dihasilkan menjadi kurang kuat dan ikatan yang terbentuk justru melemahkan ranta-rantai polimer LLDPE atau HDPE.
Jenis resin yang digunakan juga tidak memberikan pengaruh berbeda terhadap rata-rata nilai kuat tarik. Hal tersebut dikarenakan LLDPE dan HDPE
termasuk jenis polietilen yang mempunyai nilai kuat tarik yang relatif sama 10,8- 23 MPa. Menurut Sopyan 2007, polietilen mempunyai nilai kekuatan tarik
antara 8,3-31 MPa, sedangkan menurut Osborn dan Jenkins 2008 bahwa LLDPE dan HDPE mempunyai nilai kekuatan tarik masing-masing 3,5-8 kgmm
2
dan 3- 7,5 kgmm
2
.
a
b Gambar 4.11 Grafik hubungan densitas gcm
3
dan kuat tarik MPa compatibilizer a LLDPE-g-MA dan b HDPE-g-MA
Penggunaan maleat anhidrat mempengaruhi sifat plastis compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA Lampiran 4e., hal tersebut disebabkan karena
y = -1,16x + 22,74 R² = 0,47
5 10
15 20
25 30
0.930 0.931
0.932 0.933
0.934
K u
at t
ar ik
M P
a
Densitas gcm
3
y = 0,07x + 129,53 R
² = 0,93
0.0 5.0
10.0 15.0
20.0 25.0
0.954 0.956
0.958 0.960
0.962 0.964
K u
at t
ar ik
M P
a
Densitas gcm
3
semakin tinggi konsentrasi maleat anhidrat semakin meningkat densitas dan kerapatan matriks polimer sehingga ikatan yang terbentuk menjadi kaku dan
ranta-rantai polimer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA menjadi mudah putus yang berakibat menurunnya nilai perpanjangan putus compatibilizer Gambar 4.12a dan
4.12b. Hasil yang sama juga dikemukakan oleh Razzak 1996 yang menyatakan bahwa nilai kuat tarik dan perpanjangan putus mengalami penurunan dengan
meningkatnya dimetilamino-etilakrilat sampai konsentrasi 30 yang ditempel pada LDPE. Tetapi, bila ditinjau dari nilai densitas, perpanjangan putus
compatibilizer HDPE-g-MA cenderung meningkat seperti terlihat pada
a
b Gambar 4.12 Grafik hubungan densitas gcm
3
dan perpanjangan putus compatibilizer a LLDPE-g-MA dan
b HDPE-g-MA
Jenis resin yang digunakan juga memberikan pengaruh berbeda terhadap rata-rata nilai perpanjangan putus. Hal tersebut dikarenakan adanya perbedaan
tingkat kekristalan. Menurut Sopyan 2007, polimer-polimer yang mempunyai
y = -33x + 652,33 R² = 0,47
100 200
300 400
500 600
700 800
0.930 0.931
0.932 0.933
0.934
P e
rp a
n ja
n g
a n
p u
tu s
Densitas gcm
3
y = 3,02x + 7,46 R² = 0,50
10 20
30 40
50 60
70
0.954 0.956
0.958 0.960
0.962 0.964
P e
rp a
n ja
n g
a n
p u
tu s
Densitas gcm
3
kekristalan tinggi memperlihatkan perubahan morfologi yang kecil selama penarikan dan mudah patah. Konsentrasi maleat anhidrat dan jenis resin
memberikan pengaruh yang nyata terhadap rata-rata nilai perpanjangan putus.
4.4. Proses Produksi dan Karakteristik Bioplastik TPSLLDPE dan TPSHDPE
Proses produksi bioplastik dilakukan pencampuran antara TPS, compatibilizer LLDPE-g-MA atau HDPE-g-MA dan resin LLDPE atau HDPE.
Ketiga bahan tersebut diaduk hingga merata pada suatu wadah sebelum dimasukan ke dalam Twin Screw Extruder. Hasil dari ekstruder dibentuk menjadi
pelet, setelah itu dibuat menjadi lembaran film. Pada
gambar 4.13 dapat dilihat hasil pembuatan bioplastik berbahan baku tapiokaLLDPE dan TPSLLDPE.
