Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga (mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) dan Mikropartikel Clay Dengan Plasticizer Gliserol

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

KOMPOSIT
Material komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih fasa yang

berbeda baik secara fisika ataupun kimia dan memiliki karakteristik yang lebih unggul
dari masing- masing komponen penyusunnya [13]. Kekuatan sifat dari komposit
merupakan fungsi dari fasa penyusunnya, komposisinya serta geome tri dari fasa
penguat. Geometri fasa penguat disini adalah bentuk dan ukuran partikel, d istribusi dan
orientasinya [14].
Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu :
1. Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume
terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi yaitu mentransfer tegangan ke serat,
membentuk ikatan koheren, melindungi serat, memisahkan serat, melepas ikatan, tetap
stabil setelah proses manufaktur.
2. Reinforcement atau Filler
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang
berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya dua penyusun

komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik
(penyusun dengan fraksi volume terbesar), Penguat (penahan beban utama), Interphase
(pelekat antar dua penyusun), inteface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase
lain) [16].

2.2

HYBRID KOMPOSIT
Hybrid komposit merupakan penambahan dua bahan atau lebih partikel penguat

yang berbeda sifat-sifat sehingga terjadi interaksi maupun proses penguatan yang lebih
komplek baik terhadap matriks maupun pengisi. Komposit hybrid adalah kombinasi dari
dua komposit dengan ukuran partikel yang berbeda. Bahan komposit ini dikembangkan
dalam rangka memperoleh kehalusan permukaan yang lebih baik daripada komposit
partikel kecil. Komposit hybrid memiliki sifat-sifat umum seperti sifat fisik dan
mekanik yang lebih unggul dibandingkan dengan bahan komposit tradisional. Komposit

7
Universitas Sumatera Utara

nanohibrid merupakan gabungan dari komposit microfiller dan komposit nanofiller,
rata-rata berukuran 0,2-3 µm. Komposit nanohibrid memiliki sifat fisik dan mekanis
yang baik serta mudah dipoles (permukaannya halus) [15].

2.3

BIOKOMPOSIT
Biokomposit adalah jenis komposit yang salah satu penyusunnya, yaitu penguat

atau matriksnya, terbuat dari bahan alam [20]. Untuk pengisi, bahan yang digunakan
dapat berupa serat tumbuhan seperti kapas, lenan, rami dan lainnya, atau dapat berupa
serat yang berasal dari kayu daur ulang atau limbah kertas, atau bahkan serat hasil
samping pemotongan kayu. Matriks dapat berupa polimer, yang berasal dari sumber
yang dapat diperbaharui seperti minyak sayur dan pati [17].
Biokomposit sangat penting untuk dunia material karena biokomposit
memberikan sifat unik yang tidak ada secara alami. Juga, sifat biokomposit dapat
disesuaikan berdasarkan komposisi desain selektif dan pengolahan. Ini memanfaatkan
penggunaan biokomposit di berbagai sektor seperti aerospace, otomotif, bangunan dan
konstruksi, kelautan, produk konsumen, komponen elektronik dll [18].

Serat Alami

Bioplastik

Biokomposit

Plastik Sintetik

Serat Sintetik

Gambar 2.1 Rute Berbeda untuk Pembuatan Biokomposit [18]
Desain komposit dengan menggunakan serat yang diperkuat oleh polimer (FRP)
merupakan studi kuno pada tahun 1908 dimana serat kaca diresap di dalam plastik
sintetis [18]. Namun pada tahun 1941, Henry Ford memperkenalkan biokomposit yang
terbuat dari plastik rami, sisal dan selulosa dari plastik. Sejak itu, banyak penelitian
berdedikasi terhadap

biokomposit dan banyak

kemajuan telah terjadi pada

penggunaannya di berbagai sektor, seperti yang disebutkan di atas. Baru-baru ini, para
ilmuwan dan insinyur di seluruh dunia juga berfokus pada pengurangan jejak karbon
dari semua produk yang ada dengan pencampuran bioplastik maupun plastik sintetis dan

8
Universitas Sumatera Utara

/ atau memperkuatnya dengan serat alami / sintetis. Sejak saat itu, biokomposit
mengacu pada komposit yang dibuat dari bioplastik dan plastik sintetis yang diresapi
dengan serat alami atau serat sintetis atau oleh keduanya. Meskipun serat sintetis
menawarkan kemampuan penguatan yang lebih unggul dibandingkan dengan pengisi
alami, yang terakhir yang mendapatkan keuntungan baru sebagai berikut: sumber daya
terbarukan, biaya rendah, kepadatan rendah, konsumsi energi yang rendah, kekuatan
spesifik yang tinggi dan kekakuan, penyerapan CO 2 , biodegradasi [20-21]. Dengan
demikian, biokomposit yang terbuat dari bioplastik dan serat alami juga disebut sebagai
'komposit hijau' dan lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan yang terbuat dari
plastik sintetis dan / atau pengisi [18].

