Pengaruh Penambahan Selulosa Nanokristal Dari Kulit Rotan Dengan Plasticizer Gliserol dan Co-Plasticizer Asam Sitrat Dalam Pembuatan Biokomposit Berbahan Dasar Pati Sagu (Metroxylon Sp)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Sampah plastik merupakan masalah utama lingkungan. Plastik belanja atau
kantong plastik adalah salah satu sumber utama sampah plastik [1]. Sekitar 265 juta
ton plastik diproduksi dan digunakan setiap tahun [2]. Ini berarti bahwa di satu sisi,
lebih banyak sumber daya yang digunakan untuk memenuhi peningkatan permintaan
plastik dan di sisi yang lain menghasilkan sampah plastik yang lebih [3].
Ada beberapa kelemahan plastik konvensional diantaranya adalah membutuhkan
jumlah energi yang besar untuk memproduksinya, menghasilkan limbah dari produksi
plastik dan menggunakan bahan yang tidak mudah terurai [4].
Salah satu solusi pemecahan masalah ini adalah dengan mengganti bahan dasar
plastik konvensional tersebut menjadi bahan yang mudah diuraikan oleh pengurai,
yang disebut dengan plastik biodegradable (bioplastik). Keuntungan dari bioplastik
ini sangat jelas, yaitu mengurangi limbah plastik yang semakin lama jumlahnya
semakin banyak. Bioplastik dirancang untuk memudahkan proses degradasi terhadap
reaksi enzimatis mikroorganisme seperti bakteri dan jamur [5].
Pembuatan bioplastik bukan hal yang baru. Pada tahun 1850-an, seorang ahli
kimia Inggris menciptakan plastik dari selulosa, turunan dari pulp kayu. Kemudian
pada awal abad ke-20, Henry ford bereksperimen dengan plastik berbahan dasar pati
kedelai sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil untuk menyalakan berbagai mobil.
Sejak itu plastik biodegradable mulai memicu minat, terutama sejak krisis minyak dari
tahun sembilan belas tujuh puluhan [6]. Beberapa penelitian telah banyak dilakukan
untuk menghasilkan bioplastik dengan bahan baku pati, seperti : pati pisang [7], pati
jagung [8], pati sagu [9] dan sebagainya.
Pati merupakan salah satu bahan yang mudah diuraikan. Pati menjadi material
yang menjanjikan untuk bahan plastik karena sifatnya yang universal, dapat
diperbaharui, dan harganya yang terjangkau. Berdasarkan fakta dan kajian ilmiah yang
ada, maka pati merupakan polisakarida paling melimpah kedua setelah selulosa [10].
Salah satu bahan yang dapat diambil patinya adalah sagu (Metroxylon sp). Sagu
1
Universitas Sumatera Utara
merupakan salah satu tanaman yang memiliki kadar pati yang tinggi. Pati merupakan
komponen paling besar yang terdapat didalam sagu. Pati sagu mengandung amilosa
27% dan amilopektin 73%. Perbandingan amilosa dan amilopektin akan
mempengaruhi sifat kelarutan dan derajat gelatinisasi pati [12]. Sagu baru
dimanfaatkan sebanyak 10% dari potensi yang terdapat untuk pangan. Pati yang
terkandung dalam sagu tidak hanya dapat diolah sebagai bahan pangan, tetapi dapat
juga dimanfaatkan sebagai bahan baku industri. Contoh pemanfaatan patinya yaitu
sebagai bahan baku bioplastik [11].
Umumnya, bioplastik yang terdiri dari pati sebagai bahan dasarnya
membutuhkan campuran bahan aditif yang digunakan untuk menghasilkan sifat
mekanis yang lunak, ulet, dan kuat [14]. Plasticizer biasanya dipakai untuk
mengurangi sifat barrier dan juga memperbaiki keelastisan film dari pati [15].