Bioplastik berbahan baku tapioka menunjukkan warna coklat. Hal tersebut disebabkan tapioka mengalami perubahan warna akibat dipanaskan pada suhu
140ºC. Pati tapioka yang tidak mengalami modifikasi tidak tahan terhadap suhu tinggi. Hasil berbeda ditunjukkan pada Gambar 4.14 dan 4.15 dimana warna
bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE tidak menunjukkan warna coklat tetapi berwarna putih, hal tersebut disebabkan pati termoplastik lebih tahan
panas bila dibandingkan tapioka.
a TapiokaLLDPE b TPSLLDPE Gambar 4.13 Bioplastik campuran tapioka atau TPS dan resin LLDPE
Salah satu tujuan modifikasi pati adalah tahan terhadap gesekan dan suhu tinggi. Salah satu perubahan parameter yang terjadi adalah penurunan derajat
kristalinitas. Derajat kristalinitas menunjukkan penurunan dari 31,45 pada tapioka ke 16,13 pada TPS. Penurunan ini diharapkan pati termoplastik lebih
tahan panas. Bioplastik yang dihasilkan berwarna putih keruh dan bahan penyusun
tampak homogen. LLDPEHDPE secara alamiah memiliki sifat nonpolar dan hidrofobik mampu bercampur dengan pati termoplastik yang bersifat hidrofilik
melalui bantuan maleat anhidrat yang tergrafting pada matriks polimer sebagai bahan pengkompatibel.
TPS
LLDPE
Konsentrasi MA pada compatibilizer LLDPE-g-MA 2,5
5 7,5
0100
2080
3070
4060
Gambar 4.14 Bioplastik TPSLLDPE ketebalan rata-rata
450-500 µm
TPS
HDPE
Konsentrasi MA pada compatibilizer HDPE-g-MA 2,5
5 7,5
0100
2080
3070
4060
Gambar 4.15 Bioplastik TPSHLDPE ketebalan rata-rata
100-150 µm
4.4.1. Morfologi bioplastik
Pengamatan morfologi permukaan bioplastik TPSLLDPE dan TPSHDPE menggunakan SEM tampak pada Gambar 4.16 dan 4.17. Dispersi pati pada
matriks polimer semakin menurun dengan meningkatnya kandungan TPS. Bioplastik memperlihatkan struktur permukaan yang halus pada perbandingan
TPS
LLDPE 0100; 2080 dan 3070 dan tampak TPS tersebar secara sempurna. Pada pengamatan permukaan bioplastik
TPS
LLDPE 4060, struktur permukaan memperlihatkan kurang halus, hal tersebut ditandai dengan pati terkumpul pada
beberapa titikspot dan tidak menyebar secara merata. Hal tersebut dikarenakan konsentrasi
TPS
yang diberikan lebih tinggi. Hal senada juga dikemukakan oleh Sanchez-Garcia 2008 menyatakan bahwa distribusi yang merata dicapai pada
penambahan serat dengan konsentrasi rendah 1 karena adanya serat dapat menurunkan kehomogenan campuran polimer.
Peningkatan derajat grafting pada compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA menjadikan
TPS
menyebar secara merata pada komponen matrik LLDPEHDPE. Hal tersebut disebabkan karena penggunaan compatibilizer dapat
meningkatkan gaya adhesi permukaan antara LLDPEHDPE dan pati. Keberadaan maleat anhidrat yang tergrafting pada matriks polimer LLDPEHDPE sebagai
jembatan atau pengikat antara dua polimer yang berbeda sifat. Ikatan ester yang kuat dibentuk antara maleat anhidrat pada compatibilizer dan
TPS
sehingga ketidakkompatibelan antara LLDPEHDPE dan
TPS
dapat dikurangi. Hal tersebut juga didukung oleh pendapat Prachayawarakorn et al. 2010
yang menyatakan bahwa telah terjadi ikatan kimia Si-O-pati antara gugus silanol pada
compatibilizer vinyltrimethoxy silane VTMS dan hidroksil pada pati yang
menyebabkan campuran antara thermoplastic rice starch TPRS dan LDPE lebih
kompatibel. Pada penambahan maleat anhidrat 2,5 distribusi
TPS
cenderung masih kasar bila dibandingkan dengan penambahan 5 dan 7,5, kemungkinan hal
tersebut disebabkan derajat grafting yang dimiliki oleh maleat anhidrat 2,5 lebih kecil bila dibandingkan yang derajat grafting yang dimiliki oleh maleat
anhidrat 5 dan 7,5, sehingga ikatan yang terbentuk antara TPS dan LLDPE atau HDPE kurang kuat akibat sedikitnya ikatan yang terbentuk.
