BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Jarak dan Minyak Jarak
Ada beberapa jenis jarak yang ditanam di Indonesia, semuanya dari keluarga Eyhorbiaceae, yaitu jarak kalikikastor Ricimus communis, jarak pagar Jatropha
Curcas , jarak gurita Jatropha Multifida, dan jarak landi Jatropha Gossypifolia.
Secara ekonomi, tanaman jarak pagar dapat dimanfaatkan seluruh bagiannya, mulai dari daun, buah, kulit batang, getah dan batangnya. Daun bisa diekstraksi menjadi
bahan pakan ulat sutera dan obat-obatan herbal, kulit batang juga bisa diekstraksi menjadi tannin atau sekedar dijadikan bahan bakar lokal untuk kemudian
menghasilkan pupuk. Bagian getah bisa diekstraksi menjadi bahan bakar. Potensi terbesar jarak pagar ada pada buah yang terdiri biji dan cangkang
kulit. Pada biji terdapat inti biji dan kulit biji. Setelah melalui proses pemerahan, dari inti biji akan dihasilkan bungkil perahan, yang kemudian diekstraksi. Hasilnya
berupa minyak jarak pagar dan bungkil ekstraksi. Bungkil ekstraksi bisa menghasilkan pupuk dan sebagai bahan dasar pembangkitan biogas yang produk
akhirnya berupa biogas pengganti minyak tanah, serta ekstoksifikasi yang hasil akhirnya berupa pakan lemak. Sementara itu kulit biji jarak pagar bisa menghasilkan
bahan bakar lokal dan pupuk. Jarak pagar merupakan tanaman semak yang tumbuh cepat dengan ketinggian
mencapai 3 – 5 m. Tanaman ini tahan kekeringan dan dapat tumbuh ditempat bercurah hujan 200 milimeter per tahun hingga 1500 milimeter per tahun. Jarak pagar
hampir tidak memiliki hama karena sebagian besar bagian tubuhnya beracun. Tanaman ini mulai berbuah setelah berusia lima bulan dan mencapai produktifitas
penuh setelah 5 tahun. Biji jarak pagar rata-rata berukuran 18 x 11 x 9 mm, berat 0,62 gram, dan
terdiri atas 58,1 biji inti berupa daging kernel dan 41,9 kulit. Kulit hanya mengandung 0,8 ekstrak eter. Kadar minyak trigliserida dalam inti biji ekuivalen
Universitas Sumatera Utara
dengan 55 atau 33 berat total biji. Produktivitas per pohon jarak mencapai 2 – 2,5 kg biji kering. Dalam 1 ha lahan dengan 2000 batang pohon, akan menghasilkan 4
– 5 ton biji kering dalam setahun. Satu ton biji kering akan menghasilkan 200 – 300 liter minyak jarak. Sehingga 1 ha lahan akan menghasilkan 1000 – 1500 liter minyak
jarak. Budi, 2001 Minyak jarak pagar berwujud cairan bening berwarna kuning dan tidak
menjadi keruh meski disimpan dalam waktu lama. Komposisi proksimat bungkil bebas minyak terdiri dari 12,9 air, 10,1 abu, 45,1 protein kasar, 31,9 serat
kasar dan bahan organik tak bernitrogen. Jarak pagar mengandung kurang lebih 80 daging buah dan 20 buah yang
dilapisi kulit yang tipis. Warna biji adalah putih diwaktu masih muda dan berwarna coklat setelah buah menjadi matang. Detail buah adalah kulit luar epicarplum,
daging buah mesocarpium, cangkang kulit biji spermodosis, inti biji jarak endocarpium. Struktur kimia minyak jarak dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah
ini.
Gambar 2.1. Struktur Minyak Jarak
Universitas Sumatera Utara
Asam lemak penyusun minyak jarak pagar terdiri atas 22,7 asam jenuh dan 77,3 asam tak jenuh. Kadar minyak dalam biji sekitar 40 – 60 . Minyak jarak
pagar adalah minyak semi padat yang mempunyai komposisi tetap. Minyak jarak Ricinus Communis adalah cairan yang tidak berwarna sampai dengan berwarna
kuning pucat dengan bau dan rasa yang sangat ringan bahkan kadang-kadang cenderung tidak sama sekali. Minyak jarak mempunyai titik didih 313
o
C dan densitas 961 kgm
3
. Minyak jarak dan turunnya digunakan dalam pembuatan sabun, pelumas, minyak hidrolik dan minyak rem, cat, pewarna, pelapis, tinta, plastik, wax, farmasi,
parfum dll. Jenis dan kadar asam lemak minyak jarak dapat dilihat pada Table 2.1 dibawah ini.
Tabel 2.1. Jenis dan Kadar asam lemak yang terkandung dalam minyak jarak. No Jenis Asam lemak
Kadar asam lemak, 1
Asam Ricinoleic 85-95
2 Asam Oleat
2-6 3
Asam Linoleat 1-5
4 Asam Linolenic
0,5-1 5
Asam Stearat 0,5-1
6 Asam Palmitat
0,5-1 Sumber : Budi, 2001
Minyak adalah sumber asam ricinoleic, sebuah monounsaturated, 18-carbon asam lemak. Diantara asam lemak, asam ricinoleic acid tidak biasa karena
mempunyai gugus fungsional hidroksil pada karbon ke 12. Gugus Fungsional ini telah menyebabkannya lebih polar dibadningkan dengan lemak lainnya. Reaktifitas
kimia gugus alkohol juga menyebabkan derivatisasi kimia yang tidak mungkin dengan kebanyakan minyak lainnya. Dikarenakan kandungan asam ricinoleic, minyak
jarak adalah bahan baku kimia yang berharga dan memiliki harga yang lebih mahal
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan minyak biji lainnya. Minyak jarak digunakan sebagai bahan poliol didalam industri poliuretan. Fungsionaliti rata-ratanya jumlah gugus hidroksil per
molekul trigleserida adalah 2,7, sehingga sering digunakan sebagai poliol rigid.
2.2. Sintesa Poliol
Poliol dapat dihasilkan dari minyak-minyak nabati, yaitu dari minyak kelapa sawit, minyak kedelai, minyak bunga matahari, minyak kelapa, minyak jarak, dll. Dengan
kandungan trigliserida dan asam lemak tidak jenuh, minyak jarak dapat diubah menjadi poliol melalui proses-proses epoksidasi dan hidroksilasi, Budi, 2001.
2.2.1. Proses Epoksidasi dan Hidroksilasi
Dalam terminologi poliuretan, istilah poliol meliputi semua komponen yang mengandung gugus hidroksil, termasuk diantaranya adalah senyawa polihidroksi
trigliserida alam. Polihidroksi trigliserida dibuat melalui epoksidasi minyak diikuti dengan pembukaan cincin epoksida oleh air atau donor hidrogen lain seperti alkohol
dan amina. Proses sintesis ini disebut juga dengan proses hidroksilasi. Epoksidasi adalah reaksi oksidasi ikatan rangkap oleh oksigen aktif
membentuk senyawa epoksida, dimana reaksi khas dari epoksida ini adalah reaksi pembukaan cincin yang dapat berlangsung dalam suasana asam maupun basa. Pada
reaksi epoksida ini yang paling berpengaruh adalah suhu reaksi, bilangan iodin, bilangan hidroksil dan persen oksiran.
Epoksidasi trigliserida dan ester akan menghasilkan suatu produk penting dalam industri. Ester yanag dihasilkan dari reaksi epoksidasi mempunyai densitas
yang tinggi, volatilitas yang rendah dan lebih tahan terhadap proses oksidasi daripada ester yang tidak diepoksidasi. Salah satu hasil epoksidasi trigliserida dan ester adalah
bahan baku pembuatan plastik dan aditif serta bahan baku pipa PVC poly vinil klorida, Budi, 2001.
Universitas Sumatera Utara
Proses hidroksilasi merupakan proses pembentukan gugus hidroksil dengan membuka ikatan rangkap yang terdapat pada gliserida asam lemak tidak jenuh pada
minyak jarak. Gugus –OH sangat berperan dalam pembentukan karakteristik poliol yang dihasilkan. Proses hidroksilasi ini merupakan lanjutan dari proses epoksidasi.
Pada umumnya epoksidasi menggunakan hidrogen peroksida sebagai pereaksi. Sifat hidrogen peroksida sebagai oksidator tidak cukup kuat sehingga biasanya
ditransformasi ke bentuk yang lebih aktif. Asam peroksida yang dibentuk dari reaksi hidrogen peroksida dengan asam
alifatis rendah asam formiat dan asam asetat merupakan bentuk yang reaktif. Asam peroksida dapat bereaksi sangat cepat dengan senyawa tidak jenuh. Pada suhu 40
o
C, laju pembentukan asam peroksi formiat dari H
2
O
2
dan CHOOH dengan katalis H
2
SO
4
. Sifat asam formiat yang kuat dapat juga membuka cincin oksiran untuk menghasilkan senyawa turunan hidroksi-formoksi. Dengan adanya air akan terbentuk
senyawa dihidroksi asam formiat. Proses hidroksilasi asam oleat dengan hidrogen peroksida dan asam formiat pada suhu 40
o
C menggunakan perbandingan H
2
O
2
dan HCOOH 1 : 14 mol, Budi, 2001.
2.2.2. Asam Peroksi Formiat
Asam peroksi formiat merupakan suatu oksidator yang digunakan pada proses epoksidasi minyak-minyak nabati. Asam peroksi formiat merupakan produk yang
diperoleh dengan mereaksikan asam dengan hidrogen peroksida. Asam peroksi formiat pada dasarnya disebut sebagai zat organik yang berasal
dari komponen peroksida dan pada suhu 110
o
C dapat meledak. Untuk mencegah ledakan biasanya dibuat dan disimpan pada keadaan cair. Asam sering digunakan
sebagai oxidizer pada sintesa organik dan sebagai katalis atu resin epoksi awal. Sebagai komponen peroksida organik, asam peroksi formiat dalam mengalami proses
epoksidasi, oksidasi, hidroksilasi dan reduksi. Komponen peroksida organik ini merupakan bahan pengoksidasi yang sangat kuat dalam melepaskan oksigen.
Penggunaannya secara luas berupa katalis, inisiator, dan bahan crosslinking untuk
Universitas Sumatera Utara
proses polimerisasi pada industri pembuatan plastik dan sebagai bahan kimia intermediet, bahan pembantu proses bleaching, drying dan cleaning.
2.2.3. Poliol
Poliol merupakan polimer yang mempunyai komposisi berat, fungsionalitas dan berat molekul yang sangat bervariasi. Berat molekulnya dari 250 – 8000 dan fungsionalitas
hidroksil dari 1-8. Karakteristik-karakteristik penting dari poliol yang berkaitan dengan aplikasi untuk poliuretan adalah fungsionalitas hidroksilnya dan distribusinya,
berat ekuivalen hidroksil, komposisi rantai polimer dan struktur gugus hidroksil. Sifat-sifat spesifik poliol dapat diperoleh dengan sintesa secara langsung atau
pencampuran poliol yang berbeda tipe, reaktivitas, berat molekulnya dan fungsionalitasnya.
Ada dua kelompok poliol yang dapat digunakan dalam pembuatan poliuretan, yaitu polieter poliol dan poliester poliol. Sekitar 90 dari poliol yang digunakn
untuk pembuatan poliuretan adalah polieter poliol dengan gugus hidroksil di ujung. Dominasi ini disebabkan oleh keanekaragaman struktur, biaya, performance produk
dan kemudahan penanganan poliol tersebut Budi, 2001.
