan nilai WVTR sebesar 709,33 gr/m2hari, dan nilai WVTR
dari kanji semakin turun seiring dengan penambahan clay hingga konsentrasi 50% b/b yaitu
sebesar 400,00 gr/m2hari. Secara presentase pada penambahan 5% b/b lempung pada kanji
akan menurunkan nilai WVTR dinilai 77,87%. Dan pada penambahan tanah lempung 23%
b/b nilai WVTR dapat turun dinilai 48,56%, dan terus turun hingga penambahan lempung
50% b/b dinilai 43,10%. Penambahan tanah lempung dari 5% b/b hingga 23% b/b
meningkatkan sifat perintang uap air secara signifikan dengan presentase penurunan 29,31%,
sedangkan penambahan konsentrasi tanah lempung lebih lanjut (hingga 50% b/b)
meningkatkan sifat perintang komposit secara lambat dengan presentase penurunan sebesar
5,46%.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Lopez [16] dengan menggunakan kanji dari
jagung dan tanah lempung jenis talc, menunjukkan bahwa penambahan lempung sebesar 3%
b/b dapat menurunkan nilai WVTR dari kanji murni. Serta dari penelitian Anibal [17] dengan
bahan kanji jagung dan tanah lempung jenis montmorillonite, menunjukkan penurunan nilai
WVTR pada kanji yang diberi penambahan 6% b/b clay. Dan nilai WVTR semakin turun
seiring dengan penambahan konsentrasi lempung pada bahan kanji. Secara umum
menandakan bahwa penambahan tanah lempung pada kanji memperbaiki sifat perintang uap
air dari kanji.
KESIMPULAN
Dengan memberi tambahan bahan tanah lempung pada lapisan yang dibuat dengan
bahan polimer kanji, diperoleh bahwa semaik besar variasi konsentrasi tanah lempung yang
diberikan dapat meningkatkan sifat perintang lapisan terhadap uap air. Peningkatan tersebut
terjadi secara signifikan ketika tanah lempung diberikan dari 5% b/b hingga 23% b/b.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Jayasekara, R., Harding, L., Christie, G.B.Y., Lonergan, G.T. (2004). Preparation, surface
and modification and characterization of solution cast starch PVA blended
film. Polymer Test, 23, 17-27.
[2]
Elizondo, N.J., Sobral, P.J.A., Menegalli, F.C. (2009). Development of film based on
blends of amaranthus cruentus flour and poly(vinly alcohol). Carbohydrat
Polymer, 75, 592-598.
[3]
Gonera, A., & Cornillon, P. (2002). Gelatinization of starch/gum/sugar system studiedby
using DSC, NMR, and CSLM. Starch/starke, 54, 508-516.
[4]
Croghan, M. 1998. 100 years of starch innovation. Food cience & Technologi Today,
March, 17-24.
[5]
Ali, S.S., Tang, X., Alavi, S., Faubion, J. (2011). Structure and physical properties of
starch/ poly vinyl alcohol/ sodium montmorillonite nanocomposite films.
Journal of Agrotecnolgy Food Chemistry, 59, 12384-12395.
[6]
Tang, X.Z., Alavi, S., Herald, T.J. (2008). Barrier and mechanical properties of starch-clay
nanocomposite films.Cereal Chemistry, 85, 433-439.
[7]
Dean, K., Yu, L., Wu, Y.D. (2007). Preparation and characterization of melt-extruded
thermoplastic starch/clay nanokomposites. Composit Science Technology, 67,
413-421.
[8]
Averous, L., Moro, L., Dole, P., Fringant, C. (2000). Properties of thermoplastic blends:
starch-polycaprolactone. Polymer, 41, 4157-4167.
[9]
Zou, G.X., Qu, J.P., Zou, X.L. (2008). Extruded starch/PVA composites: water resistance,
thermal properties and morphology. Journal of Elastomers Plastic, 40, 303-316.
[10]
Bakraji, E.H., & Karajou, J. (2003). Determination of trace elements in Syrian bentonite
tanah lempung using X-ray fluorescence technique and discussion on the health
implication on pregnant women. Tace nad Microprobe Techniques, 2J(2), 397405.
[11]
Yang, S.Y., Huang, C.Y. (2008). Plasma treatment for enhancing mechanical and thermal
properties of biodegradable PVA/starch blends. Journal of Application Polymer
Science, 109, 2452-2459.
[12]
Ray, S. (2006). The potentian use of polymer-clay nanocomposite in food packaging.
International Journal of Food Engineering, Vol. 2, No.5.
[13]
Olad, A., & Rashidzadeh, A. (2008). Preparation and anticorrosive properties of
PANI/Na-MMT and PANI/O-MMT nanocomposite. Polymer Organic Coating,
Vol. 62, 293-298.
[14]
Ruben, J.H. (2002). Plastics in Packaging.Michigan State University: Michigan.
[15]
Timothy., & Ducan, V. (2011). Application of nanotechnology in Food Packaging and
Food Safety: Barrier Materials and Sensors. Journal of Colloid and Interface
Science, xxx(2011), xxx-xxx.
[16]
Lopez, O.V. (2004). Food Packaging Bags Based on Thermoplastic Corn Starch
reinforced With Talc Nanoparticles. Food Hydrocolloids. 43, 18-24.
[17]
Anibal, M.S., & Bertuzzi, M.A. (2012). A Phenomenological and Thermodynamic Study
of the Water Permeation Process in Corn Starch/MMT Film. Carbohydrate
Polymer. 90, 551-557.
[18]
Siracusa. V. (2012). Food Packaging Permeabillity Behaviour. International Journal of
Polymer Science. 302029.