2.4

MANGGA
Mangga adalah buah tropis yang sangat umum biasanya ditemukan di Asia

Selatan, terutama di Timur India, Cina, Burma, Kepulauan Andaman dan Amerika
Tengah. Mangga merupakan genus Angifera, yang memiliki banyak spesies dari pohon
berbuah tropis pada keluarga tanaman berbunga Anacardiaceae. Mangga banyak
dibudidayakan pada daerah tropis dan didistribusikan secara luas di dunia dan
merupakan salah satu buah yang paling luas dimanfaatkan untuk makanan, jus, rasa,
aroma dan warna serta bahan yang umum dalam makanan fungsional baru sering
disebut superfruits. Umumnya daunnya digunakan sebagai dekorasi bunga di pesta
pernikahan dan upacara keagamaan.
Pohon mangga (Mangifera indica) memiliki ketinggian yang mencapai 35 -40
m, dengan radius mahkota 10 m. Daun hijau, bergantian, sederhana, panjang 15-35 cm
dan luas 6-16 cm; ketika muda daun bewarna oranye- merah muda, cepat berubah
menjadi merah gelap mengkilap, hijau kemudian gelap ketika tua. Proses pematangan
buah 3-6 bulan. Buah yang matang adalah variabel dalam ukuran dan warna, dan
mungkin kuning, oranye, merah atau hijau saat matang, tergantung pada budidaya.
Ketika matang, buah dikupas memberikan bau khas resin. Di tengahnya adalah benih
oblong datar tunggal yang dapat berserat atau berbulu di permukaan, tergantung pada

kultivar [22].

9
Universitas Sumatera Utara

2.4.1

Biji Mangga
Biji mangga adalah biji lonjong datar tunggal yang dapat berserat atau berbulu

di permukaan, tergantung pada budidaya. Di dalam kulit biji 1 - 2 mm tebal lapisan tipis
yang menutupi embrio tunggal, panjang 4-7 cm, lebar 3-4 cm, dan tebal 1 cm. Biji
mangga terdiri dari mantel ulet yang menyelimuti inti. Kandungan biji mangga pada
varietas yang berbeda berkisar dari 9% menjadi 23% dari berat buah dan kandungan inti
dari biji berkisar 45,7% menjadi 72,8%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa inti biji
mangga mengandung protein kasar, minyak, abu, serat kasar, dan karbohidrat. Variasi
dalam hasil karakteristik mungkin karena perbedaan dalam berbagai tanaman, iklim
budidaya, pematangan, saat panen biji mangga dan metode ekstraksi yang digunakan.
Inti biji mangga mengandung tinggi kalium, magnesium, fosfor, kalsium dan
natrium. Kalium merupakan nutrisi penting dan memiliki peran penting dalam sintesis

asam amino dan protein. Kalsium dan magnesium memainkan peran penting dalam
fotosintesis, metabolisme karbohidrat, asam nukleat dan agen mengikat dinding sel.
Magnesium merupakan mineral penting untuk aktivitas enzim, seperti kalsium dan
klorida; magnesium juga berperan dalam mengatur keseimbangan asam-basa dalam
tubuh. Fosfor diperlukan untuk pertumbuhan tulang, fungsi ginjal dan pertumbuhan sel.
Ini juga memainkan peran dalam menjaga keseimbangan asam-basa tubuh.
Hasil analisis proksimat menunjukkan bahwa inti biji mangga memberikan nilai
gizi yang tinggi karena kandungan karbohidrat dan minyak yang tinggi serta kaya akan
vitamin. Hasil uji mineral menunjukkan bahwa biji mangga sangat kaya akan kalsium,
kalium dan magnesium. Kehadiran vitamin antioksidan seperti vitamin C, E dan A
menunjukkan bahwa biji mangga dapat digunakan sebagai alternatif sumber vitamin.
Vitamin antioksidan berperan dalam mengurangi proses oksidatif yang diketahui
penting dalam inisiasi arthrosclresis [22].
2.4.2