2.2.4. Polieter Poliol
Polieter Poliol PEP biasanya merupakan propilen oksida atau etilen oksida kopolimer. PEP dibagi menjadi dua jenis, yaitu yang memiliki berat molekul tinggi,
linear atau bercabang dengan rata-rata fungsionalitas hidroksil 2 – 3 dan berat molekul 1000 – 8000, yang kedua yaitu memiliki berat molekul yang rendah,
bercabang dengan rata-rata fungsionalitas hidroksil 3 – 7 dan berat molekul 250 – 1000. Adapun karateristik dari polieter poliol dapat dilihat pada Tabel 2.2 dibawah ini
:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Karakteristik polieter poliol No Karakteristik
Berat molekul Tinggi Berat molekul Rendah 1
Rantai molekul Lurus
Bercabang 2
Fungsionalitas hidroksil rata-rata 2 - 3
3 – 7 3
Berat Molekul 1000 - 8000
250 – 1000 4
Aplikasi Fleksibel
Rigidkaku Sumber : Budi, 2001
2.2.5. Poliester Poliol PESP
Poliester poliol PESP merupakan senyawa kimia yang memiliki variasi berat molekul, komposisi, reaktivitas dan fungsionalitas hidroksil. Karakteristik yang
umum dari poliester poliol adalah unit ester yang berulang, dimana unit tersebut dapat berupa aromatik dan alifatik dan merupakan terminal primer atau kelompok hidroksil
sekunder. Penggunaan PESP biasanya pada aplikasi poliuretan, tetapi mereka merupakan komponen kondensasi termoplastik polimer atau komponen reaksi
polimer seperti epoksi dan resin poliester tak jenuh. PESP dibagi menjadi dua katagori bila didasarkan pada aromatik dan alifatik
jenuh dan kebanyakan berbentuk linear dan berat molekulnya 2000 – 4000. Digunakan untuk membentuk senyawa dengan tingkat kemurnian tinggi dan biasanya
jenis ini biaya pembuatannya mahal dan sulit ditangani karena memiliki viskositas yang tinggi. Katagori kedua terdiri dari jenis PESP yang memiliki berat molekul
rendah yang didasarkan pada pendayagunaan atau material mentah yang tidak bagus seperti etilen terefalat atau dimetil terefalat bagian dasar distilasi. PESP jenis ini
memiliki kombinasi yang unik dari segi biaya dan karakteristik kelembaman dan dapat menjadi zat atau bahan yang sangat diperlukan pada pembuatan busa kaku,
Budi, 2001.
Universitas Sumatera Utara
2.3. Poliueretan
Poliuetan dihasilkan dengan mereaksikan polyol dan isocianate dengan kehadiran blowing agent dan aditif. Isocianate yang umum digunakan adalah
diphenylmethylene diisocyanates MDI and toluene diisocyanates TDI. Sekarang ini, sumber penghasil poliol adalah bahan berasas minyak bumi. Dengan menurunnya
cadangan minyak bumi, sangatlah penting untuk mencari bahan yang dapat diperbaharui untuk menghasilkan poliol dengan karakteristik yang dapat
dibandingkan dengan karakteristik poliol berasas minyak bumi. Bahan-bahan yang berasal dari minyaklemak dipandang sebagai salah satu bahan alternative dan
memberikan daya tarik tersendiri. Siwayanan et al., 2002 Blowing agent yang biasa digunakan adalah chlorofluorocarbons CFC’s.
Bagaimanapun juga efek racun CFC’s terhadap lapisan ozon telah menyebabkan pencarian terhadap jenis blowing agent yang lain. Sehingga air sebagai sebuah
blowing agent dianggap sebagai jawaban, karena tidak akan memberikan efek terhadap pengrusakan lingkungan dan harganya murah. Blowing agent digunakan
untuk menciptakan gelembung-gelembung gas didalam proses polimerisasi antara polyols dan isocyanate.
Aditif ditambahkan untuk mengontrol dan memodifikasi reaksi poliuretana itu sendiri dan juga sifat akhir polimer. Aditif ini termasuk katalis, chain extenders,
cross-linking agent, surface active materials dan flame retardants. Katalysts
mengontrol pembusaan dan laju curing dan menjadikan pembuatan poliueratan pada laju ekonomis. Katalis yang paling sering digunakan adalah tertiary amines dan
senyawa organometalic compounds. Chain extenderscross-linkers adalah molekul kecil diols atau diamines yang memperpanjang segment rigid dan juga densitas rantai
hydrogen poliuetan . Yang paling sering digunakan adalah diethanolamines DEA,
triethanolamines TEA, aminoethy-lethanolamine dan glycerol. Surfactants memainkan peran yang kompleks dan multifungsi dalam pembentukan PU, seperti
mengontrol ukuran dari sel, struktur dan stabilitas strukturnya. Surfaktan nonionic
Universitas Sumatera Utara
organosilicone-polyether sangat banyak digunakan. Flame retardants adalah additive yang menghalangi ignisani polimer lebih susah dan mengurangi laju pembakarannya.
Yang paling sering digunakan adalah turunan organic halogen, senyawa phosphorous, antimony trioxide dan aluminium trihydrate. Siwayanan et al., 2002
Struktur dan karakteristik PU yang unik umumnya disebabkan karena tiga reaksi penting dari isosianat dengan poliol, isosianat dengan air dan isocianate dengan
amina.
Reaksi 1:
Reaksi 2:
Reaksi 3:
Universitas Sumatera Utara
Reaksi pertama adalah reaksi dasar untuk pembentukan kelompok uretan dan dapat dikatakan sebagai reaksi propogasi rantai. Reaksi kedua adalah pembentukan uretan
polimer. Isosianat bereaksi dengan air untuk membentuk asam karbamik yang tidak stabil yang akan terdekomposisi menjadi amina dan karbon dioksida. Karbon
dioksida yang dihasilkan dijebak didalam jaringan polimer yang menghasilkan pembentukan gelembung-gelembung pada sel, yang akan memberikan busa
poliuretan. Isosianat juga bereaksi dengan amina primer atau sekunder untuk membentuk urea tersubstitusi reaksi 3. Tan and Ahmad, 2001.
Salah satu dari sifat poliuretan yang paling diinginkan adalah kemampuannya membentuk busa. Kemampuan ini membutuhkan pemebentukan gas pada saat yang
sama dengan terjadingya polimerisasi uertan. Gas yang terbentuk dapat berupa karbon dioksida, baik yang dihasilkan dengan merekasikan isosianat dengan air
maupun dengan menambahkan gas atau dihasilkan dengan mendidihkan cairan yang volatil. Reaksinya dapat dilihat dibawah ini.
Gas Karbon dioksida dihasilkan oleh reaksi air dan isosianat
Reaksi menghasilkan karbon dioksida melibatkan air yang direaksikan dengan isosianat untuk membentuk asam karbamat yang tidak stabil pada langkah pertama,
yang selanjutnya terdekomposisi menjadi karbon dioksida dan amina. Amina bereaksi lebih lanjut dengan lebih banyak lagi isosianat untuk membentuk urea tersubstitusi.
Air mempunyai berat molekul yang sangat rendah, sehingga meskipun persen berat air mungkin kecil namun proporsi molar air mungkin tinggi dan banyak jumlah urea
Universitas Sumatera Utara
yang terbentuk. Urea tidak terlalu larut dalam campuran reaksi dan cenderung membentuk fase segmen keras terpisah yang mengandung sebagian besar poliurea.
Konsentrasi dan pengaturan dari poliurea dapat mempunyai dampak yang jelas terhadap sifat busa poliueretan
2.3.1. Poliueratan Termoplastik
Poliueretan termoplastik adalah golongan plastik poliuretan dengan banyak sifat yang berguna, termasuk elastis, transparan, dan tahan terhadap minyak, gemuk dan abrasi.
Secara teknis merupakan elastomer termoplastik yang terdiri dari blok kopolimer linear tersegmentasi yang terdiri dari segmen keras dan lembut. Poliueretan
termoplastik dibentuk dengan reaksi pertama yaitu diisosianat dengan rantai pendek diol disebut chain extenders dan kedua reaksi diisosianat dengan rantai panjang
diol. Secara parktis tidak tidak terbatas kemungkinan untuk kombinasi dengan memvariasikan struktur dan berat molekul dari tiga senyawa reaksi menyebabkan
variasi produk yang sangat banyak dapat terjadi. Resin akhir mengandung rantai polimer linear didalam struktur blok. Rantai
tersebut mengandung segmen polaritas rendah yang agak panjang disebut dengan segmen lembut, dan segmen polaritas tinggi yang pendek disebut dengan segmen
keras. Kedua tipe segmen tersebut dihubungkan bersama dengan ikatan kovalen sehingga membentuk blok kopolimer. Polaritas dari bagian keras menciptakan atraksi
kuat antara mereka yang menyebabkan agregrasi derajat tinggi dan teartur pada fase ini, yang membentuk area cristalin atau psedo kristalin yang berlokasi didalam matrik
lembut dan fleksibel. Hal ini disebut dengan separasi fase antara kedua blok yang dapat dianggap penting atau tidak, tergantung pada polaritas dan berat molekul rantai
fleksibel, kondisi produksi, dll. Area kristalin atau psedo kristalin bersifat sebagai cross-link fisikal yang dihitung sebagai derajat elastisitas tinggi dari termoplastik
poliuretan, dimana rantai fleksibel akan memberikan sifat elongasi kepada polimer. Termoplastik poliuertan mempunyai banyak aplikasi termasuk panel instrumen
Universitas Sumatera Utara
atutomotive, alat-alat daya, alat-alat olahraga, alat-alat kesehatan, sepatu, film, alat- alat eloktronika seperti telepon genggam, dll.
2.3.2. Methylene Diphenyl Diisocyanate MDI
Isosianat yang digunakan untuk menghasilkan poliuretan harus memiliki dua atau lebih gugus isosianat pada masing-masing molekulnya. Isosianat yang umum
digunakan adalah aromatic diisocyantes, toluene diisocyanate TDI and methylene diphenyl diisocyanate MDI.
TDI and MDI lebih murah dan lebih reaktif dibandingkan isosianat yang lain. TDI and MDI dengan grade industri adalah
campuran isomer dan MDI sering mengandung bahan polimerik. MDI dan TID dugunakan untuk membuat busa fleksibel untuk membuat busa slabstock untukk
kasur atau busa untuk kursi mobil, busa rigid untuk busa insulasi untuk lemari pendinginrefrigerator, elastomer untuk tapak sepatu, dll. Isosianat dapat
dimodifikasi dengan meraksikannya sebagian dengan poliol atau mencampurkan dengan beberapa bahan lain untuk mengurangi volatilitas poliuretan meningkatkan
toksisitasnya, mengurangi poin freezing untuk membuat penanganannya lebih mudah atau untuk meningkatkan sifat akhir polimer. Struktur dari isosianat dapat
dilihat pada gambar dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Formula Molekular MDI adalah C
15
H
10
N
2
O
2
, berbentuk padatan berwarna putih atau kuning pucat. MDI mempunyai densitas 1,230 gcm
3
, mempunyai titik leleh pada suhu 30
o
C dan titik didih pada suhu 314
o
C. MDI lebih kurang berbahaya dibandingkan dengan golongan isosianat yang lainnya. Tekanan uapnya yang sangat
rendah mengurangi bahayanya selama penanganan dibandingkan dengan TDI dan HDI. Tetapi sebagaimana layaknya isosianat yang lain, MDI adalah pemicu alergi
dan sensitif.
2.4. Pati Polimer Biodegradable Alami
Polimer biodegradable adalah bidang yang masih baru. Sejumlah polimer biodegradable telah disintesa baru-baru ini dan beberapa mikroorganisme dan enzim
yang mampu untuk menguraikannya telah diidentifikasi. Pada negara yang sedang berkembang, polusi lingkungan oleh polimer sintetik telah menjadi berbahaya.