Plasticizer seperti gliserol biasanya lebih unggul karena saat pemprosesan tidak ada
gliserol yang menguap sehingga proses mekanis mudah untuk dilakukan. Plasticizer
gliserol cukup sesuai digunakan sebagai bahan pemplastis dari plastik yang berbahan
dasar pati karena gliserol mempunyai titik didih yang cukup tinggi yaitu 290 oC [14].
Selain gliserol, penggunaan asam sitrat juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan
pendamping plasticizer (co-plasticizer). Dimana, gugus karboksil dari asam sitrat akan
membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan gugus hidroksil dari pati. Gugus
karboksil pada asam sitrat tidak hanya mengubah sifat-sifat materialnya, tetapi juga
akan membentuk ikatan sambung silang (cross linking) yang menyebabkan
peningkatan sifat fisik dan mekanaik dari produk yang dihasilkan [9,13].
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik dengan
bahan baku pati menggunakan plasticizer dan co-plasticizer. Rui Shi, dkk., (2007)
melakukan penelitian mengenai karakterisasi asam sitrat dan gliserol pada campuran
lelehan pati jagung dengan komposisi gliserol 30% (w/w%) dan asam sitrat 0% - 40%
(w/w%) [13]. Kemudian, Zuraida, dkk., (2012) membuat bioplastik dari pati sagu
dengan plasticizer gliserol dan meneliti pengaruh asam sitrat (0-40% w/wt%) dan air
(0-40% w/wt%) sebagai aditif sekunder [9]. Yuniarti, dkk., (2014) melakukan
penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi berbasis pati sagu (Metroxylon sp)
dengan asam asetat dan gliserol, dilaporkan bahwa dengan penambahan gliserol dan
asam asetat sifat fisik dan mekanik dari bioplastik yang dihasilkan meningkat [11].
2
Universitas Sumatera Utara
Pembuatan plastik dari pati dan bahan pemlastis (plasticizer) saja masih
memiliki sifat mekanik yang kurang baik, untuk memperbaiki kelemahan tersebut
perlu dilakukan penambahan bahan lain yang bersifat sebagai penguat untuk
membentuk komposit plastik biodegradeable [16]. Komposit plastik biodegradeable
atau biasa disebut biokomposit terdiri dari polimer biodegradeable sebagai matrik dan
juga sebagai pengisi (filler).
Bahan biopolimer sebagai pengisi yang dapat
ditambahkan untuk membentuk biokomposit adalah selulosa [25]. Dimana, selulosa
merupakan salah satu polimer yang melimpah di alam dengan sifat fleksibilitas dan
elastisitas yang baik [23]. Sumber daya alam yang memiliki kadar selulosa yang cukup
tinggi adalah rotan.
Rotan merupakan salah satu sumber hayati terbesar yang terdapat di Indonesia.
Sebanyak 10% hutan di Indonesia terdiri dari rotan [17]. Rotan terdiri atas selulosa
37,6%, hemiselulosa 41%, dan lignin 22,6% [19]. Semakin tingginya ketersediaan
limbah rotan, menjadikan sumber daya alam ini dapat direkayasa menjadi produk
teknologi nasional menggunakan sistem nanoteknologi [18].
Selulosa nanokristal mempunyai beberapa kelebihan yaitu mempunyai dimensi
nano, kekuatan spesifik dan modulus yang tinggi dan luas permukaan yang besar [20].
