Soal dan Jawaban UAS Mk. Rekayasa Proses
Febriani Purba
F351150321
Jawaban UAS Teknologi dan Produk Polimer
1. Jelaskan keunggulan penggunaan biopolimer dari modifikasi kimia produk
alam (chemically modified natural product)!
Keunggulan biopolimer dari modifikasi kimia produk alam adalah kita dapat
menghasilkan biopolimer yang memiliki karakteristik yang lebih baik daripada
karakteristik awalnyanya (natural), dan dapat menghasilkan biopolimer yang
memiliki karakteristik sesuai dengan yang diinginkan. Perubahan karakteristik ini
terjadi sebagai akibat reaksi antara bahan kimia dengan bahan alam tersebut.
Contoh: biopolimer karet alam secara alami memiliki elastisitas dan ketahanan
terhadap mikroorganisme yang rendah. Untuk memperbaiki sifat ini maka
dilakukan modifikasi kimia dengan menambahankan ammonia untuk menghindari
serangan mikroorganisme dan penambahan sulfur dan pemberian panas
(vulkanisasi) untuk menghasilkan karet dengan elastisitas yang lebih tinggi yang
disebut dengan elastomer. Albumin merupakan salah satu contoh biopolymer dari
golongan protein. Biopolimer albumin diketahui memiliki kemampuan untuk
menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Hal ini karena albumin memiliki
enzim lysozyme yang dapat memecah sel bakteri sehingga bakteri lisis dan mati.
Jika kita ingin menghasilkan produk biopolimer albumin dengan kekuatan
antibakteri yang tinggi maka kita dapat meningkatkan sifat tersebut dengan
menambahkan bahan pengawet (preservative) seperti nisin dan sodium laktat atau
penambahan substrat seperti ethylenediaminetetraacetic acid, butylparaben, dan
trisodium phosphate.
Dengan demikian keunggulan penggunaan biopolimer jenis ini adalah
diperolehnya biopolimer dengan karakteristik yang lebih sesuai dengan yang
dibutuhkan.
2. Sebutkan alasan proses pembuatan bioplastic berbahan dasar protein memiliki
biaya produksi yang rendah!
Bioplastik yang dibuat dari bahan dasar protein memiliki biaya produksi yang
lebih rendah karena proses produksi bioplastik dari bahan dasar protein
membutuhkan suhu yang lebih rendah. Dengan demikian kebutuhan energinya
menjadi lebih rendah sehingga biaya produksi menjadi lebih murah. Bioplastik
dari bahan dasar protein dapat diproduksi pada suhu yang lebih rendah karena
sifat protein yang terdenaturasi pada suhu yang lebih rendah dibanding bahan lain
seperti minyak bumi.
3. Sebutkan 2 (dua) hal yang menjadi permasalahan dalam penggunaan protein
sebagai bahan dasar bioplastik!
Sifat higroskopis (menyerap air) dari protein merupakan salah satu permasalah
dalam pembuatan bioplastik dari protein. Protein memiliki sifat untuk menyerap
air dari lingkungannya sehingga terjadi peningkatan kadar air dalam biopolymer
berkisar antara 40% sampai 320%. Peningkatan kadar air dalam bioplastik dapat
mengubah struktur ikatan di dalam polimer. Perubahan struktur ini dapat berakibat
pada penurunan tensile strength dan penurunan suhu degradasi sehingga
bioplastik lebih mudah rusak akibat panas. Permasalah kedua adalah masih
terbatasnya pengetahuan tentang interaksi antara bioplastik dan bakteri di
lingkungan. Penelitian dan studi tentang hal ini masih terbatas padahal pengetahun
ini sangat penting dalam upaya penentuan produk apa yang akan dibuat dari
bioplastik jenis protein tersebut. Hal ini sangat penting terutama apabila aplikasi
untuk alat-alat medis yang digunakan langsung pada tubuh pasien. Misalnya
memastikan kemampuan bioplastik untuk menghambat pertumbuhan bakteri
sehingga menghindari terjadinya infeksi.