Sehingga usaha telah dilakukan untuk menyelesaikan masalah ini yaitu memodifikasi struktur polimer yang digunakan setiap hari sehingga dapat diuraikan. Biodegradasi
adalah sebuah proses alami dimana bahan-bahan kimia organik didalam lingkungan diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana, dimineralisasi dan didistribusikan
kembali melalui lingkaran elemen seperti karbon, nitogen dan sulphur. Biodegradasi hanya dapat terjadi didalam biosphere dimana mikroorganisme memainkan peranan
utama didalam proses biodegradasi. Biopolimer adalah polimer yang terbentuk didalam alam selama lingkaran
pertumbuhan semua organisme, sehingga disebut dengan polimer alami. Sintesanya melibatkan katalisa enzim, reaksi pertumbuhan rantai polimerisasi dari monomer
aktif, yang biasanya terbentuk didalam sel oleh proses metabolik kompleks. R Chandra and R. Rustgi, 1998
Untuk aplikasi bahan, perhatian sering ditujukan terhadap polisakarida yaitu selulosa dan pati, tetapi selain itu juga pada polimer karbohidrat komplek yang
dihasilkan oleh bakteria dan fungi, terutama polisakarida seperti xanthan, curdlan,
Universitas Sumatera Utara
pullulan dan asam hyaluronik. Polimer terakhir ini mengandung lebih satu jenis unit karbohidrat, dan pada banyak kasus polimer ini secara teratur diatur struktur
rantainya. Pati adalah kombinasi fisikal dari polimer bercabang amilopektin dan dan linear amilase, tetapi hanya mengandung satu jenis karbohidrat yaitu glukosa.
Salah satu hasil perkebunan yang banyak terdapat di Nanggroe Aceh Darussalam NAD adalah Sagu. Batang sagu merupakan gudang penyimpanan pati
atau karbohidrat, yang lingkup pemanfaatannya dalam industri sangat luas, seperti industri pangan, pakan, alkohol, dan bermacam-macam industri kimia lainnya
Haryanto dan Pangloli, 1992. Pati sagu mengandung sekitar 27 amilosa dan 73
amilopektin Haryanto dan Pangloli, 1992. Untuk lebih meningkatkan nilai ekonomi dari batang sagu, pati sagu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastik
biodegradable. Selulosa dan pati terbentuk dari ratusan ribu unit berulang d-glucopyranoside.
Unit-unit ini dihubungkan bersama-sama oleh ikatan asetal yang terbentuk antara karbon atom hemiasetal, C1 dari struktur siklik glukosa dalam satu unit dan sebuah
gugus hidroksil pada atom C3 untuk selulosa dan amilase atau C6 untuk unit cabang pada amilopektin pada unit yang berdekatan. Jenis struktur ini terjadi karena
didalam larutan aqeous. Glukosa dapat hadir baik didalam bentuk aldehid asiklik maupun hemisetal siklik, dimana bentuk yang terakhir adalah struktur yang
dimasukkan kedalam polisakarida. Bentuk siklik juga dapat hadir sebagai satu dari dua isomer, isomer-a dengan gugus OH aksial pada cincin atau isomer-b dengan
gugus OH equatorial. Pada pati, cincin glucopyranoside hadir dalam bentuk a sementara didalam selulosa unit berulang hadir dalam bentuk b. Karena perbedaan
ini, enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisa setal selama biodegradasi dari masing- masing kedua sakarida ini adalah berbeda dan tidak dapat dipertukarkan. Gambar
Struktur beberapa polisakarida dapat dilihat dibawah ini. R Chandra and R. Rustgi, 1998
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Gambar struktur beberapa polisakarida
Table 2.3 menunjukkan berbagai bentuk granula berbagai jenis pati, sedangkan ringkasan perbedaan antara amilosa dan amilopektin dapat dilihat pada Tabel 2.4
dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Bentuk granula berbagai jenis pati Sumber
pati Diameter
μm Rasio
amilosa amilopektin
Bentuk granula Suhu
gelatinisasi Jagung
3-26 2674
Bulat, poligonal 62-72
Kentang 5-100
2476 Oval, spherical
58-68 Gandum
2-35 2575
Bulat, lencular 58-64
Tapioka 4-35
1783 Oval, truncated
59-69 Beras
3-8 1783
Polygonal,angular 68-78
Sagu 5-65
2575 Oval, truncated
60-72 Ubi Jalar
5-25 1882
Polygonal 58-72
Sumber : Swinkels, 1997 Tabel 2.4. Perbedaan antara amilosa dan amilopektin
Amilosa Amilopektin
Struktur molekul Linier
Bercabang Berat molekul
10
3
– 10 10
6 5
– 10
6
Film Kuat, fleksibel
Kaku Pola difraksi sinar-
X Kristalin
Amorf Pembentukan
kompleks Cepat
Lambat, sukar Sifat larutan
- Konfigurasi - Stabilitas
Teratur Cepat
teretrogradasi Tidak teratur
Lambat teretrogradasi
Sumber : Theresia, 2003
2.5 . Karakteristik Pati
Karakteristik pati tidak hanya dapat dipelajari dari ukuran dan bentuk granula tetapi dapat juga dilihat dari viskositas, faktor retrogradasi dan sifat
gelatinisasinya Schenk dan Hebeda, 1992. Laju retrogradasi dipengaruhi oleh suhu, ukuran, bentuk, dan kepekatan molekul-molekul pati oleh
keberadaan bahan lain Dreher, dkk, 1984. Gelatinisasi mula-mula terjadi pada daerah yang amorf. Perubahan yang
paling mudah diamati selama pemanasan suspensi pati adalah kenaikan kejernihan dan kekentalannya. Kekentalan pasta berlanjut meningkat, karena
Universitas Sumatera Utara
penggelembungan granula lebih lanjut. Kenaikan kekentalan ini akhirnya mencapai puncaknya, yaitu pada suhu yang dikenal dengan suhu pembentukan
pasta. Kekentalan selanjutnya turun, pada saat terjadi perusakan granula yang terjadi karena pengadukan. Akhirnya keseimbangan tercapai antara granula
yang utuh dan pecahan-pecahan granula yang tersebar berupa koloid Haryadi, 1993.
2.6 . Penggunaan Sagu Sebagai Sumber Pati
Tanaman sagu termasuk keluarga Palmae dari genus Metroxylon. Tanaman sagu menyerupai tanaman kelapa dengan ketinggian mencapai 25 m dengan
diameter 70-100 cm. Panjang batang yang dapat dipanen mencapai 8-16 m dengan ciri memiliki kulit batang berwarna coklat dan daun berwarna hijau tua
seperti terlihat pada gambar 2.2.Rahayu dkk., 2000. Batang sagu merupakan gudang penyimpanan pati atau karbohidrat,
yang lingkup pemanfaatannya dalam industri sangat luas, seperti industri pangan, pakan, alkohol, dan bermacam-macam industri kimia lainnya.
Komposisi komponen yang terkandung di dalam pati sagu dapat dilihat pada Tabel 2.5. Secara mikroskopis struktur batang sagu dari arah luar terdiri dari
lapisan sisa-sisa pelepah daun, lapisan kulit luar yang tipis dan berwarna kemerah-merahan, lapisan kulit dalam yang keras dan padat berwarna coklat
kehitam-hitaman, kemudian lapisan serat dan akhirnya empelur yang mengandung pati dan serat-serat Haryanto dan Pangloli, 1992.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Batang dan tepung sagu
Tabel 2.5. Komponen makronutrien pati sagu 100 gram Komponen
Pati Sagu Kalori kal
Protein g Lemak
Karbohidrat Air
Natrium mg Kalsium mg
Besi mg Fosfat mg
Vitamin A SI Vitamin B mg
355,00 0,08
89,00 11,14
5,50 5,81
1,50 0,02
0,01 Sumber : Swinkles, 1997
2.7 . Karakteristik Pati Sagu
Pati sagu biasanya terdapat dalam granula yang berbentuk oval atau bulat telur dan beberapa granula terpotong bagian atasnya. Ukuran granula pati sagu
berkisar antara 50- 60 μ Rahayu dkk, 2000. Granula-granula tersebut bila
dicampur dengan air dingin akan mengalami peristiwa hidrasi reversible, yaitu penyerapan air oleh molekul pati. Tapi bila molekul pati yang dicampur dengan
air dingin kemudian dipanaskan maka akan terjadi gelatinisasi atau
Universitas Sumatera Utara
pembentukan gel hidrasi reversible. Suhu gelatinisasi pati sagu adalah 60- 72
o
Pati sagu mengandung sekitar 27 amilosa dan 73 amilopektin. Rasio amilosa dan amilopektin akan mempengaruhi sifat pati. Apabila kadar amilosa
tinggi maka pati akan bersifat kering, kurang lekat dan cenderung meresap air lebih banyak dan bersifat lebih higroskopis Haryanto dan Pangloli, 1992.
C Rahayu dkk, 2000.
2.8. Pati sebagai Biofilm
Pati adalah polimer yang berasal dari tanaman. Tumbuhan-tumbuhan utama yang diproduksi menjadi pati adalah jagung, kentang, nasi dan sagu. Dalam semua
tumbuhan ini, pati diproduksi didalam bentuk granul butiran, yang bervariasi ukuran dan komposisinya dari tanaman ke tanaman. Secara umum, polimer linear,
amilase membuat sekitar 20 berat granul, dan polimer bercabang amilopektin adalah sisanya. Amilase adalah kristalin dan dapat mempunyai berat molekular rata-
rata sehingga 500.000, tetapi dapat larut dalam air mendidih. Amilopketin tidak larut dalam air mendidih, tetapi didalam penggunaannya didalam makanan, kedua jenis ini
mudah dihirolisa pada jalur asetal oleh enzim. Jalur 1,4 didalam kedua komponen pati ini diserang oleh amilase dan jalur 1,6 didalam amilopketin diserang oleh
glukosidase. Pati telah digunakan sebagai bahan baku pembuatan film dikarenakan harga
yang meningkat dan penurunan tersedianya resin pembentukan film konvensional. Film dari pati memiliki permebilitas yang rendah sehingga menarik digunakan
sebagai pengemas makanan. Penelitian pada pati termasuk investigasi terhadap kapasitas adsorptif, modifikasi kimia dari molekul, perilakunya dibawah agitasi dan
suhu tinggi dan ketahannya terhadap gesekan termomekanikal. Meskipun pati adalah polimer, kestabilannya dibawah tekanan tidak tinggi. Pada suhu diatas 150
o
C, rantai glukosida mulai pecah dan diatas 250
o
C butir pati secara endotermal runtuh. Pada suhu rendah, sebuah fenomena yang dikenal sebagai retrogradasi teramati. Ini adalah
pengorganisasian kembali ikatan-ikatan hidrogen dan pelurusan rantai molekular
Universitas Sumatera Utara
selama pendinginan. Pada kasus ekstrim dibawah 10
o
Dalam aplikasinya didalam plastik biodegradable, pati dicampurkan dengan butiran alaminya yang dijaga tetap utuh, atau dilelehkan dan dicampur didalam
sebuah level molekular dengan polimer yang sesuai. Didalam kedua bentuk tersebut, fraksi pati didalam campuran yang dapat diakses oleh enzim, dapat didegradasi
dengan amilase atau glukosidasae. Molekul pati mempunyai dua gugus fungsional penting, gugus OH yang mudah mengalami reaksi-reaksi pengganti dan ikatan C-O-C
yang mudah mengalami rantai terpecah. Gugus Hidroksil dari glukosa mempunyai karakter nukleofilik. Dengan reaksi gugus OH nya, modifikasi dari beberapa sifat
dapat diperoleh. Crosslinking atau bridging gugus OH merubah struktur kedalam sebuah jaringan sehingga akan meningkatkan viskositas, mengurangi daya
penyimpanan air dan meningkatkan tahanan terhadap geseran termo mekanikal. C, pengendapan diamati. Jadi,
meskipun pati dapat di dispersikan kedalam air panas dan dicetak sebagai film, fenomena diatas menyebabkan kerapuhan didalam film. R Chandra and R. Rustgi,
1998
Pati acetilated mempunyai beberapa keuntungan sebagai fiber struktural atau polimer pembentukan film dibandingkan dengan pati alami. Asetilasi pati adalah
reaksi yang sangat dikenal dan sangat mudah disintesa. Pati asetat lebih hidrophobic daripada pati dan telah ditunjukkan mempunyai tahanan terhadap sifat tensile yang
lebih baik didalam keadaan aqueous. Keuntungan yang lain adalah pati asetat mempunyai solubilitas yang lebih baik dibandingkan dengan pati dan sangat mudah
untuk dicetak menjadi film dari solven yang sederhana. Pati asetat disiapkan dengan asetilasi pati dengan piridinasetat anhidrida dan dicetak menjadi film dari larutan
90 asam format. Film ini dapat digunakan untuk membran didalam bioreaktor yang kemudian dapat didegradasi dengan penambahan enzim kedalam sistem.