Selulosa nanokristal dapat diproduksi menggunakan metode hidrolisis asam dibawah
pengaruh kontrol suhu dan waktu. Selulosa nanokristal biasanya diproduksi
menggunakan asam sulfat untuk menghilangkan selulosa amorf dengan tujuan untuk
menghasilkan kristal selulosa dengan diameter sekitar 2-20 nm dan distribusi panjang
100-600 nm [21]. Ultrasonikasi merupakan metode yang digunakan untuk sintesis
nanopartikel yang digunakan oleh peneliti dan bidang industri untuk sintesis
nanomaterial. Kekurangan dari metode ultrasonifikasi tersebut yaitu untuk
menghasilkan ukuran
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Sampah plastik merupakan masalah utama lingkungan. Plastik belanja atau
kantong plastik adalah salah satu sumber utama sampah plastik [1]. Sekitar 265 juta
ton plastik diproduksi dan digunakan setiap tahun [2]. Ini berarti bahwa di satu sisi,
lebih banyak sumber daya yang digunakan untuk memenuhi peningkatan permintaan
plastik dan di sisi yang lain menghasilkan sampah plastik yang lebih [3].
Ada beberapa kelemahan plastik konvensional diantaranya adalah membutuhkan
jumlah energi yang besar untuk memproduksinya, menghasilkan limbah dari produksi
plastik dan menggunakan bahan yang tidak mudah terurai [4].
Salah satu solusi pemecahan masalah ini adalah dengan mengganti bahan dasar
plastik konvensional tersebut menjadi bahan yang mudah diuraikan oleh pengurai,
yang disebut dengan plastik biodegradable (bioplastik). Keuntungan dari bioplastik
ini sangat jelas, yaitu mengurangi limbah plastik yang semakin lama jumlahnya
semakin banyak. Bioplastik dirancang untuk memudahkan proses degradasi terhadap
reaksi enzimatis mikroorganisme seperti bakteri dan jamur [5].
Pembuatan bioplastik bukan hal yang baru. Pada tahun 1850-an, seorang ahli
kimia Inggris menciptakan plastik dari selulosa, turunan dari pulp kayu. Kemudian
pada awal abad ke-20, Henry ford bereksperimen dengan plastik berbahan dasar pati
kedelai sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil untuk menyalakan berbagai mobil.
Sejak itu plastik biodegradable mulai memicu minat, terutama sejak krisis minyak dari
tahun sembilan belas tujuh puluhan [6]. Beberapa penelitian telah banyak dilakukan
untuk menghasilkan bioplastik dengan bahan baku pati, seperti : pati pisang [7], pati
jagung [8], pati sagu [9] dan sebagainya.
Pati merupakan salah satu bahan yang mudah diuraikan. Pati menjadi material
yang menjanjikan untuk bahan plastik karena sifatnya yang universal, dapat
diperbaharui, dan harganya yang terjangkau. Berdasarkan fakta dan kajian ilmiah yang
ada, maka pati merupakan polisakarida paling melimpah kedua setelah selulosa [10].
Salah satu bahan yang dapat diambil patinya adalah sagu (Metroxylon sp). Sagu
1
Universitas Sumatera Utara
merupakan salah satu tanaman yang memiliki kadar pati yang tinggi. Pati merupakan
komponen paling besar yang terdapat didalam sagu. Pati sagu mengandung amilosa
27% dan amilopektin 73%. Perbandingan amilosa dan amilopektin akan
mempengaruhi sifat kelarutan dan derajat gelatinisasi pati [12]. Sagu baru
dimanfaatkan sebanyak 10% dari potensi yang terdapat untuk pangan. Pati yang
terkandung dalam sagu tidak hanya dapat diolah sebagai bahan pangan, tetapi dapat
juga dimanfaatkan sebagai bahan baku industri. Contoh pemanfaatan patinya yaitu
sebagai bahan baku bioplastik [11].
Umumnya, bioplastik yang terdiri dari pati sebagai bahan dasarnya
membutuhkan campuran bahan aditif yang digunakan untuk menghasilkan sifat
mekanis yang lunak, ulet, dan kuat [14]. Plasticizer biasanya dipakai untuk
mengurangi sifat barrier dan juga memperbaiki keelastisan film dari pati [15].