Pati Biji Mangga
Pati merupakan karbohidrat dimana bagian terpenting dalam tanaman, manfaat

penyelidikan lebih dalam tentang pati yaitu untuk lebih memahami karakteristik
biokimia dan fungsional serta variasinya. Pati bervariasi dari sumber yang berbeda,

perbedaan itu dapat berupa kualitatif dan kuantitatif serta di beberapa sifat fisikokimia
dan sifat fungsional. Identifikasi sumber pati diperlukan untuk fungsi yang diinginkan
dan sifat khas. Sifat fisik granula pati ditentukan oleh struktur halus dari polisakarida

10
Universitas Sumatera Utara

dan distribusi persentase amilase dan amilopektin. Butiran pati dari sumber yang
berbeda telah ditandai dengan ukuran, bentuk, jumlah komponen minor (seperti lipid),
dan rasio amilosa-amilopektin. Sangat sedikit literatur yang membahas informasi
tentang isolasi dan sifat pati dari sumber-sumber non-konvensional, seperti biji buahbuahan [9].
Biji Mangga kaya akan karbohidrat, lemak, protein dan mineral. Inti biji
diperoleh setelah dekortikasi dari batu mangga dapat dimanfaatkan sebagai suplemen
untuk tepung gandum atau untuk ekstraksi minyak nabati. Selain penggunaannya dalam
pakan ternak, tepung dari inti biji mangga dapat dimanfaatkan untuk tujuan dimakan.
Penelitian dari Maninder Kaura et al. (2004) menemukan bahwa kandungan amilosa
pati biji mangga diamati lebih rendah dibandingkan jagung dan pati kentang. Pati biji
mangga ini menunjukkan oval-to butiran berbentuk elips, mirip dengan granula pati
kacang-kacangan. Suhu transisi dari pati biji mangga lebih tinggi daripada jagung,
beras, gandum dan kentang. Berbagai properti dari pati biji mangga sebanding dengan

pati dari jagung, gandum, beras dan kentang dan dapat secara efektif dimanfaatkan
sebagai sumber pati [22].Berikut adalah tabel kandungan komposisi dalam pati biji
mangga.
Tabel 2.1 Komposisi Pati Biji Mangga
Parameter

Pati Biji Mangga

Kadar Air

12,65 %

Kadar Pati

75,47 %

Kadar Amilosa

14,82 %

Kadar Amilopektin

44 %

Menurut Marbun (2012), kadar amilosa tersebut diharapkan dapat memberikan
sifat mekanik yang optimal dan kadar amilopektin memberikan sifat lengket yang
optimal [5].

2.5

GLISEROL
Gliserol (bahasa Inggris: glycerol, glycerin, glycerine) adalah senyawa gliserida

yang paling sederhana, dengan hidroksil yang bersifat hidrofilik dan higroskopik.
Gliserol merupakan komponen yang menyusun berbagai macam lipid, termasuk

11
Universitas Sumatera Utara

trigliserida. Gliserol terasa manis saat dikecap, namun bersifat racun [6]. Gliserol

diperoleh secara komersial sebagai produk sampingan ketika lemak dan minyak yang
dihidrolisis untuk menghasilkan asam lemak atau garam logam (sabun). Gliserol juga
disintesis pada skala komersial dari propylene (diperoleh dengan cracking minyak
bumi), karena pasokan gliserol alam tidak memadai. Selain sintesis dengan
menggunakan propylene, gliserol juga dapat diperoleh selama fermentasi gula natrium
bisulfit jika ditambahkan dengan ragi [45].
Penambahan pemlastis berperan untuk meningkatkan sifat plastisitasnya, yaitu
sifat mekanis yang lunak, ulet, dan kuat. Dalam konsep sederhana, pemlastis merupakan
pelarut organik dengan titik didih tinggi yang ditambahkan ke dalam resin yang keras
atau kaku sehingga akumulasi gaya intermolekuler pada rantai panjang akan menurun,
akibatnya kelenturan, pelunakan dan pemanjangan resin akan bertambah. Oleh karena
itu, plastisasi akan mempengaruhi sifat fisik dan mekanisme film seperti kekuatan tarik,
elastisitas kekerasan, sifat listrik, suhu alir, suhu transisi kaca, dan sebagainya [6].
Prinsip proses plastisasi adalah dispersi molekul pemlastis ke dalam polimer.
Jika pemlastis mempunyai gaya interaksi dengan polimer, proses dispersi akan
berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer-pemlastis. Sifat fisik
dan mekanis polimer-pemlastis ini merupakan fungsi distribusi dari sifat komposisi
pemlastis. Oleh karena itu, ramalan karakteristik polimer yang terplastisasi dapat
dilakukan dengan variasi komposisi pemlastis. Oleh karena itu, plastisasi akan
mempengaruhi sifat fisik dan mekanisme film seperti kekuatan tarik, elastisitas
kekerasan, sifat listrik, suhu alir, suhu transisi kaca, dan sebagainya. Berikut adalah
tabel yang menunjukkan sifat-sifat gliserol.
Tabel 2.2 Sifat-Sifat Gliserol
No. Sifat
1. Berat Molekul
2. Viskositas (20°C)
3. Panas Spesifik (26°C)