Pati telah digunakan selama bertahun-tahun sebagai aditif untuk plastik dengan berbagai macam tujuan. Pati ditambahkan sebagai filler kepada berbagai
macam sistem resin untuk membuat film yang kedap air tetapi tidak kedap uap air. Pati sebagai filler biodegradable didalam LDPE telah dicoba. Polyetilen film yang
Universitas Sumatera Utara
diisi dengan pati menjadi berpori setelah ekstraksi pati. Film yang berpori ini dapat langsung diserbu oleh mikroorganisme dan dengan cepat jenuh dengan oksigen,
sehingga meningkatkan degradasi polimer dengan cara biologi dan oksidasi. Kemungkinan mengkombinasikan pati secara kimia atau produk turunan pati
dengan resin komersial dimana pati akan bertindak sebagai filler dan agen cross linking mungkin memberikan pendekatan yang layak untuk menggabungkan pati
kedalam plastik. Dikarenakan isosianat sangatlah reaktif dengan gugus hidroksil, isosianat dapat digunakan untuk mempersiapkan sejumlah resin reaktif yang akan ber
cross link dengan pati. Penambahan pati kepada resin isosianat akan mengurangi biaya dan meningkatkan tahanan pelarut dan memperbaiki sifat-sifatnya. Pati dapat
dimodifikasi dengan gugus non polar, seperti asam lemak ester, sebelum reaksi isosianat untuk meningkatkan derajat kereaktifitasnya. Sebuah metode dikembangkan
untuk memasukkan pati sebagai filler dan agen crosslinking didalam poliester termodifikasi diisosianat untuk menghasilkan elastomer. Disamping itu pati dapat
ditambahkan kedalam sistem uretan untuk menghasilkan foam penyerap. Metode- metode itu menunjukkan bahwa produk pati menyebabkan foam menjadi lebih tahan
api dan mudah diserang oleh mikroorganisme tanah. R Chandra and R. Rustgi, 1998
2.9 . Polimerisasi
Polimerisasi yaitu pembentukan polimer dari monomer-monomernya yang ditentukan oleh jumlah ikatan yang dibentuk monomer pada reaksi, kinetika
reaksi mekanisme rantai atau bertahap, reaksi kimia pembentukan ikatan baru, jumlah dan macam monomer homopolomer, kopolimer. Polimerisasi
bertahap lebih pelan, mudah dikontrol seperti pati kondensasi, melalui pembentukan gel Hartomo, dkk, 1992.
Polimer hasil pertanian mempunyai sifat termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak menjadi film kemasan.
Kemampuan suatu bahan dasar dalam pembentukan film dapat dijelaskan melalui fenomena fase transisi gelas. Pada fase tertentu diantara fase cair
Universitas Sumatera Utara
dengan padat, masa dapat dicetak atau dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu pada suhu dan kondisi lingkungan yang tertentu. Fase transisi gelas biasanya
terjadi pada bahan berupa polimer. Sedangkan suhu dimana fase transisi gelas terjadi disebut sebagai titik fase gelas glassy point. Pada suhu tersebut bahan
padat dapat dicetak menjadi suatu bentuk yang dapat dikehendaki seperti film kemasan Latief, 2001.
Sifat fisik polimer ditentukan oleh struktur kimianya. Gerakan rantai polimer bergantung pada kemampuan berotasi disekitar rantai utama, yang
ditentukan oleh fleksibilitas dan interaksi rantai. Rantai utama yang terdiri dari ikatan tunggal jenuh sangat mudah bergerak sehingga memiliki Tg yang
rendah. Kristanilitas juga berpengaruh besar terhadap sifat-sifat fisik dan mekanik polimer. Derajat kristanilitas menunjukkan besarnya daerah kristalin
pada suatu polimer. Semakin besar derajat kristal polimer maka sifat mekanik polimer akan bertambah Mulyati, 2002.
2.10. Plasticizer
Plasticizer adalah bahan yang mempunyai titik didih yang tinggi dan biasa
digunakan sebagai bahan di dalam pembuatan pernis dan plastik tertentu. Plasticizer
bersifat tidak menguap akan tetapi hanya menjaga fleksibilitas dan daya rekat dari selulosa film dari pernis atau fleksibilitas lembar plastik dan
film David, 1982.
Plasticizer adalah cairan kadang-kadang padatan yang mempunyai
titik didih yang ketika dicampur dengan suatu polimer memberikan material suatu sifat yang lebih lembut dan lebih fleksibel Kumar dan Gupta, 1998.
Plasticizer berfungsi pada polimer polar untuk mengurangi ikatan hidrogen.
Dalam seluruh polimer, plasticizer memaksa rantai untuk berpisah, memberikan kemampuan berpindah yang lebih besar terhadap polimer dan juga
untuk mengurangi kekuatan van der walls rantai-rantai. Plastisasi dapat mengurangi interaksi antar polimer, dengan demikian mengurangi kekuatan
Universitas Sumatera Utara
dari struktur dimensi polimer dan mengalami perubahan bentuk tanpa pemutusan Ritchie, dkk, 1972.
Keberhasilan suatu proses pembuatan film kemasan plastik biodegradable dapat dilihat dari karakteristik film yang dihasilkan. Karakteristik film yang
dapat diuji adalah karakteristik mekanik, permeabilitas dan daya adsorbsi. Karakteristik mekanik suatu film terdiri dari : kuat tarik tensile strength, kuat
tusuk puncture strength, persen pemanjangan elongasion to break dan elastisitas elasticyoung modulus. Parameter-parameter tersebut dapat
menjelaskan bagaimana karakteristik mekanik dari bahan film yang berkaitan dengan stuktur kimianya Latief, 2001.
2.11. Sorbitol
Sorbitol merupakan pemanis alami yang manisnya hanya setengah kali manis gula tebu. Dikenal sebagai D-sorbitol, D-glucitol dan nama-nama lain sebagai
merek dagang. Rumus molekulnya C
6
H
14
O
6
Sorbitol mempunyai titik didih 110–120 dengan berat molekul 182,17.
Sorbitol mudah larut dalam air hingga 83,5 dan juga larut dalam alkohol dingin. Sorbitol selain dipakai sebagai bahan pemanis, juga dipakai sebagai pelemas
plastik dan humektanpengatur kelembaban.
o
C Hart, 1990. Kristal sorbitol mengandung ½ atau 1 molekul H
2
O. Kandungan kalori pangan sorbitol adalah 3,994 kalmg. Kristal sorbitol meleleh pada suhu sedikit dibawah 100
o
C, mudah larut dalam air sampai 83, dapat juga larut dalam alkohol panas dan
sedikit larut dalam alkohol dingin, juga larut dalam methanol, isopropanol, butanol, sikloheksanol, fenol, aseton, asam asetat, dimetilformida, pirin dan
asetanida. Praktis tidak larut dalm solven pelarut organik yang lain Sudarmadji, 1989.
Universitas Sumatera Utara
CH
2
- CH - CH - CH - CH - CH
2
OH OH OH OH OH OH
-
Gambar 2.4. Struktur Sorbitol
2.12. Gliserol
Gliserol merupakan polialkohol yang diperoleh sebagai hasil samping pembuatan sabun. Gliserol merupakan cairan kental tidak berwarna, bersifat
higroskopis, berasa manis dan larut dalam air dalam segala perbandingan. Menurut Yilmaz, dkk 1998, gliserol adalah plasticizer yang paling biasa
digunakan untuk pembuatan pati termoplastik. Hart 1990, juga menyebutkan bahwa gliserol mempunyai titik didih 290ºC.
Gliserol mempunyai sifat sebagai penghilang warna dan aroma yang tidak dikehendaki, sebagai pemanis, meningkatkan tekstur menjadi lebih baik,
dan sebagai humektan Bender, 1975. Menurut Peraturan Departemen Kesehatan No.722 MENKES PER
IX88, gliserol termasuk dalam bahan tambahan makanan yang diizinkan penggunaannya. Sebagai humektan, gliserol berfungsi untuk menyerap uap air
yang ada di udara sehingga dapat mempertahankan kadar air di dalam makanan Anonim, 2000.
CH
2
– CH – CH
2
OH OH OH
-
Gambar 2.5. Struktur Gliserol
Universitas Sumatera Utara
2.13. Nisbah Pati dengan Air
Konsentrasi pati terhadap air akan mempengaruhi kekentalan larutan pembentuk lapisan plastik dan ketebalan dari film yang terbentuk Paetau, dkk,
1994. Semakin kental larutan pati semakin tebal lapisan film yang terbentuk. Semakin tebal lapisan yang terbentuk menghasilkan lebih banyak gugus
hidrofilik yang sangat mudah untuk berinteraksi dengan air Mali, 2004. Air merupakan faktor yang penting bagi polimer film berbasiskan pati.
Air juga dapat berfungsi sebagai plasticizer yang efektif pada pati. Material dengan kandungan air lebih tinggi mampu mengkristal lebih cepat
dibandingkan material yang secara keseluruhan mengandung plasticizer yang lebih tinggi Mali, dkk, 2004.
- 2.14.
Cross-link Ikatan Silang
Cross-link adalah sebuah ikatan yang menghubungkan rantai satu polimer dengan
polimer yang lain. Ikatan tersebut dapat berupa ikatan kovalen dan ikatan ionik. Rantai polimer dapat berupa polimer sintetik atau polimer alami. Ketika terminologi
cross-link digunakan didalam bidang ilmu polimer sintetis, hal ini biasanya mengarah kepada penggunaan cross-link untuk mempromosikan perbedaan sifat fisik polimer.
Ketika cross-link digunakan didalam bidang biologi maka hal ini mengarah kepada penggunaan pemeriksaan untuk menghubungkan protein bersama untuk memeriksa
interaksi protein-protein, sebagaimana juga metodologi cross-linking yang lainnya. Ketika cross-link ditambahkan kedalam molekul panjang karet, maka
fleksibilitasnya akan menurun, kekuatan dan titik leleh melting point akan meningkat. Ketika rantai polimer dihubungkan bersama oleh cross-link, mereka akan
kehilangan sebagian dari kemampuannya untuk bergerak sebagaimana rantai polimer individual. Sebagai contoh, sebuah cairan polimer dimana rantainya mengalir bebas
dapat dirubah menjadi sebuah padatan atau gel oleh cross-linking rantai bersamaan.
Universitas Sumatera Utara
Didalam kimia polimer, ketika sebuah sintetik polimer harus di cross-linking, biasanya hal ini berarti bahwa keseluruhan polimer telah terbuka terhadap metodologi
cross-linking . Hasil modifikasi sifat mekanis tergantung pada densitas cross-link.
Densitas cross-link yang rendah menurunkan viskoasitas dari leelhan polimer. Densitas intermediet cross-link merubah polimer getah menjadi bahan-bahan yang
mempunyai sifat elastomerik dan mempunyai kuat tarik yang tinggi. Densitas cross- link
yang sangat tinggi dapat menyebabkan bahan-bahan menjadi sangat rigid atau glassy seperti bahan phenol-formaldehid
http:en.wikipedia.orgwikiCross-link. Cross-link
dapat terbentuk dengan reaksi kimia yang dapat diinisiasi dengan panas, tekanan, perubahan pH atau radiasi. Sebagai contoh, pencampuran resin yang
tidak terpolimerisasi ataupun yang sebagian terpolimerisasi dengan bahan kimia yang spesifik yang disebut dengan reagen crosslinking menghasilkan reaksi kimia yang
membentuk cross-link. Cross-linking juga dapat disebabkan didalam bahan-bahan yang termoplastik melalui pencahayaan terhadap sebuah sumber radiasi, seperti
elektron-beam, radiasi gamma, atau sinar UV. Sebagai contoh pemrosesan elektron digunakan untuk cross-link tipe C dari cross-linked poliuretan.