4. Campuran bioplastic manakah yang paling memiliki kekuatan tarik yang lebih
stabil? Jelaskan dan sebutkan alasannya!
Bioplastik dengan komposisi 80:20 albumin-natural rubber merupakan
bioplastik yang memiliki keuatan Tarik yang paling stabil dibanding komposisi
lainnya. Plastik 75:25 albumin-water memang memiliki nilai kuat tarik yang
paling tinggi dibanding dengan plastik 80:20 albumin-natural rubber , tetapi
plastik 75:25 albumin-water ini tidak stabil karena ia mengalami perubahan kadar
air selama proses penyimpanan sedangkan plastik 80:20 albumin-natural rubber
memiliki kadar air yang konstan (stabil). Kestabilan ini dipengaruhi oleh sifat
karet alam (natural rubber ) yang stabil dan tidak reaktif terhadap lingkungan serta
terbentunya ikatan silang antara albumin dan natural rubber . Kestabilan kadar air
ini berarti bahwa bioplastik relatif tidak menyerap atau pun melepaskan air dari
dan ke lingkungan.
Kestabilan pada kadar air ini sangat perlu karena akan berpengaruh terhadap
kualitas bioplastik untuk jangka waktu yang lama. Apabila bioplastik mengalami
perubahan kadar air selama digunakan/disimpan maka kualitas dari material akan
berubah. Kekuatan tarik akan berubah menjadi semakin kecil karena kehilangan
air dari bahan akan membuat bioplastik menjadi lebih kaku (stiff) dan rapuh
(brittle). Tentu kita tidak mengharapkan produk yang demikian. Oleh sebab itu
plastik 80:20 albumin-natural rubber merupakan pilihan yang tepat karena
kualitasnya (tensile strength, modulus, thermal stability) stabil.
5. Buktikan dengan penjelasan data bahwa glass transition temperature dari
bioplastik dengan pemlastis karet sebesar 40-800C!
Glass transition temperatureI (Tg) adalah suhu dimana material mengalami
perubahan fasa dari fasa glassy menjadi fasa rubbery. Daerah Tg ini dapat dilihat
dari bentuk kurva pada grafik hubungan antara suhu dengan heat flow
(thermograph). Permulaan daerah untuk Tg dimulai saat grafik pertama kali mulai
menurun dan berakhir saat grafik mulai meningkat. Dari Gambar 1 kita dapat
melihat bahwa daerah Tg untuk pure albumin berada pada suhu sekitar 75-1250C
dan untuk bioplastik 80:20 albumin-natural rubber berada diantara 40-800C.
Gambar 1 Thermograph dari pure albumin dan plastik 80:20 albumin-rubber
Tabel 1 Nilai Heat flow pure albumin dan plastik 80:20 albumin-rubber
Suhu (ºC)
-25
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
Heat flow (W/g)
Plastic albuminPure Albumin
rubber
-0.6
-0.877
-0.69
-0.878
-0.74
-1.125
-0.98
-1.3125
-1.25
-1.74
-1.44
-1.73
-1.43
-1.72
-1.38
-1.51
-1.23
-1.375
-1.22
-1.316
-1.4
-1.49
-1.5
-1.625
-1.635
-1.615
6. Berdasarkan penggolongan, jelaskan jenis karet yang digunakan sebagai bahan
pemelastis!
Jenis karet yang digunakan sebagai pemelastis pada penelitian yang dilakukan
oleh Jones et al. (2013) adalah jenis lateks alam (natural lattices) yang diperoleh
dari hasil getah pohon karet (Havea brasilensisi). Lateks alam yang digunakan
terlebih dahulu dipekatkan, karena lateks alam yang baru disadap hanya memiliki
kadar padatan 33%, sedangkan pada jurnal dijelaskan digunakan lateks alam
dengan konsentrasi padatan 70%. Proses pemadatan dapat dilakukan dengan
sentrifugasi, evaporasi, atau penambahan bahan kimia seperti ammonia. Lateks
alam memiliki sifat yang plastis dan mudah dibentuk pada suhu tinggi.