Pati Biji Mangga
92,09382 g/mol
1499 cP
0,5795 kal/g

4. Densitas

1,261 g/cm³

5. Titik Leleh

18°C

6. Titik Didih

290°C

[45]

12
Universitas Sumatera Utara

2.6

ZnO (ZINC OXIDE)
ZnO (Zinc Oxide) nanopartikel telah banyak dikenal di antara para peneliti

karena penggunaannya dalam berbagai aplikasi seperti sensor gas, sensor kimia [24],
biosensor [25], superkonduktor [24], katalis foto [26] , perangkat optoelektronik [2729], kosmetik, dll. ZnO adalah band gap semikonduktor lebar memiliki optik transparan
yang tinggi dan spektrum dekat kisaran ultraviolet. Oleh karena itu, biasanya digunakan
dalam memancarkan cahaya dioda dan sel surya. ZnO nanopartikel mengalami exciton
energi mengikat tinggi hampir 60 MeV. Ini berarti transisi excitonic dalam kasus
nanopartikel ZnO adalah mungkin pada suhu kamar juga. Selain itu Zinc Oxide ramah
lingkungan dan mudah untuk disintesis [26]. Selain itu ZnO memilki sifat yang stab il,
dan bersifat antibakteri [57].
Pengisi yang berskala nano sangat mempengaruhi sifat-sifat komposit yang
dihasilkan dan menunjukkan perbaikan pada sifat fisik dan mekanik jika dibandingkan
dengan material konvensional lainnya. Aktivitas antimikroba dari nanopartikel
berhubungan dengan beberapa mekanisme. Nanopartikel dapat secara langsung
berinteraksi dengan sel-sel mikroba, misalnya mengganggu transmembran transfer
elektron, mengganggu/menembus membran sel, atau oksidasi komponen sel, atau
menghasilkan produk sekunder (misalnya reactive oxygen species (ROS) atau ion- ion
logam terlarut yang menyebabkan kerusakan [6].
Banyak teknik yang digunakan untuk sintesis ZnO ukuran nanopartikel Viz.
metode presipitasi, metode pirolisis, metode emulsi mikro, metode hidrotermal dan
metode gel Sol [30-33]. Metode-gel sol untuk sintesis nanopartikel ZnO umumnya lebih
sering digunakan karena merupakan metode yang paling sederhana, konsumsi daya
yang sedikit dan dapat dilakukan di atmosfer yang kuat. Sifat struktural nanopartikel
ZnO dipelajari dengan menggunakan X Ray Diffraction (XRD) dan morfologi
nanopartikel ZnO diperiksa di bawah Scanning Electron Microscope (SEM).
Transparansi dan penyerapan dari sintesis nanopartikel ZnO dipelajari menggunakan
UV terlihat spektrofotometer. Pembentukan nanopartikel ZnO dikonfirmasi dari analisis
FT-IR [24].
Kinerja zinc oxide yang berlaku dalam produk plastik memiliki kinerja
antibakteri, tahan api, anti penuaan, menunjukkan efek ketangguhan sinergis yang
sangat baik, ketahanan terhadap benturan, ketahanan terhadap penuaan, memiliki

13
Universitas Sumatera Utara

kinerja yang sangat baik dari luas permukaan yang besar, meningkatkan intensitas dan
elastisitas, mencegah organisme jamur dan erosi ultraviolet, serta memperpanjang umur
produk, sifatnya yang aman bahkan dapat dipergunakan untuk keperluan kosmetik [57].
Pada penelitian ini zinc oxide (ZnO) yang digunakan memiliki sifat-sifat sebagai
berikut.
Tabel 2.3 Sifat-Sifat ZnO (Zinc Oxide)
No. Sifat