Cross-link adalah karakteristik sifat bahan-bahan termoplastik. Dalam
sebagian besar kasus, cross-lingking adalah tidak dapat balik irreversibel dan bahan termosetting yang dihasilkan akan terdegradasi atau terbakar jika dipanaskan tampa
meleleh. Terutama jika bahannya adalah plastik komersial, ketika sebuah bahan terjadi cross-link, produk menjadi sangat keras atau tidak dapat direcycle. Didalam
beberapa kasus, meskipun ikatan cross-link sangat berbeda secara kimia, dari ikatan pembentuk polimer prosesnya dapat balik reversibel.
Kovalen kimia cross-link yang stabil secara mekanis dan termal, jadi setelah terbentuk sulit untuk terpecah. Oleh karena itu, produk cross-linked seperti ban mobil
tidak dapat didaur ulang dengan mudah. Sebuah kelas polimer yang dikenal sebagai elastomer termoplastik mengandalkan fisik cross-link dalam mikro struktur mereka
untuk mencapai stabilitas, dan secara luas digunakan dalam aplikasi non-ban, seperti
Universitas Sumatera Utara
trek mobil salju, dan kateter untuk penggunaan medis. Mereka menawarkan berbagai jauh lebih luas daripada sifat cross-linked elastomer konvensional karena domain
yang bertindak sebagai cross-link yang reversibel, sehingga dapat direformasi oleh panas. Domain menstabilkan mungkin non-kristalin seperti dalam stirena-butadiena
kopolimer blok atau kristal seperti Kopoliester termoplastik Polimer sintetis cross-link memiliki banyak kegunaan, termasuk dalam ilmu
biologi, seperti aplikasi dalam membentuk gel polyacrylamide untuk gel elektroforesis. Karet sintetis yang digunakan untuk ban dibuat dengan cross-link karet
melalui proses vulkanisasi. Juga sebagian artikel karet cross-linked untuk membuat mereka lebih elastis. Kayak Hard-shell juga sering dibuat dengan polimer silang.
Cross-link sering diukur dengan percobaan swelling. Sampel cross-link
ditempatkan dalam pelarut yang baik pada suhu tertentu, dan perubahan massa atau perubahan volume yang akan diukur. Semakin banyak cross-link, semakin sedikit
swelling yang diperoleh . Berdasarkan derajat swelling, Parameter Interaksi Flory
yang menghubungkan interaksi pelarut dengan sampel, dan densitas pelarut, tingkat teoritis cross-link dapat dihitung menurut Teori Flory Jaringan. Dua standar ASTM
adalah umum digunakan untuk menggambarkan tingkat cross-link dalam termoplastik. Dalam ASTM D2765, sampel ditimbang, kemudian ditempatkan dalam
pelarut selama 24 jam, ditimbang lagi sementara bengkak, kemudian dikeringkan dan ditimbang berat akhir. Derajat swelling dan bagian terlarut dapat dihitung. Dalam
standar ASTM lain F2214, sampel ditempatkan dalam instrumen yang mengukur perubahan tinggi dalam sampel, yang memungkinkan pengguna untuk mengukur
perubahan volume. Densitas cross-link
kemudian dapat dihitung http:en.wikipedia.orgwikiCross-link.
2.15. Plastik
Plastik adalah polimer rantai panjang dari atom yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang atau monomer. Istilah plastik
mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik, namun ada beberapa
Universitas Sumatera Utara
polimer alami yang termasuk plastik. Plastik terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa
atau nilai ekonomi. Plastik merupakan material yang secara luas dikembangkan dan digunakan sejak abad ke 20 yang berkembang secara luar biasa penggunaannya dari
hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 220 juta tontahun pada tahun 2005. Berikut adalah pengelompokan plastik yaitu plastik konvensional dan plastik
biodegradabel.
2.15.1. Plastik Konvensional
Ratusan juta ton plastik yang digunakan di bumi ini, maka ratusan juta ton juga sampah plastik yang dihasilkan dan menjadi polutan utama dunia. Karena bahan
dasar plastik adalah phthalate ester, diethylhexyl phthalate DEHP yang bersifat stabil, sukar diuraikan oleh mikroorganisme sehingga kita terus-menerus memerlukan
area untuk pembuangan sampah. Makanan yang dikemas dalam bungkus plastik, terdapat migrasi zat-zat monomer dari bahan plastik ke dalam makanan, terutama jika
makanan tersebut tidak cocok dengan kemasan atau wadah penyimpannya. Migrasi monomer terjadi karena dipengaruhi oleh suhu makanan atau penyimpanannya
Koswara S, 2006. Plastik mudah terbakar, ancaman terjadinya kebakaran pun semakin
meningkat. Asap hasil pembakaran bahan plastik sangat berbahaya karena mengandung gas-gas beracun seperti hidrogen sianida HCN dan karbon monoksida
CO. Hidrogen sianida berasal dari polimer berbahan dasar akrilonitril, sedangkan karbon monoksida terjadi saat hasil pembakaran tidak sempurna. Hal inilah yang
menyebabkan sampah plastik sebagai salah satu penyebab pencemaran udara dan dalam waktu yang panjang dapat mengakibatkan efek berupa pemanasan global pada
atmosfer bumi. Sampah plastik yang berada dalam tanah yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme menyebabkan mineral-mineral dalam tanah baik organik
maupun anorganik semakin berkurang, hal ini menyebabkan jarangnya cacing dan mikoorganisme tanah yang hidup pada area tanah tersebut, dikarenakan sulitnya
Universitas Sumatera Utara
untuk memperoleh makanan dan berlindung. Selain itu kadar O
2
Film dari campuran pati dan plasticizer dapat digunakan sebagai kemasan, namun harus memenuhi standar sifat mekanik tertentu. Umumnya kemasan komersil
yang digunakan yaitu plastik dari polietilen. Kemasan berbahan pati harus memiliki kesamaan sifat mekanik untuk dapat menggantikan polietilen sebagai polimer
sintetik. Sifat fisik dan mekanik dari polietilen berdasarkan ASTM D638 diperlihatkan pada Tabel 2.6 berikut.
dalam tanah semakin sedikit, sehingga mikroorganisme tanah sulit untuk bernafas dan akhirnya
mati. Ini berdampak langsung pada tumbuhan yang hidup pada area tersebut. Tumbuhan membutuhkan mikroorganisme tanah sebagai perantara dalam
kelangsungan hidupnya Ahmann D Dorgan JR, 2007.
Tabel 2.6. Sifat fisik dan mekanik dari polietilen Sifat Mekanik
LDPE HDPE
Film Pati Kulit Singkong
Film Pati Sorgum
Tensile strength MPa
10 10-40
0,406 6,9711
Elongation 620
500 1,27
16,48 Sumber : Dayanti, 2006
2.15.2 . Plastik Biodegradabel
Plastik biodegradabel adalah pastik yang dapat digunakan layaknya seperti plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas mikroorganisme
menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah habis terpakai dan dibuang ke lingkungan. Karena sifatnya yang dapat kembali ke alam, maka
plastik biodegradable merupakan bahan plastik yang ramah terhadap lingkungan Theresia, 2003.
Budiman 2003, menjelaskan bahwa biodegradabel berarti proses pengomposan composting. Polimer biodegradabel adalah molekul-molekul
besar macromolecules yang dapat dihancurkan atau diuraikan oleh
Universitas Sumatera Utara
mikroorganisme, khususnya bakteri dan jamur. Polimer-polimer yang mampu dikomposkan compostable harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu
mengandu-ng salah satu dari jenis ikatan asetal, amida atau ester, memiliki berat molekul dan kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas tinggi.
Senyawa utama yang dimanfaatkan untuk mendapatkan plastik biodegradabel adalah karbohidrat selulosa dan pati dan protein. Saat ini
keberadaan beras dan ubi kayu di Indonesia termasuk di Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam masih diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan pangan
nasional, maka penggunaan pati sagu diharapkan dapat menjadi alternatif potensial untuk menjadi sumber bahan baku plastik biodegradabel di Indonesia.
Sebenarnya pohon sagu lebih produktif dibandingkan padi, dimana dapat menghasilkan pati 4 kali lebih banyak Tony dan Whitten,1996.
Plastik biodegradabel berbahan dasar tepung dapat didegradasi oleh bakteri pseudomonas
dan bacillus dengan memutus rantai polimer menjadi monomer- monomernya. Senyawa-senyawa hasil degradasi polimer selain menghasilkan karbon
dioksida dan air, juga menghasilkan senyawa organik lain yaitu asam organik dan aldehid yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Plastik berbahan dasar tepung aman
bagi lingkungan. Sebagai perbandingan, plastik tradisional membutuhkan waktu sekitar 50 tahun agar dapat terdekomposisi alam, sementara plastik biodegradabel
dapat terdekomposisi 10 hingga 20 kali lebih cepat Frinault, 1997. Hasil degradasi plastik ini dapat digunakan sebagai pakan ternak atau sebagai
pupuk kompos. Plastik biodegradabel yang terbakar tidak menghasilkan senyawa kimia berbahaya. Kualitas tanah akan meningkat dengan adanya plastik
biodegradabel, karena hasil penguraian mikroorganisme dapat meningkatkan unsur hara dalam tanah. Sampai saat ini masih diteliti berapa cepat atau berapa banyak
polimer biodegradabel ini dapat --diuraikan alam. Disamping itu, penambahan tepung pada pembuatan polimer biodegradabel menambah biaya pembuatan plastik.
Namun, ini menjadi potensi yang besar di Indonesia karena terdapat berbagai tanaman penghasil tepung seperti singkong, beras, kentang dan tanaman lainnya,
Universitas Sumatera Utara
apalagi harga umbi-umbian di Indonesia relatif rendah. Dengan memanfaatkan sebagai bahan plastik biodegradabel, akan memberi nilai tambah ekonomi yang
tinggi. Penelitian lebih lanjut sangat diperlukan, karena ada kemungkinan kelak Indonesia menjadi produsen terbesar plastik biodegradabel di dunia.
Jerman, India, Australia, Jepang dan Amerika adalah negara yang paling intensif mengembangkan riset plastik biodegradabel dan mempromosikan
penggunaannya menggantikan plastik konvensional. Produk industri berbahan dasar plastik mulai menggunakan bahan biodegradabel. Fujitsu, perusahaan komputer besar
di Jepang telah menggunakan plastik biodegradabel ini pada semua casing produknya Isobe, 1999.
Komonitas internasional sepakat, penggunaan bahan polimer sintetis yang ramah lingkungan harus terus ditingkatkan. Sementara itu penggunaan di Indonesia
masih jauh panggang dari api. Padahal sudah jelas potensi bahan baku pembuatan plastik biodegradabel sangat besar di Indonesia. Oleh kerana itu perlu dukungan dari
semua pihak terutama pemerintah selaku regulator, industri kimia dan proses, serta kerja sama seluruh masyarakat untuk mendukung penerapan plastik biodegradabel
menggantikan plastik konvensional.
2.16 . Termoplastik
Termoplastik membutuhkan panas untuk membuat nya menjadi dapat terbentuk dan setelah pendinginan akan berubah kembali kepada bentuk semula. Bahan-bahan ini
dapat dipanaskan ulang dan membentuk bentuk baru beberapa kali tampa adanya perubahan yang berarti pada sifatnya. Perilaku ini adalah akibat ketidakhadiran
crosslink kimia pada polimer ini, bahkan setelah dilelehkan. Sebagai contoh thermoplatik adalah poliethilena, polipropilena, polimethil metacrilat, polikarbonat,
dll. Thermoplastik dapat selanjutnya dibagi menjadi amorphous, kristalin, atau semi- kristalin berdasarkan dari packing molecularnya atau strukturnya.