Plasticizer seperti gliserol biasanya lebih unggul karena saat pemprosesan tidak ada
gliserol yang menguap sehingga proses mekanis mudah untuk dilakukan. Plasticizer
gliserol cukup sesuai digunakan sebagai bahan pemplastis dari plastik yang berbahan
dasar pati karena gliserol mempunyai titik didih yang cukup tinggi yaitu 290 oC [14].
Selain gliserol, penggunaan asam sitrat juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan
pendamping plasticizer (co-plasticizer). Dimana, gugus karboksil dari asam sitrat akan
membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan gugus hidroksil dari pati. Gugus
karboksil pada asam sitrat tidak hanya mengubah sifat-sifat materialnya, tetapi juga
akan membentuk ikatan sambung silang (cross linking) yang menyebabkan
peningkatan sifat fisik dan mekanaik dari produk yang dihasilkan [9,13].
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik dengan
bahan baku pati menggunakan plasticizer dan co-plasticizer. Rui Shi, dkk., (2007)
melakukan penelitian mengenai karakterisasi asam sitrat dan gliserol pada campuran
lelehan pati jagung dengan komposisi gliserol 30% (w/w%) dan asam sitrat 0% - 40%
(w/w%) [13]. Kemudian, Zuraida, dkk., (2012) membuat bioplastik dari pati sagu
dengan plasticizer gliserol dan meneliti pengaruh asam sitrat (0-40% w/wt%) dan air
(0-40% w/wt%) sebagai aditif sekunder [9]. Yuniarti, dkk., (2014) melakukan
penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi berbasis pati sagu (Metroxylon sp)
dengan asam asetat dan gliserol, dilaporkan bahwa dengan penambahan gliserol dan
asam asetat sifat fisik dan mekanik dari bioplastik yang dihasilkan meningkat [11].
2
Universitas Sumatera Utara
Pembuatan plastik dari pati dan bahan pemlastis (plasticizer) saja masih
memiliki sifat mekanik yang kurang baik, untuk memperbaiki kelemahan tersebut
perlu dilakukan penambahan bahan lain yang bersifat sebagai penguat untuk
membentuk komposit plastik biodegradeable [16]. Komposit plastik biodegradeable
atau biasa disebut biokomposit terdiri dari polimer biodegradeable sebagai matrik dan
juga sebagai pengisi (filler).
Bahan biopolimer sebagai pengisi yang dapat
ditambahkan untuk membentuk biokomposit adalah selulosa [25]. Dimana, selulosa
merupakan salah satu polimer yang melimpah di alam dengan sifat fleksibilitas dan
elastisitas yang baik [23]. Sumber daya alam yang memiliki kadar selulosa yang cukup
tinggi adalah rotan.
Rotan merupakan salah satu sumber hayati terbesar yang terdapat di Indonesia.
Sebanyak 10% hutan di Indonesia terdiri dari rotan [17]. Rotan terdiri atas selulosa
37,6%, hemiselulosa 41%, dan lignin 22,6% [19]. Semakin tingginya ketersediaan
limbah rotan, menjadikan sumber daya alam ini dapat direkayasa menjadi produk
teknologi nasional menggunakan sistem nanoteknologi [18].
Selulosa nanokristal mempunyai beberapa kelebihan yaitu mempunyai dimensi
nano, kekuatan spesifik dan modulus yang tinggi dan luas permukaan yang besar [20].
Selulosa nanokristal dapat diproduksi menggunakan metode hidrolisis asam dibawah
pengaruh kontrol suhu dan waktu. Selulosa nanokristal biasanya diproduksi
menggunakan asam sulfat untuk menghilangkan selulosa amorf dengan tujuan untuk
menghasilkan kristal selulosa dengan diameter sekitar 2-20 nm dan distribusi panjang
100-600 nm [21]. Ultrasonikasi merupakan metode yang digunakan untuk sintesis
nanopartikel yang digunakan oleh peneliti dan bidang industri untuk sintesis
nanomaterial. Kekurangan dari metode ultrasonifikasi tersebut yaitu untuk
menghasilkan ukuran