Pati Biji Mangga
200-700 kg/m3

1. Bulk density
2. Melting Point
3. pH

1975 0 C
7,0

4. Spesifik Densitas (20 0 C)

5,61 g/cm3

5. Loss in ignition

1,09 %

6. Vapour pressure

20°C

7. Wujud

serbuk putih

8. Ukuran

24 nm

[57]

2.7

CLAY
Material clay merupakan material yang paling banyak menarik perhatian karena

sifatnya yang kuat, kaku, melimpah di alam, murah serta kemampuannya yang tinggi
dalam menginterkalasikan partikel ke dalam strukturnya. Kemampuan interkalasi ini
karena muatan layer yang kecil sehingga kation dalam ruang antarlapis dapat ditukar.
Berbeda dengan material komposit polimer biasa, polimer-clay nanokomposit terbentuk
jika polimer dapat terinterkalasi ke dalam galeri mineral clay sehingga sifat polimer
yang terbentuk berbeda dengan sifat mikropartikelnya.
Salah satu kekurangan clay adalah sifatnya yang hidrofilik sehingga dapat
menyebabkan aglomerasi mineral clay dalam matriks. Kekurangan ini dapat diatasi
dengan menginterkalasikan kation organik seperti asam amino atau alkil amonium
membentuk organoclay yang bersifat hidrofobik. Peningkatkan basal spacing setelah
proses interkalasi juga dapat meningkatkan kemampuan difusi polimer atau prekursor
polimer ke dalam interlayer clay.

14
Universitas Sumatera Utara

Pencampuran mineral clay dengan polimer dapat membentuk tiga jenis
nanostruktur komposit tergantung pada kondisi reaksi. Pertama adalah struktur
terinterkalasi dimana monolayer rantai polimer terinterkalasi dalam clay membentuk
struktur multilayer clay-polimer. Kedua adalah struktur tereksfoliasi dimana lapisan
clay terdispersi seragam dalam matriks polimer. Ketiga adalah struktur klaster dimana
terjadi eksfoliasi parsial.
Polimer-clay nanokomposit terbentuk dengan mendispersikan material nanoclay
berlapis pada matriks polimer. Nanoclay mempunyai luas permukaan yang sangat besar
sehingga dapat berinteraksi secara efektif dengan matriks polimer pada konsentrasi
rendah (5-8%). Akibatnya, polimer nanoclay menunjukkan peningkatan pada modulus,
stabilitas termal, dan sifat barrier tanpa peningkatan berat jenis dan kehilangan sifat
optik [6].
Tabel 2.4 Sifat-Sifat Clay
No. Sifat

Pati Biji Mangga

1. Struktur

Al2 Si2 O5 (OH)2

2. Kandungan
3. Sifat

mineral hidrat
plastis, kuat, lengket

4. Warna

hitam, krem, merah

5. Wujud

butiran halus

6. Ukuran

10,813 µm

[72]

2.8

ULTRASONIKASI
Dalam pembuatan biokomposit dengan menggunakan pengisi nanopartikel ZnO

dan clay diperlukan perlakuan fisik dalam proses pencampuran material bioplastik.
Salah satu proses fisik yang efektif adalah ultrasonikasi. Ultrasonik mempunyai
keunikan dan keunggulan tersendiri, yaitu memiliki energi yang cukup tinggi yang
dapat diberikan kepada zat lain dalam waktu yang singkat. Ketika gelombang ultrasonik
digunakan untuk pendispersian, kavitasi ultrasonik dapat memberikan dua fungsi pada
partikel clay. Yang pertama adalah efek pendispersian (homogenisasi) yang dihasilkan
dari pancaran cairan (liquid jet) gelombang ultrasonik, serta kerusakan pada permukaan
clay (terjadi pemecahan partikel) yang disebabkan oleh gelombang kejut yang kuat.