Universitas Sumatera Utara
2.16.2 . Amorphous
Dalam struktur amorphous, rantai molekular tidak mempunyai urutan dan berbelit secara acak, kusut dan bergulung antara rantai polimer. Jika tidak ada pengisi atau
pigmen warna hadir maka palstik amorphous dapat diidentifikasi karena transparan. Kehadiran kelompok anting-anting besar seperti polistirena, polimetil metaklirat atau
kelompok aromatik kaku kedalam rantai utama seperti polikarbonat atau bahkan - amorphos nilon khusus akan mengarah kepada amorphous atau packing acak. Plastik
ini umumnya memiliki tahanan kimia yang rendah dan performance suhu elevated yang rendah, meskipun mereka lebih kaku dan kuat. Hal yang terakhir disebutkan
keran rantai yang lebih kaku dan tergantung pada bentuk dari unit berulangnya.
2.16.3 . Kristalin dan semi Kristalin
Dalam struktur kristalin, molekul-molekul sangat teratur strukturnya atau rantai- rantainya terbentuk dengan biasa. Rantai polimer tersusun maju mundur yang
menhasilkan daerah kristalin yang sangat teratur. Sehingga, polimer yang memiliki daerah mikrokristalin mempunyai densitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan
bentuk bahan yang sama yang keseluruhannya amorphous. Pada suhu pembentukan, struktur kristalin menjadi amorphous dan kemudian mengkristalisasi kembali ketika
menjadi dingin. Sebagai contoh adalah high densitas poliethilena, nilon, floroplastik atau polipropilena.
Dalam pencampuran polimer, ketika polimer mengkristalisasi, hal ini menyebabkan tambahan fasa yang lain kepada sistem. Jika kedua polimer didalam
campuran mengkristal, maka terbentuk dua fasa kristalin yang berbeda yang mempengaruhi antar muka dan sifat praktikalnya. Dalam kasus ini, situasi menjadi
lebih rumit: disini efek shear dan tekanan mungkin merubah laju kristalisasi, mungkin memodifikasi mekanisme nukleasi dan mungkin merubah jenis kristal .
Semi kristalin platik mengandung daerah kristalin yang dikelilingi oleh area non kristalin amorphous. Rantai polimer mungkin melewati beberapa area amorphous
dan kristalin.- Daya pencampuran campuran polimer amorphous dan semi kristalin
Universitas Sumatera Utara
terbatas pada fase meleleh dan amorphous. Pada pendinginan, polimer semi kristalin sebagain memisah dan mengkristal.
2.17. Karakteristik Kemasan Plastik
Plastik merupakan suatu polimer yang ringan dan kedap air yang banyak digunakan untuk keperluan sehari-hari, seperti pembungkus makanan, alas
makanan dan minuman, untuk keperluan sekolah, kantor dan sebagainya. Hal ini dikarenakan plastik memiliki sifat unggul seperti ringan tetapi kuat,
transparan, tahan air serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh semua kalangan masyarakat. Namun, plastik yang beredar di pasaran saat ini
merupakan polimer sintetik yang terbuat dari minyak bumi yang sulit untuk
terurai di alam. Keberhasilan suatu proses pembuatan film kemasan plastik
biodegradable dapat dilihat dari karakteristik film yang dihasilkan. Karakteristik
film yang dapat diuji adalah karakteristik mekanik dan nilai biodegradabilitasnya. Adapun pengertian masing-masing karakteristik tersebut adalah :
2.17.1 . Karakteristik Mekanik
Karakteristik mekanik suatu film kemasan terdiri dari : kuat tarik tensile strength, kuat tusuk puncture strength, persen pemanjangan elongation to break dan
elastisitas elasticyoung modulus. Parameter-parameter tersebut dapat menjelaskan bagaimana karakteristik mekanik dari bahan film yang berkaitan dengan struktur k-
imianya. Selain itu, juga menunjukkan indikasi integrasi film pada kondisi tekanan stress yang terjadi selama proses pembentukan film. Kuat tarik adalah gaya tarik
maksimum yang dapat ditahan oleh film selama pengukuran berlangsung. Kuat tarik dipengaruhi oleh bahan pemlastik yang ditambahkan dalam proses pembuatan film.
Sedangkan kuat tusuk menggambarkan tusukan maksimum yang dapat ditahan oleh film. Film dengan struktur yang kaku akan menghasilkan nilai kuat tusuk yang tinggi
atau tahan terhadap tusukan. Adapun persen pemanjangan merupakan perubahan panjang maksimum film sebelum terputus. Berlawanan dengan itu, adalah elastisitas
Universitas Sumatera Utara
akan semakin menurun jika seiring dengan meningkatnya jumlah bahan pemlastis dalam film. Elastisitas merupakan ukuran dari kekuatan film yang dihasilkan.
2.17.2 . Biodegradabilitas
Alasan utama membuat kemasan plastik berbahan dasar bioplimer adalah sifat alamiahnya yang dapat hancur atau terdegradasi dengan mudah. Umumnya setelah
sampah kemasan dibuang ke tanah, akan mengalami proses penghancuran alami baik melalui proses fotodegradasi cahaya matahari, katalisa, degradasi kimiawi air,
oksigen, biodegradasi bakteri, jamur, alga, enzim atau degradasi mekanik angin, abrasi. Proses-proses tersebut dapat berlangsung secara tunggal maupun kombinasi.
Beberapa faktor yang mempengaruhi tingkat biodegradabilitas kemasan setelah kontak dengan mikroorganisme, yaitu : sifat hidrofobik, bahan aditif, proses produksi,
struktur polimer, morfologi dan berat molekul bahan kemasan. Proses terjadinya biodegradasi film kemasan pada lingkungan alam dimulai
dengan tahap degradasi kimia yaitu dengan proses oksidasi molekul, menghasilkan polimer dengan berat molekul yang rendah. Proses berikutnya secondary process
adalah serangan mikroorganisme bakteri, jamur dan alga dan aktivitas enzim intracellular, extracellular. Contoh mikroorganisme diantaranya bakteri phototrop
Rhodospirillium, Rhodopseudomonas, Chromatium, Thiocystis, pembentuk endospora Bacillus, Clostridium, gram negatif aerob Pseudomonas, Zoogloa,
Azotobacter, Rhizobium , Actynomycetes, Alcaligenes. Umumnya kecepatan
degradasi pada lingkungan limbah cair anaerob lebih besar dari pada limbah cair aerob, kemudian dalam tanah dan air laut.
2.18. Pengembangan Teknologi Kemasan Plastik Biodegradable
Upaya pengembangan teknologi kemasan plastik biodegrdable dewasa ini berkembang sangat pesat. Berbagai riset telah dilakukan di negara maju Jerman,
Prancis, Jepang, Korea, Amerika Serikat, Inggris dan Swiss ditujukan untuk menggali berbagai potensi bahan baku biopolimer. Di Jerman pengembangan untuk
Universitas Sumatera Utara
mendapatkan polimer biodegradable pada polyhydroxybutiyrat PHB, Jepang chitin dari kulit Crustaceae, zein dari jagung, pullulan. Aktivitas penelitian lain yang
dilakukan adalah bagaimana mendapatkan kemasan thermoplastik degradable yang mempunyai masa pakai yang relatif lebih lama dengan harga yang lebih murah.
Pengembangan lain yang sangat penting adalah perbaikan sifat-sifat fisik dan penggunaan bahan pemlastis.
Penggunaan kemasan plastik biodegradable misalnya sebagai botol sampo, dari bahan PHBV produksi Wella AG dan ICI dengan harga Rp.75.000kg tahun
1995, bahan celluloseacetat untuk barang-barang cetakan, harga Rp.25.000kg, campuran chitosan dengan cellulosa di Jepang sebagai pelindung terhadap oksigen,
harga Rp.15.000kg dan pullulan di Jepang sebagai kemasan pangan beku mentega, keju dengan harga Rp.60.000 sampai Rp.70.000kg. Kemasan plastik biodegradable
ini penggunaannya masih terbatas pada produk farmasi, kosmetik dan container Yamada, 1995.
Kendala utama yang dihadapi dalam pemasaran kemasan ini adalah harganya yang relatif tinggi dibandingkan film kemasan polyethylene PE. Sebagai
perbandingan untuk PHBV sekitar US 8 – 10lb, sedangkan untuk film PE hanya US 0.30 – 0.45lb. Biaya produksi yang tinggi berasal dari komponen bahan baku
sumber karbon, proses -fermentasi isolasi dan purifikasi polimer dan investasi modal. Upaya untuk menekan harga tersebut adalah menggunakan substrat dari
metanol, molasses dan hemicellulose hydrolysate. Di Indonesia penelitian dan pengembangan teknologi kemasan plastik
biodegradable masih sangat terbatas. Hal ini terjadi karena selain kemampuan
sumber daya manusia dalam penguasaan ilmu dan teknologi bahan, juga dukungan dana penelitian yang terbatas. Dipahami bahwa penelitian dalam bidang ilmu dasar
memerlukan waktu lama dan dana yang besar. Sebenarnya prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan plastik biodegradable di Indonesia sangat potensial.
Alasan ini didukung oleh adanya sumber daya alam, khususnya hasil pertanian yang melimpah dan dapat diperoleh sepanjang tahun. Berbagai hasil pertanian yang
Universitas Sumatera Utara
potensial untuk dikembangkan menjadi biopolimer adalah jagung, sagu, kacang kedelai, kentang, tepung tapioka, ubi kayu nabati dan chitin dari kulit udang
hewani dan lain sebagainya. Kekayaan akan sumber bahan dasar seperti tersebut di atas, justru sebaliknya
menjadi persoalan potensial yang serius pada negara-negara yang telah maju dan - menguasai ilmu dan teknologi kemasan biodegradable, khususnya di Jerman. Negara
tersebut dengan penguasaan IPTEK yang tinggi bidang teknologi kemasan, merasa khawatir kekurangan sumber bahan dasar raw materials dan akan menjadi sangat
tergantung pada negara yang kaya akan sumber daya alam. Teknologi kemasan plastik biodegradable adalah salah satu upaya yang dilakukan untuk keluar dari
permasalahan penggunaan kemasan plastik yang non-biodegradable, berkurangnya cadangan minyak bumi, kesadaran dan kepedulian terhadap lingkungan lestari serta
resiko kesehatan. Negara-negara maju seperti Jerman, Prancis, Swiss, Jepang, Amerika Serikat
dan Inggris telah mengembangkan berbagai jenis kemasan biodegradable untuk kemasan produk farmasi, kosmetik dan pangan. Produk tersebut berkembang oleh
dukungan tersedianya dana riset dan penguasaan teknologi proses yang baik. Namun demikian, pengembangan teknologi kemasan biodegradable masih menghadapi
kendala harga yang mahal dan penggunaannya yang terbatas. Berbagai cara telah dilakukan yakni memperbaiki proses produksi, mencari bahan biopolimer lain dan
perbaikan sifat-sifat fisik kemasan. Indonesia sebagai negara yang kaya sumber daya alam hasil pertanian, potensial menghasilkan berbagai bahan biopolimer, sehingga
teknologi kemasan plastik biodegradable mempunyai prospek yang baik Madeka dan Kokini, 1996.
2.19. Fourier Transformation Infra Red FTIR
Transformasi Fourier spektroskopi inframerah FTIR adalah teknik yang digunakan untuk mendapatkan spektrum inframerah penyerapan, emisi, fotokonduktivitas atau
Universitas Sumatera Utara
hamburan Raman dari padat, cair atau gas. Spektrometer FTIR secara bersamaan mengumpulkan data spektral dalam berbagai spektrum yang luas. Ini
menganugerahkan keuntungan yang signifikan atas spektrometer dispersif yang mengukur intensitas sedikit rentang panjang gelombang pada suatu waktu. FTIR telah
membuat spektrometer inframerah dispersif semua tapi usang Kecuali kadang- kadang dalam inframerah dekat, membuka aplikasi baru spektroskopi inframerah.