TPS
LLDPE
Konsentrasi MA pada compatibilizer LLDPE-g-MA 2,5
5 7,5
0100
2080
3070
4060
Gambar 4.16 Morfologi permukaan bioplastik TPSLLDPE pembesaran 100x
TPS
HDPE
Konsentrasi MA pada compatibilizer HDPE-g-MA 2,5
5 7,5
0100
2080
3070
4060
Gambar 4.17 Morfologi permukaan bioplastik TPSHDPE pembesaran 100x
Peningkatan konsentrasi maleat anhidrat pada compatibilizer LLDPE-g- MA atau HDPE-g-MA dan derajat grafting menyebabkan dispersi antara
campuran LLDPE dan
TPS
meningkat dan partikelgranula pati tidak terlihat pada campuran serta permukaan plastik lebih halus. Pendapat tersebut juga didukung
oleh Mengeloglu dan Karakus 2008 yang menyatakan bahwa keberadaan compatibilizer PP-g-MA sebagai coupling agent dapat meningkatkan adhesi di
antara kedua polimer yang ditandai mengikatnya pati gandum ke matrik polimer PP. Wang et al. 2002 juga menemukan hasil yang sama bahwa penggunaan
compatibilizer dibutyl maleate grafted polyethylene PE-g-DBM meningkatkan
kompatibilitas antara campuran LLDPE dan magnesium hidroksida karena adanya gaya adhesi antara kedua campuran tersebut.
a tanpa
compatibilizer b dengan compatibilizer
Gambar 4.18 Morfologi permukaan bioplastik
TPSLLDPE Pencampuran TPS dan LLDPE 30:70 tanpa penambahan compatibilizer
LLDPE-g-MA Gambar 4.18 menyebabkan campuran kurang terdispersi secara sempurna, hal tersebut terlihat pada struktur permukaan bioplastik yang kurang
homogen dan menunjukkan gaya adhesi yang lemah. Pendapat itu juga dikemukakan oleh Pedroso dan Rosa 2005 yang menyatakan bahwa lemahnya
adhesi antara polimer sintetis dan alami mengindikasikan kurangnya interaksi diantara kedua polimer tersebut. Hal seperti itu juga ditemukan dalam penelitian
Pushpadass et al. 2010 yang mencampurkan LDPE dengan pati jagung. Permukaan film hasil campuran LDPE dan pati jagung menunjukkan distribusi
granula pati jagung yang tidak merata, hal tersebut dikarenakan lemahnya gaya adhesi dan kurang tercampurnya kedua bahan tersebut pada permukaan.
4.4.2. Gugus fungsi bioplastik
Pengamatan gugus fungsi pada bioplastik menggunakan spektrokopi inframerah.
Hasil pengujian
gugus fungsi
bioplastik TPSLLDPE
memperlihatkan pita-pita serapan LLDPE, hal tersebut ditunjukkan dengan munculnya puncak serapan bilangan gelombang antara 2922-2850 cm
-1
yang merupakan ciri khas CH
2
dari LLDPE Tabel 4.6 dan Gambar 4.19. Tabel 4.6 Bilangan gelombang bioplastik TPSLLDPE dan TPSHDPE
pada konsentrasi perbandingan TPSLLDPE atau TPSHDPE dan konsentrasi MA pada compatibilizer yang berbeda
Komponen Bilangan gelombang cm
-1
Gugus fungsi konsentrasi
MA 2,5 konsentrasi
MA 5 konsentrasi
MA 5 TPSLLDPE
2080 3417,51
2920-2850 td
3400,95 2922-285
td 3422,02
2920-2851 td
O-H CH
2
C=O TPSLLDPE
3070 3415,68
2921-2851 1736,60
3426,77 2922-2852
1737,03 3404,67
2920-2850 td
O-H CH
2
C=O TPSLLDPE
4060 3396,56
2921-2851 1736,12
3417,18 2921-2851
td 3419,31
2920-2851 1738,32
O-H CH
2
C=O TPSHDPE
2080 3307,41
2929,87 1737,59
3367,88 2943,81
1738-1713 3369,67
2844,44 1715,33
O-H CH
2
C=O TPSHDPE
3070 ta
ta ta
3305,22 2873,11
1737,45 ta
ta ta
O-H CH
2
C=O TPSHDPE
4060 3368,91
2928,39 1738-1714
3369,17 2904,33
1714,51 3366,70
2844,05 td
O-H CH
2
C=O Keterangan : td : tidak terdeteksi ; ta : tidak diamati
a
b
C Gambar 4.19 FT-IR spektrum a TPS; b compatibilizer LLDPE-g-MA;