15
Universitas Sumatera Utara

Dengan meningkatnya daya ultrasonik, intensitas juga ikut menurun. Hal ini
menunjukkan bahwa ikatan hidrogen dalam partikel clay rusak dapat disebabkan oleh
kavitasi ultrasonik yang memutuskan struktur molekul di daerah amorf [34].
Proses ultrasonikasi bekerja dengan menghasilkan gelombang pada tekanan
sonik yang intens dalam medium cair. Gelombang tersebut mengakibatkan terbentuknya
aliran dalam medium cair dan kemudian menghasilkan gelembung mikro (microbubbles) yang akhirnya pecah. Fenomena ini disebut kavitasi [35]. Kavitasi adalah
pengembangan dan pemecahan gelembung di dalam cairan yang disebabkan oleh
gelombang suara. Kavitasi dapat memecah partikel padat menjadi lebih kecil
dikarenakan ketidaksempurnaan permukaan partikel yang berperan sebagai inti bagi
pembentukan gelembung kavitasi pada permukaan yang selanjutnya saat pecah menjadi
gelombang kejut yang dapat memecah partikel menjadi lebih kecil. Proses ultrasonikasi
dapat diaplikasikan dalam pendispersian bahan pengisi [36].
Ultrasonikasi digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti homogenisasi,
disintegrasi, sonochemistry, pembersihan degassing. Iradiasi ultrasonik merupakan
teknologi baru yang telah banyak digunakan dalam reaksi kimia. Prosesor ultrasonik
digunakan sebagai homogenisasi, untuk mengurangi partikel kecil dalam suatu cairan
untuk meningkatkan keseragaman dan stabilitas. Partikel-partikel ini (membubarkan
fase) dapat berupa padatan atau cairan. Homogenisasi ultrasonik sangat efisien untuk
pengurangan partikel lunak dan keras. Hielscher menghasilkan perangkat ultrasonik
untuk homogenisasi setiap volume cair untuk batch atau pengolahan inline [37].

2.9

GELATINISASI PATI
Gelatinisasi pati adalah proses di mana pati dan air mengalami panas,

menyebabkan granula pati membengkak. Akibatnya, air secara bertahap diserap secara
ireversibel. Hal ini memberikan sistem dengan tekstur yang kental dan transparan. Hasil
reaksi adalah gel, yang digunakan seperti dalam saus, puding, krim, dan produk
makanan lainnya. Gel pati berbasis thermo-irreversibel, yang berarti bahwa mereka
tidak meleleh pada pemanasan (seperti gelatin). Pemanasan yang berlebihan,
bagaimanapun, dapat menyebabkan penguapan air dan penyusutan gel. Ketika pati
dipanaskan dalam air, pati mengalami proses transisi, dimana butiran pati terurai
menjadi larutan polimer yang disebut juga dengan gelatinisasi [38].

16
Universitas Sumatera Utara

Pada saat cairan dipanaskan, ikatan hidrogen pada pati melemah. Hal ini
memungkinkan air masuk ke dalam molekul pati dan menyebabkan pembengkakkan
dan peningkatan ukuran pati hingga tercapai ketebalan maksimum. Amilosa akan
semaking berkurang dari granula pati sedangkan ikatan hidrogen antara air dan
amilopektin meningkat. Kandungan air akan semakin berkurang sehingga menyebabkan
campuran menjadi lebih tebal dan kental [39].
Perubahan viskositas sebagai akibat dari pembengkakan granul dan pelarutan
makromolekul memungkinkan karakterisasi dalam proses gelatinisasi. Biasanya, analisa
viskositas dimulai pada temperatur antara 30 sampai 50 °C di bawah suhu gelatinisasi
pati. Pada gambar di bawah dideskripsikan pengukuran viskositas berdasarkan profil
temperatur pemanasan dan pendinginan. Ketika digunakan suhu yang melebihi suhu
gelatinisasi pati, pembengkakan dan pecahnya sebagian butiran ditunjukkan dengan
adanya peningkatan viskositas. Dengan demikian suhu mula-mula gelatinisasi (Tp) dan
intensitas gelatinisasi (PV) merupakan titik yang penting dalam gelatinisasi pati [40].

Gambar 2.2 Pengaruh Temperatur Gelatinisasi Terhadap Viskositas Pati [40]

2.10

METODE PEMBUATAN BIOKOMPOSIT
Berbagai metode pembuatan biokomposit dapat dijelaskan sebagai berikut:

2.10.1 Eksfoliasi/Adsorpsi
Pertama-tama, sekumpulan lapisan (layered host) mengalami pengelupasan
dalam pelarut (air, toluena, dan lain- lain) yang polimernya dapat larut pada pelarut
tersebut. Polimer kemudian diserap kedalam lapisan dan melapisinya ketika pelarut