Istilah spektroskopi inframerah Transformasi Fourier berasal dari fakta bahwa Transformasi Fourier proses matematis diperlukan untuk mengubah data mentah
menjadi spektrum yang sebenarnya. Tujuan dari spektroskopi serapan apapun FTIR, ultraviolet-tampak UV-
Vis spektroskopi, dll adalah untuk mengukur seberapa baik sampel menyerap cahaya pada panjang gelombang masing-masing. Cara yang paling mudah untuk
melakukan hal ini, dispersif spektroskopi teknik, adalah untuk bersinar sinar cahaya monokromatik pada sampel, mengukur seberapa banyak cahaya yang diserap, dan
ulangi untuk setiap panjang gelombang yang berbeda. Ini adalah bagaimana UV-Vis spektrometer bekerja, misalnya.
Transformasi Fourier spektroskopi adalah cara yang kurang intuitif untuk memperoleh informasi yang sama. Daripada bersinar sinar monokromatik cahaya
pada sampel, teknik ini menyinarkan cahaya yang mengandung banyak frekuensi cahaya sekaligus, dan mengukur seberapa banyak cahaya yang diserap oleh sampel.
Selanjutnya, cahay dimodifikasi mengandung kombinasi yang berbeda dari frekuensi, memberikan titik data kedua. Proses ini diulang berkali-kali. Setelah itu, komputer
mengambil semua data ini dan bekerja mundur untuk menyimpulkan apa penyerapan itu pada setiap panjang gelombang.
http:en.wikipedia.orgwikiFourier_transform_infrared_spectroscopy Sinar dijelaskan di atas dihasilkan dengan memulai dengan source cahaya
broadband satu berisi spektrum penuh panjang gelombang yang akan diukur. Cahaya bersinar menjadi Michelson interferometer, konfigurasi tertentu cermin, salah
satunya digerakkan oleh motor. Sebagai cermin ini bergerak, masing-masing panjang
Universitas Sumatera Utara
gelombang cahaya dalam berkas secara berkala diblokir, ditransmisikan, diblokir, ditransmisikan, dengan interferometer, karena gelombang gangguan. Panjang
gelombang yang berbeda, disesuaikan pada tingkat yang berbeda, sehingga pada setiap saat, sinar yang keluar dari interferometer memiliki spektrum yang berbeda.
Seperti disebutkan, pemrosesan komputer diperlukan untuk mengubah data mentah penyerapan cahaya untuk setiap posisi cermin ke dalam hasil yang diinginkan
penyerapan cahaya untuk setiap panjang gelombang. Proses yang diperlukan ternyata algoritma umum yang disebut Transformasi Fourier maka nama,
Transformasi Fourier spektroskopi. Data mentah kadang-kadang disebut interferogram.
FTIR dapat digunakan di semua aplikasi di mana spektrometer dispersif digunakan di masa lalu. Selain itu, keuntungan beragam dan menyeluruh telah
membuka daerah baru aplikasi. Ini termasuk : 1. GC - IR kromatografi gas - spektrometri inframerah. Sebuah kromatografi gas
dapat digunakan untuk memisahkan komponen campuran. Fraksi yang mengandung komponen tunggal diarahkan ke spektrometer FTIR , untuk
memberikan spektrum inframerah sampel . Teknik ini melengkapi GC - MS kromatografi gas - spektrometri massa . Metode GC - IR sangat berguna untuk
mengidentifikasi isomer , yang menurut sifatnya memiliki massa yang sama . Kunci keberhasilan penggunaan GC - IR adalah bahwa interferogram dapat
ditangkap dalam waktu yang sangat singkat , biasanya kurang dari 1 detik . FTIR juga telah diterapkan pada analisis fraksi kromatografi cair .
2. TG - IR spektrometri thermogravimetry - inframerah IR spektrum gas berevolusi selama dekomposisi termal diperoleh sebagai fungsi suhu .
3. Micro - sampel . Sampel kecil, seperti dalam analisis forensik, dapat diperiksa dengan bantuan mikroskop inframerah di ruang sampel . Sebuah gambar dari
permukaan dapat diperoleh dengan scanning. Contoh lain adalah penggunaan FTIR untuk mengkarakterisasi bahan artistik dalam lukisan-lukisan tua -master.
Universitas Sumatera Utara
4. Emisi spektrum, Alih-alih merekam spektrum cahaya yang ditransmisikan melalui sampel, spektrometer FTIR dapat digunakan untuk memperoleh
spektrum cahaya yang dipancarkan oleh sampel. Emisi tersebut dapat disebabkan oleh berbagai proses, dan yang paling umum adalah luminescence dan hamburan
Raman . Sedikit modifikasi yang diperlukan untuk spektrometer FTIR penyerapan untuk merekam spektrum emisi dan karena itu banyak spektrometer
FTIR komersial menggabungkan kedua penyerapan dan emisi mode Raman. 5. Spektrum photocurrent, Mode ini menggunakan standar , spektrometer FTIR
penyerapan . Sampel yang diteliti ditempatkan bukan detektor FTIR , dan photocurrent nya, yang disebabkan oleh sumber broadband spektrometer ,
digunakan untuk merekam interferrogram , yang kemudian diubah menjadi spektrum fotokonduktivitas sampel.
http:en.wikipedia.orgwikiFourier_transform_infrared_spectroscopy
Penggunaan spektrum inframerah untuk penentuan senyawa organik biasanya antara 650 – 4.000 cm
-1
15,4 – 2,5 μm. Daerah dibawah frekuensi 650 cm
-1
dinamakan inframerah jauh dan daerah diatas frekuensi 4000 cm
-1
dinamakan inframerah dekat. Letak puncak serapan dapat dinyatakan dalam satuan frekuensi v
detik
-1
atau Hz, pa njang gelombang μm, atau bilangan gelombang v cm
-1
Hasil analisis dengan sinar inframerah berbentuk kurva kontinu pada grafik dengan sistem koordinat kartesian yang ordinatnya merupakan persen transmitansi
dan absisnya merupakan bilangan gelombang cm-1. Kurva kontinu pada grafik ini juga disebut spektrum. Tabel 2.t dibawah ini menunjukkan range nilai bilangan
gelombang beberapa senyawa organik. Fessenden, 1983. . Pada
umumnya digunakan satuan bilangan gelombang cm-1 dan hanya sebagian kecil yang menggunakan panjang gelombang μm.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7 Nilai bilangan gelombang senyawa organik No
Senyawa Organik Bilangan Gelombang cm-1
1 Alkohol
3000 – 3700 2
Asam Karboksilat 2500 – 3000
3 Asam Karboksilat Anhidrid
1800 – 1900 4
Ester Jenuh 1720 – 1780
5 Eter Jenuh
1050 – 1150 6
Trigliserida 1748 – 1751
7 Asam Format
1720 - 1724 Sumber : Fessenden, 1983
Gambar 2.6 Alat Fourier Transformation Infra Red FTIR
. Sumber http:en.wikipedia.orgwikiFourier_transform_infrared_spectroscopy
Universitas Sumatera Utara
2.20. Scanning Electron Microscop SEM
Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro
magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada
mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.
Mikroskop pemindai elektron SEM yang digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel atau struktur jasad renik lainnya, dan obyek diamati secara tiga
dimensi. Gambar mikroskop electron ditunjukkan pada gambar 2.5 dibawah ini Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada
mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru elektron sekunder atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel
ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar
amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT cathode ray tube
. Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan,
sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi. Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan
sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat
dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida. 2. dehidrasi, yang bertujuan untuk memperendah kadar air dalam sayatan sehingga tidak
mengganggu proses pengamatan. 3. pelapisanpewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan
sekitarnya. Pelapisanpewarnaan dapat menggunakan logam mulia seperti emas dan platina. Gambar Mikroskop electron dapat dilihat pada Gambar dibawah ini
Mikroskop elektron - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas.mht
Universitas Sumatera Utara
- Gambar 2.7. Mikroskop Elektron
Sumber : Mikroskop elektron - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas.mht
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8. Scanning Electron Microscopy Sumber http:central-laboratory.um.ac.id
2.20.1. Teknik pembuatan preparat pada mikroskop elektron
Materi yang akan dijadikan objek pemantauan dengan menggunakan mikroskop elektron ini harus diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu sampel
yang memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai preparat pada mikroskop elektron Mikroskop elektron - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas.mht
Teknik yang digunakan dalam pembuatan preparat ada berbagai macam tergantung pada spesimen dan penelitian yang dibutuhkan, antara lain :
1.
Kriofiksasi yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan teknik
pembekuan spesimen dengan cepat yang menggunakan nitrogen cair ataupun helium cair, dimana air yang ada akan membentuk kristal-kristal yang menyerupai
kaca. Suatu bidang ilmu yang disebut mikroskopi cryo-elektron cryo-electron microscopy
telah dikembangkan berdasarkan tehnik ini. Dengan pengembangan dari Mikroskopi cryo-elektron dari potongan menyerupai kaca vitreous atau
Universitas Sumatera Utara
disebut cryo-electron microscopy of vitreous sections CEMOVIS, maka sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan penelitian secara virtual terhadap
specimen biologi dalam keadaan aslinya.
2.
Fiksasi - yaitu suatu metode persiapan untuk menyiapkan suatu sampel agar
tampak realistik seperti kenyataannya dengan menggunakan glutaraldehid dan osmium tetroksida.
3.
Dehidrasi - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menggantikan air dengan bahan pelarut organik seperti misalnya ethanol atau aceton.
4.
Penanaman Embedding - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menginfiltrasi jaringan dengan resin seperti misalnya araldit atau epoksi untuk
pemisahan bagian.
5.
Pembelahan Sectioning- yaitu suatu metode persiapan untuk mendapatkan potongan tipis dari spesimen sehingga menjadikannya semi transparan terhadap
elektron. Pemotongan ini bisa dilakukan dengan ultramicrotome dengan menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan potongan yang tipis sekali. Pisau
kaca juga biasa digunakan oleh karena harganya lebih murah.
6.
Pewarnaan Staining - yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan metal berat seperti timah, uranium, atau tungsten untuk menguraikan elektron
gambar sehingga menghasilkan kontras antara struktur yang berlainan di mana khususnya materi biologikal banyak yang warnanya nyaris transparan terhadap
elektron objek fase lemah.
7.
Pembekuan fraktur Freeze-fracture - yaitu suatu metode persiapan yang biasanya digunakan untuk menguji membran lipid. Jaringan atau sel segar
didinginkan dengan cepat cryofixed kemudian dipatah-patahkan atau dengan menggunakan microtome sewaktu masih berada dalam keadaan suhu nitrogen
hingga mencapai -100 Celsius. Patahan beku tersebut lalu diuapi dengan uap platinum atau emas dengan sudut 45 derajat pada sebuah alat evaporator
en:evaporator tekanan tinggi.
Universitas Sumatera Utara
8.
Ion Beam Milling - yaitu suatu metode mempersiapkan sebuah sampel hingga
menjadi transparan terhadap elektron dengan menggunakan cara pembakaran ion biasanya digunakan argon pada permukaan dari suatu sudut hingga memercikkan
material dari permukaannya. Kategori yang lebih rendah dari metode Ion Beam Milling
ini adalah metode berikutnya adalah metode Focused ion beam milling, dimana galium ion digunakan untuk menghasilkan selaput elektron transparan
pada suatu bagian spesifik pada sampel.
9.
Pelapisan konduktif Conductive Coating - yaitu suatu metode mempersiapkan lapisan ultra tipis dari suatu material electrically-conducting . Ini
dilakukan untuk mencegah terjadinya akumulasi dari medan elektrik statis pada spesimen sehubungan dengan elektron irradiasi sewaktu proses penggambaran
sampel. Beberapa bahan pelapis termasuk emas, palladium emas putih, platinum, tungsten, graphite dan lain-lain, secara khusus sangatlah penting bagi
penelitian spesimen dengan SEM.
2.21. Tensile testing
Tensile testing juga dikenal sebagai tension testing yang merupakan sebuah peralatan
dasar dalam mengukur kekuatan bahan dimana sampel diberikan regangan yang tidak aksial sampi mengalami patahan. Hasil dari test ini biasanya digunakan untuk
memilih sebuah bahan untuk aplikasi tertentu untuk mengontrol kualitas dan untuk memprediksikan bagaimana sebuah bahan akan bereaksi dibawah jenis-jenis gaya
yang lain. Sifat-sifat yang dapat diukur melalui sebuah test tensiles adalah kekuatan
yang ultimat, elongasi maksimum, dan pengurangan area. Dari pengukuran- pengukuran ini karakteristik-karakteristik berikut ini dapat juga diukur seperti
Modulus Young , Rasio Poison, kekuatan hasil yield strength, dan strain-hardening
Tensile Testing - Wikipedia, the free encyclopedia.mht .