F351150321
Jawaban UAS Teknologi dan Produk Polimer
1. Jelaskan keunggulan penggunaan biopolimer dari modifikasi kimia produk
alam (chemically modified natural product)!
Keunggulan biopolimer dari modifikasi kimia produk alam adalah kita dapat
menghasilkan biopolimer yang memiliki karakteristik yang lebih baik daripada
karakteristik awalnyanya (natural), dan dapat menghasilkan biopolimer yang
memiliki karakteristik sesuai dengan yang diinginkan. Perubahan karakteristik ini
terjadi sebagai akibat reaksi antara bahan kimia dengan bahan alam tersebut.
Contoh: biopolimer karet alam secara alami memiliki elastisitas dan ketahanan
terhadap mikroorganisme yang rendah. Untuk memperbaiki sifat ini maka
dilakukan modifikasi kimia dengan menambahankan ammonia untuk menghindari
serangan mikroorganisme dan penambahan sulfur dan pemberian panas
(vulkanisasi) untuk menghasilkan karet dengan elastisitas yang lebih tinggi yang
disebut dengan elastomer. Albumin merupakan salah satu contoh biopolymer dari
golongan protein. Biopolimer albumin diketahui memiliki kemampuan untuk
menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Hal ini karena albumin memiliki
enzim lysozyme yang dapat memecah sel bakteri sehingga bakteri lisis dan mati.
Jika kita ingin menghasilkan produk biopolimer albumin dengan kekuatan
antibakteri yang tinggi maka kita dapat meningkatkan sifat tersebut dengan
menambahkan bahan pengawet (preservative) seperti nisin dan sodium laktat atau
penambahan substrat seperti ethylenediaminetetraacetic acid, butylparaben, dan
trisodium phosphate.
Dengan demikian keunggulan penggunaan biopolimer jenis ini adalah
diperolehnya biopolimer dengan karakteristik yang lebih sesuai dengan yang
dibutuhkan.
2. Sebutkan alasan proses pembuatan bioplastic berbahan dasar protein memiliki
biaya produksi yang rendah!
Bioplastik yang dibuat dari bahan dasar protein memiliki biaya produksi yang
lebih rendah karena proses produksi bioplastik dari bahan dasar protein
membutuhkan suhu yang lebih rendah. Dengan demikian kebutuhan energinya
menjadi lebih rendah sehingga biaya produksi menjadi lebih murah. Bioplastik
dari bahan dasar protein dapat diproduksi pada suhu yang lebih rendah karena
sifat protein yang terdenaturasi pada suhu yang lebih rendah dibanding bahan lain
seperti minyak bumi.
3. Sebutkan 2 (dua) hal yang menjadi permasalahan dalam penggunaan protein
sebagai bahan dasar bioplastik!
Sifat higroskopis (menyerap air) dari protein merupakan salah satu permasalah
dalam pembuatan bioplastik dari protein. Protein memiliki sifat untuk menyerap
air dari lingkungannya sehingga terjadi peningkatan kadar air dalam biopolymer
berkisar antara 40% sampai 320%. Peningkatan kadar air dalam bioplastik dapat
mengubah struktur ikatan di dalam polimer. Perubahan struktur ini dapat berakibat
pada penurunan tensile strength dan penurunan suhu degradasi sehingga
bioplastik lebih mudah rusak akibat panas. Permasalah kedua adalah masih
terbatasnya pengetahuan tentang interaksi antara bioplastik dan bakteri di
lingkungan. Penelitian dan studi tentang hal ini masih terbatas padahal pengetahun
ini sangat penting dalam upaya penentuan produk apa yang akan dibuat dari
bioplastik jenis protein tersebut. Hal ini sangat penting terutama apabila aplikasi
untuk alat-alat medis yang digunakan langsung pada tubuh pasien. Misalnya
memastikan kemampuan bioplastik untuk menghambat pertumbuhan bakteri
sehingga menghindari terjadinya infeksi.