dan c bioplastik TPScompat.LLDPE- g-MALLDPE
Perbedaan terjadi pada serapan gugus karbonil dari compatibilizer dalam hal ini maelat anhidrat. Konsentrasi maleat anhidrat 2,5 dan 5 serapan gugus
karbonil terjadi pada bilangan gelombang pada daerah 1736 cm
-1
dan 1737 cm
-1
, sedangkan konsentrasi 7,5 puncak serapan gugus karbonil terjadi pada bilangan
gelombang 1738 cm
-1
Tabel 4.6 dan Lampiran 3h-3p. Puncak serapan bilangan gelombang untuk pati pada bioplastik TPS-
LLDPE ditandai adanya ikatan C-O pada gugus C-O-H terjadi pada bilangan gelombang 1154 cm
-1
, 1155-1153 cm
-1
dan 1156-1153 cm
-1
. Hasil tersebut sesuai dengan yang dilaporkan oleh Bower dan Maddams 1989 dalam
Prachayawarakorn et al. 2010 yang menyatakan bahwa ikatan C-O pada C-O-H terjadi pada bilangan gelombang 1200-1000 cm
-1
. Selain ikatan C-O, serapan bilangan gelombang untuk pati ditandai adanya ikatan O-H terjadi pada bilangan
gelombang 3426-3396 cm
-1
Tabel 4.6. Hasil analisa gugus fungsi bioplastik menunjukkan adanya interaksi
antara HDPE, compatibilizer HDPE-g-MA dan TPS yaitu dengan munculnya serapan bilangan gelombang antara 2943-2844 cm
-1
dari HDPE yang merupakan serapan CH
2
dan puncak serapan bilangan gelombang 1738-1713 cm
-1
Tabel 4.6 dan Lampiran 3q-3x yang merupakan serapan gugus karbonil dari maleat
anhidrat. Selain itu, adanya serapan bilangan gelombang untuk pati ditandai adanya ikatan O-H terjadi pada pada bilangan gelombang 3369-3305 cm
-1
Tabel 4.6. Bilangan gelombang HDPE murni menurut Sitepu 2009 adalah 2840-2950
cm
-1
untuk gugus fungsi CH
2
, 1462,97 – 1472,83 cm
-1
untuk gugus fungsi C-H dan 3607,77 cm
-1
untuk gugus fungsi OH.
4.4.3. Densitas bioplastik
Pengukuran nilai densitas pada plastik sangat penting, karena densitas dapat menunjukkan struktur plastik secara umum. Aplikasi dari hal tersebut yaitu
dapat dilihat kemampuan plastik dalam melindungi produk dari beberapa zat seperti air, O
2
dan CO
2
. Menurut Birley et al. 1988 bahwa plastik dengan densitas yang rendah menandakan bahwa plastik tersebut memiliki struktur yang
terbuka, artinya mudah atau dapat ditembusi fluida seperti air, oksigen atau CO
2
. Nilai densitas TPSLLDPE berkisar antara 0,9003-1,0466 gcm
3
Gambar 4.20 dan TPS-HDPE berkisar antara 0,9539-1,0160 gcm
3
Gambar 4.21.
Perlakuan perbandingan TPSLLDPE dan TPSHDPE memberikan pengaruh berbeda terhadap rata-rata nilai densitas bioplastik yang dihasilkan Lampiran 5a
dan 5b. Nilai densitas cenderung mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya
TPS
. Hal tersebut disebabkan karena semakin tinggi konsentrasi TPS semakin meningkat interaksi dan ekspansi pati ke dalam permukaan polimer
LLDPEHDPE.
Gambar 4.20 Pengaruh perbandingan TPSLLDPE dan konsentrasi MA terhadap nilai densitas gcm
3
bioplastik
Gambar 4.21 Pengaruh perbandingan TPSHDPE dan
konsentrasi MA
terhadap nilai densitas gcm
3
bioplastik
0.80 0.85
0.90 0.95
1.00 1.05
1.10
0100 2080
3070 4060
De n
sit as
g cm
3
Perbandingan konsentrasi TPSLLDPE
Konsentrasi MA 2,5 DG 0,68 Konsentrasi MA 7,5 DG 6,44
Konsentrasi MA 5 DG 6,96
0.80 0.85
0.90 0.95
1.00 1.05
1.10
0100 2080
3070 4060
De n
sit as
g cm
3
Perbandingan konsentrasi TPSHDPE
Konsentrasi MA 2,5 DG 0,51 Konsentrasi MA 7,5 DG 3,21
Konsentrasi MA 5 DG 4,13