17
Universitas Sumatera Utara

diuapkan, dan lembaran disusun seperti susunan sandwich. Kerugian proses ini adalah
penggunaan pelarut dalam jumlah yang besar [45].
2.10.2 Polimerisasi In Situ Interkalatif
Polimerisasi in situ merupakan proses konvensional untuk sintesa nanokomposit
untuk termoset dan termoplastik. Dengan menggunakan teknik ini pembentukan
polimer dapat terjadi dalam lembaran yang terinterkalasi [42]. Reaksi polimerisasi ini
dapat terjadi dengan proses pemanasan, radiasi, atau menggunakan inisiator [47].
2.10.3 Interkalasi Larutan / Interkalasi Prepolimer dari Larutan
Metode interkalasi dalam larutan melibatkan polimer yang terlarut dalam pelarut
organik. Selanjutnya pelarut tersebut diuapkan atau polimer diendapkan. Metode ini
membutuhkan pelarut dalam jumlah banyak. Semakin banyak pelarut yang digunakan
maka akan membuat lapisan dispersi filler lebih baik. Teknik ini banyak digunakan
dalam kasus polimer yang larut dalam air [44]. Proses akhir metode ini adalah
penghilangan pelarut, baik dengan cara penguapan maupun pengendapan. Keuntungan
dari metode ini adalah

nanokomposit terinterkalasi dapat disintesis dengan

menggunakan polimer dengan polaritas rendah atau tanpa polaritas [45].
2.10.4 Melt Intercalation
Metode melt intercalation pertama kali dilaporkan oleh Vaia et al. Proses
pembuatan biokomposit pada metode ini tidak memerlukan penambahan pelarut [41].
Rantai polimer di interkalasi atau di eksfoliasi untuk membentuk nanokomposit. Proses
pembuatan dengan metode interkalasi ini biasa untuk membuat nanokomposit dari
thermoplastik atau bagi polimer yang tidak sesuai untuk dibuat dengan teknik adsorpsi
atau in situ polimerisasi [42]. Pada kondisi tertentu, jika permukaan lapisan cukup
kompatibel atau sesuai dengan polimer, maka polimer dapat masuk ke ruang interlayer
dan membentuk nanokomposit terinterkalasi atau exfoliasi [45].
Pada penelitian ini digunakan metode melt intercalation dimana tidak diperlukan
pelarut dalam menghasilkan biokomposit, serta digunakan proses mekanik ultrasonikasi
untuk mendispersikan pengisi zinc oxide dan clay.

2.11

PENGUJIAN BIOKOMPOSIT
Beberapa pengujian yang dilakukan pada biokomposit yaitu :

2.11.1 Penentuan Rapat Massa (Densitas)

18
Universitas Sumatera Utara

Massa jenis (densitas) adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda.
Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap
volumenya. Satuan SI massa jenis adalah kg/m3 , sedangkan satuan lainnya adalah g/cm3
[45]. Berat jenis merupakan ukuran kepadatan molekul dalam bahan, sehingga terkait
berat dan volume plastik. Cara pengukuran berat jenis adalah dengan mengukur
perbandingan antara berat dan volume plastik [46].
Metode sederhana dalam penentuan massa jenis relatif suatu bahan adalah
dengan menimbang sampel baik pada udara dan air (ASTM D-792) [47].
Rumus untuk menentukan massa jenis adalah:
�=

(2.1)

� = rapat massa/densitas (g/cm3 )
m = massa sampel (g)

v = volume sampel (cm3 )
[45]
2.11.2 Sifat Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik adalah ukuran kekuatan suatu bahan ketika bahan tersebut
menerima beban yang cenderung merenggangkan atau memperpanjang bahan tersebut.
Kekuatan tarik umumnya ditentukan dengan meletakkan suatu bahan berbentuk
panjang, kawat atau bentuk dumbbell terhadap gaya tarik (uji tarik satu sumbu) [47].
Pengujian tarik merupakan pengujian mekanis berupa gaya tarik untuk melihat perilaku
inheren dari material terhadap pembebanan tersebut. Prinsip pengujian tarik yaitu
dengan memberikan tegangan aksial berupa tarikan pada kedua ujung atau salah satu
ujung spesimen tarik hingga putus [45].
Pada uji kekuatan tarik biokomposit ini digunakan standar ASTM D638-02a.
Kuat tarik (tensile strength) dihitung dengan cara membagi tekanan maksimum dengan
luas penampang minimum dari spesimen, dan dapat dalam satuan psi atau Pascal
(lbf/in2 ) [48]. Pengukuran tensile strength secara sistematis dapat ditulis sebagai
berikut:

Dimana :
�

�=

(2.2)

= tegangan atau kekuatan tarik (kgf/mm2 )

Fmaks = beban maksimum (kgf)
19
Universitas Sumatera Utara

A0

= luas penampang awal (mm2 )