4. Campuran bioplastic manakah yang paling memiliki kekuatan tarik yang lebih
stabil? Jelaskan dan sebutkan alasannya!
Bioplastik dengan komposisi 80:20 albumin-natural rubber merupakan
bioplastik yang memiliki keuatan Tarik yang paling stabil dibanding komposisi
lainnya. Plastik 75:25 albumin-water memang memiliki nilai kuat tarik yang
paling tinggi dibanding dengan plastik 80:20 albumin-natural rubber , tetapi
plastik 75:25 albumin-water ini tidak stabil karena ia mengalami perubahan kadar
air selama proses penyimpanan sedangkan plastik 80:20 albumin-natural rubber
memiliki kadar air yang konstan (stabil). Kestabilan ini dipengaruhi oleh sifat
karet alam (natural rubber ) yang stabil dan tidak reaktif terhadap lingkungan serta
terbentunya ikatan silang antara albumin dan natural rubber . Kestabilan kadar air
ini berarti bahwa bioplastik relatif tidak menyerap atau pun melepaskan air dari
dan ke lingkungan.
Kestabilan pada kadar air ini sangat perlu karena akan berpengaruh terhadap
kualitas bioplastik untuk jangka waktu yang lama. Apabila bioplastik mengalami
perubahan kadar air selama digunakan/disimpan maka kualitas dari material akan
berubah. Kekuatan tarik akan berubah menjadi semakin kecil karena kehilangan
air dari bahan akan membuat bioplastik menjadi lebih kaku (stiff) dan rapuh
(brittle). Tentu kita tidak mengharapkan produk yang demikian. Oleh sebab itu
plastik 80:20 albumin-natural rubber merupakan pilihan yang tepat karena
kualitasnya (tensile strength, modulus, thermal stability) stabil.
5. Buktikan dengan penjelasan data bahwa glass transition temperature dari
bioplastik dengan pemlastis karet sebesar 40-800C!
Glass transition temperatureI (Tg) adalah suhu dimana material mengalami
perubahan fasa dari fasa glassy menjadi fasa rubbery. Daerah Tg ini dapat dilihat
dari bentuk kurva pada grafik hubungan antara suhu dengan heat flow
(thermograph). Permulaan daerah untuk Tg dimulai saat grafik pertama kali mulai
menurun dan berakhir saat grafik mulai meningkat. Dari Gambar 1 kita dapat
melihat bahwa daerah Tg untuk pure albumin berada pada suhu sekitar 75-1250C
dan untuk bioplastik 80:20 albumin-natural rubber berada diantara 40-800C.
Gambar 1 Thermograph dari pure albumin dan plastik 80:20 albumin-rubber
Tabel 1 Nilai Heat flow pure albumin dan plastik 80:20 albumin-rubber
Suhu (ºC)
-25
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
Heat flow (W/g)
Plastic albuminPure Albumin
rubber
-0.6
-0.877
-0.69
-0.878
-0.74
-1.125
-0.98
-1.3125
-1.25
-1.74
-1.44
-1.73
-1.43
-1.72
-1.38
-1.51
-1.23
-1.375
-1.22
-1.316
-1.4
-1.49
-1.5
-1.625
-1.635
-1.615
6. Berdasarkan penggolongan, jelaskan jenis karet yang digunakan sebagai bahan
pemelastis!
Jenis karet yang digunakan sebagai pemelastis pada penelitian yang dilakukan
oleh Jones et al. (2013) adalah jenis lateks alam (natural lattices) yang diperoleh
dari hasil getah pohon karet (Havea brasilensisi). Lateks alam yang digunakan
terlebih dahulu dipekatkan, karena lateks alam yang baru disadap hanya memiliki
kadar padatan 33%, sedangkan pada jurnal dijelaskan digunakan lateks alam
dengan konsentrasi padatan 70%. Proses pemadatan dapat dilakukan dengan
sentrifugasi, evaporasi, atau penambahan bahan kimia seperti ammonia. Lateks
alam memiliki sifat yang plastis dan mudah dibentuk pada suhu tinggi.