Universitas Sumatera Utara
2.21.1. Peralatan dan Proses Tensile Test
Mesin testing yang umum digunakan dalam tensile testing adalah mesin testing universal. Jenis ini mempunyai dua crosshead, satu yang diatur untuk panjang
specimen dan yang lainnya digunakan untuk test keregangan specimen. Ada dua jenis nya yaitu : hydraulic powered dan electromagnetically powered machines.
Mesin tersebut harus mempunyai kemampuan yang sesuai untuk bahan specimen yang ditest. Ada tiga parameter yang harus diperhatikan yaitu kapasitas
daya, kecepatan, ketepatan dan akurasi. Kapasitas daya yang dimaksudkan adalah mesin harus mampu untuk menghasilkan daya yang cukup untuk mematahkan
specimen. Mesin tersebut juga harus bisa secara akurat dan tepat mengukur panjang gage dan daya yang diberikan Tensile Testing - Wikipedia, the free
encyclopedia.mht. Proses pengetesan melibatkan penempatan specimen didalam mesin testing
dan memberikan tekanan kepadanya sehingga patah. Selama tekanan diberikan, elongasi seksi gage dicatat melawan daya yang diberikan. Data tersebut dimanipulasi
sehingga tidak terlalu sepsifik terhadap bentuk geometri dari sampel. Pengukuran elongasi digunakan untuk menghitung engineering strain,
ε, menggunakan persamaan dibawah ini:
Dimana: ΔL adalah selisih panjang L
L adalah panjang akhir adalah panjang awal
Pengukuran gaya digunakan untuk menghitung engineering stress , σ, menggunakan
persamaan berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
Dimana : F adalah gaya dan A adalah cross section. Mesin melakukan kalkulasi ini skarena gaya meningkat sehingga point-point data dapat disajikan dalam bentuk
kurva stress-strain curve.
Gambar 2.9. Tensile Test Sumber : Tensile Testing - Wikipedia, the free encyclopedia.mht
2.22. Thermal Gravimetric Analysis TGA
TGA adalah sebuah alat yang mengukur perubahan berat yang berhubungan dengan perubahan suhu. Analisa ini disandarkan kepada ketelitian dari tiga pengukuran yaitu
berat, suhu dan perubahan suhu. Sebuah kurva kehilangan berat akan membutuhkan
Universitas Sumatera Utara
transformasi sebelum hasil bisa diinterpretasikan. Sebuah kurva kehilangan berat dapat mengidentifikasi point dimana kehilangan berat paling kelihatan.
TGA biasanya dilakukan dalam penelitian dan testing untuk mengukur karakteristik bahan seperti polimer, untuk mengukur suhu degradasi, menyerap
kandungan kelembaban bahan, level komponen inorganic dan organic didalam bahan, titik dekomposisi eksplosif dan sisa pelarut. Alat ini juga sering digunakan untuk
mengestimasi kinetika korosi didalam oksidasi suhu tinggi Thermal Gravimetric
AnalysisTGA- Wikipedia, the free encyclopedia.mht.
TGA-DTADSC mengukur aliran panas heat flow dan perubahan berat TGA didalam bahan sebagai sebuah fungsi suhu atau waktu didalam atmosphere
yang terkontrol. Pengukuran secara serempak dua sifat bahan ini tidak hanya meningkatkan produktifitas tetapi juga menyederhakan interpretasi akhir. Informasi
pelengkap yang diterima membolehkan terjadinya perbedaan endothermic dan eksotermik bahkan tampa adanya kehilangan berat misalnya melting dan kristalisasi
dan hal-hal lain yang melibatkan kehilangan berat misalnya degradasi.
2.22.1. Peralatan dan metodologi
Analiser biasanya mengandung timbangan yang sangat akurat dengan sebuah pan biasanya platinum yang diisi dengan sampel. Sebuah proses yang berbeda
menggunakan Kristal quartz mikro balance telah ditemukan untuk mengukur sampel yang lebih kecilmicrogram. Sampel ini ditempatkan didalam sebuah oven elektrik
yang dipanaskan dengan sebuah thermocouple untuk secara akurat mengukur suhu. Atmosfer dapat diberikan dengan sebuah gas yang inert untuk mencegah oksidasi
atau reaksi-reaksi lain yang tidak diinginkan. Sebuah computer digunakan untuk mengontrol instrument ini.
Analisa dilakukan dengan meningkatkan suhu sampel secara bertahap dan memplotkan berat dalam persen terhadap suhu. Suhu didalam beberapa metode
testing biasanya mencapai 1000
o
C. Setelah data diperoleh, kurva smoothing dan
Universitas Sumatera Utara
oeprasi-operasi lainnya mungkin dapat dilakukan untuk menemukan titik yang tepat untuk infleksiperubahan.
Sebuah metode yang dikenal dengan TGA resolusi tinggi seringkali digunakan untuk memperoleh akurasi yang lebih tinggi didalam area dimana kurva
derifatif puncak. Dalam metodologi ini, suhu meningkat secara lambat sejalan dengan peningkatan kehilangan berat. Hal ini lebih membuat indentifikasi suhu yang lebih
akurat dimana sebuah puncak terjadi.
Gambar 2.10. Thermal Gravimetric Analysis Sumber: Thermal Gravimetric AnalysisTGA-Wikipedia, the free encyclopedia.mht.
Universitas Sumatera Utara
2.23. Diiferential Scanning Calorimetric DSC
Diferensial kalorimetri pemindaian atau DSC adalah teknik thermoanalytical di mana perbedaan dalam jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu dari
sampel dan referensi diukur sebagai fungsi temperatur. Kedua sampel dan acuan dipertahankan pada suhu yang sama pada hampir seluruh waktu percobaan. Secara
umum, program suhu untuk analisis DSC dirancang sedemikian rupa sehingga suhu tempat sampel meningkat secara linear sebagai fungsi waktu. Sampel referensi harus
memiliki kapasitas panas yang didefinisikan dengan baik selama rentang temperatur yang akan dipindai.
Teknik ini dikembangkan oleh E.S. Watson dan MJ ONeill pada tahun 1962, dan diperkenalkan secara komersial pada 1963 di Konferensi Kimia Analitik dan
Spektroskopi Terapan Pittsburgh. Adiabatik diferensial scanning kalorimeter yang dapat digunakan dalam biokimia pertama dikembangkan oleh PL Privalov dan D.R.
Monaselidze pada tahun 1964. DSC Istilah ini diciptakan untuk menggambarkan instrumen ini yang mengukur energi secara langsung dan memungkinkan pengukuran
tepat dari kapasitas panas. Prinsip dasar yang mendasari teknik ini adalah bahwa ketika sampel
mengalami transformasi fisik seperti fase transisi, lebih atau kurang panas akan perlu mengalir ke sana dibandingkan ke referensi untuk mempertahankan keduanya pada
suhu yang sama. Sedikit atau lebih panas harus mengalir ke sampel tergantung pada apakah proses ini eksotermik atau endotermik. Sebagai contoh, sampel padat meleleh
menajadi cairan maka akan memerlukan lebih banyak panas yang mengalir ke sampel untuk meningkatkan suhu pada tingkat yang sama dengan referensi. Hal ini
disebabkan penyerapan panas oleh sampel karena mengalami fase transisi endotermik dari padat menjadi cair. Demikian juga, jika sampel mengalami proses eksotermik
seperti kristalisasi maka lebih sedikit panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sampel.
Dengan mengamati perbedaan aliran panas antara sampel dan referensi, diferensial scanning kalorimeter mampu mengukur jumlah panas yang diserap atau
Universitas Sumatera Utara
dilepaskan selama transisi tersebut. DSC juga dapat digunakan untuk mengamati perubahan fisik yang lebih halus, seperti transisi kaca. Hal ini banyak digunakan
dalam pengaturan dalam industri sebagai instrumen pengendalian kualitas karena dapat diterapkan dalam mengevaluasi kemurnian sampel dan untuk mempelajari
polimer curing. Hasil percobaan DSC adalah kurva fluks panas dibandingkan suhu atau
terhadap waktu. Ada dua konvensi yang berbeda: reaksi eksotermis dalam sampel ditunjukkan dengan puncak positif atau negatif, tergantung pada jenis teknologi yang
digunakan dalam percobaan. Kurva ini dapat digunakan untuk menghitung entalpi atau transisi. Hal ini dilakukan dengan mengintegrasikan puncak yang berhubungan
dengan transisi yang diberikan. Hal ini dapat ditunjukkan bahwa entalpi transisi dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:
ΔH=KA di mana ΔH adalah entalpi transisi, K adalah konstanta kalorimetrik, dan A adalah
luas area di bawah kurva. Konstanta kalorimetrik akan bervariasi dari satu instrumen ke instrumen lain, dan dapat ditentukan dengan menganalisis sampel yang
terkarakterisasi dengan baik dengan entalpi transisi yang diketahui.
Diferensial kalorimetri pemindaian dapat digunakan untuk mengukur sejumlah properti karakteristik sampel. Dengan menggunakan teknik ini adalah
mungkin untuk mengamati fusi dan kristalisasi serta suhu transisi gelas Tg. DSC juga dapat digunakan untuk mempelajari oksidasi, serta reaksi kimia lainnya. Transisi kaca
dapat terjadi karena suhu padatan amorf meningkat. Transisi ini muncul sebagai langkah dalam dasar sinyal DSC yang terekam. Hal ini disebabkan sampel
mengalami perubahan dalam kapasitas panas. Tidak ada perubahan fase formal yang terjadi. Dengan meningkatnya suhu, padatan amorf akan menjadi kurang kental. Di
beberapa titik molekul dapat memperoleh cukup kebebasan gerak secara spontan mengatur diri menjadi bentuk kristal. Hal ini dikenal sebagai suhu kristalisasi Tc.
Transisi ini dari amorf padat menjadi kristalin padat adalah proses eksotermik, dan
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan puncak dalam sinyal DSC. Suhu meningkat sehingga sampel akhirnya mencapai suhu leleh Tm. Proses peleburan menghasilkan puncak endotermik dalam
kurva DSC. Kemampuan untuk menentukan suhu transisi dan entalpi membuat DSC alat yang berharga dalam memproduksi diagram fase untuk berbagai sistem.
http:en.wikipedia.orgwikiDifferential_scanning_calorimetry. DSC digunakan secara luas untuk memeriksa bahan polimer untuk
menentukan transisi termal mereka. Transisi termal yang diamati dapat dimanfaatkan untuk membandingkan bahan, bagaimanapun, transisi tidak unik mengidentifikasi
komposisi . Komposisi bahan yang tidak diketahui dapat diselesaikan menggunakan teknik seperti IR . Titik leleh dan suhu transisi kaca untuk sebagian besar polimer
yang tersedia dari kompilasi standar, dan metode ini dapat menunjukkan degradasi polimer dengan penurunan titik leleh yang diharapkan, Tm, misalnya. Tm tergantung
pada berat molekul polimer dan sejarah termal, sehingga nilai yang lebih rendah mungkin memiliki titik leleh lebih rendah dari yang diharapkan. The persen konten
kristal polimer dapat diperkirakan dari puncak kristalisasileleh grafik DSC dan sebagai referensi panas fusi dapat ditemukan dalam literatur. DSC juga dapat
digunakan untuk mempelajari degradasi termal dari polimer menggunakan pendekatan seperti sebagai oksidatif Onset SuhuWaktu OOT, namun, pengguna
risiko kontaminasi dari sel DSC dapat menjadi problematik. Gambar alat DSC tertera dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11. Diiferential Scanning Calorimetry DSC. Sumber : http:en.wikipedia.orgwikiDifferential_scanning_calorimetry.
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
Kategori