[45]
2.11.3 Pemanjangan Pada Saat Putus
Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan
perubahan ukuran yang terjadi saat material di beri gaya. Elongation-to-break (ultimate
elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah. Perpanjangan putus
adalah parameter yang menunjukkan bahwa bahan polimer tersebut mempunyai sifat
elastis, dimana besarnya tergantung dari komposisi dan perlakuan dengan tujuan
tertentu. Pengujian sifat mekanik juga menghasilkan nilai persentase perpanjangan
putus

yang

menunjukkan persentase

mulurnya

yaitu besarnya perpanjangan

(pemuluran) sebelum akhirnya putus. Pada uji perpanjangan putus biokomposit ini
digunakan standar yang sama denggan kuat tarik yaitu ASTM D638-02a. Persentase
perpanjangan dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana :

�=

Lf

= panjang akhir benda uji

Lo

= panjang awal benda uji

] x 100 %

(2.3)

[45]
2.11.4 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah alat yang dapat membentuk
bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 510 nm diarahkan pada spesimen. Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan
dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan
atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang
diperoleh merupakan tofografi segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan
[49].
Hasil analisa uji SEM dapat memberikan informasi tentang bentuk dan
perubahan dari suatu bahan yang diuji dimana pada prinsipnya perubahan patahan,
lekukan dan perubahan struktur dari bahan cenderung mengalami perubahan energi.
Energi yang berubah tersebut dapat dipancarkan, dipantulkan, dan diserap serta diubah
menjadi gelombang elektron yang dapat ditangkap dan dibac a hasilnya pada foto SEM
[50].

20
Universitas Sumatera Utara

Pengujian karakteristik yang akan dilakukan dengan metode Scanning Electron
Microscope (SEM) untuk memonitor morfologi permukaan PEG 6000, PEG 1540, PEG
20, PEG 200 dengan tipe JSM 35C, dan Buck Scientific Model 500 Infrared
Spectrophotometer.
2.11.5 Fourier Transform InfraRed (FT-IR)
Prinsip kerja fourier transform infrared (FT-IR) adalah mengenali komponen
dalam suatu senyawa. Selanjutnya setiap kelompok komponen akan dideteksi pada
panjang gelombang dan nilai absorbansi yang berbeda [51]. FT-IR (Fourier Transform
Infra Red Spectroscopy) digunakan untuk menganalisa gugus-gugus fungsi penyusun
biokomposit [45]. Analisa gugus fungsi dengan FT-IR bertujuan untuk mengetahui
proses yang terjadi pada pencampuran apakah secara fisik atau kimia karena itu sa mpel
pada tiap proses pembuatan edible film dianalisa dengan FT-IR. Sampel ditempatkan ke
dalam set holder, kemudian dicari spektrum yang sesuai. Hasilnya akan didapatkan
difraktogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas. Spektrum FT-IR
direkam menggunakan spektrofotometer pada suhu ruang [52].
2.11.6 Ketahanan terhadap Air
Uji ini dilakukan untuk mengetahui terjadinya ikatan dalam polimer serta
tingkatan atau keteraturan ikatan dalam polimer yang ditentukan melalui presentase
penambahan berat polimer setelah mengalami penggembungan. Proses terdifusinya
molekul pelarut kedalam polimer akan menghasilkan gel yang menggembung. Pada uji
ketahanan air pada biokomposit ini digunakan standar ASTM D570-98. Ketahanan
terhadap air sampel dihitung melalui persamaan:
Air % =[

] x 100%

(2.4)

Dimana :
Wo = berat edible film kering
W = berat edible film basah
[52]
2.11.7 Uji Biodegradabilitas
Uji biodegradabilitas dilakukan untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan
sampel film plastik sampai mengalami degradasi. Uji biodegradabilitas yang dipilih
yaitu mengendalikan mikroorganisme tanah sebagai pembantu proses degradasi.
Pengujian biodegradasi ini dilakukan dengan teknik soil burial test. Sampel berukuran

21
Universitas Sumatera Utara

10x10 cm ditempatkan dan ditanam dalam pot yang telah terisi tanah. Pengamatan
terhadap sampel dilakukan dalam rentang waktu tertentu.
Standar oleh Organisasi Standar Internasional (ISO) dan Standar Nasional
Amerika

(ASTM)

telah

diterima

secara

global

untuk

mengevaluasi

dan

mengkuantifikasi biodegradable dibawah kondisi lingkungan/pembuangan yang
berbeda seperti pengomposan dan tanah [68].

22
Universitas Sumatera Utara