Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga (mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) dan Mikropartikel Clay Dengan Plasticizer Gliserol
ABSTRAK
Hybrid biokomposit 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 serta salah satu penyusunnya terbuat
dari bahan alam. Pengisi hybrid yang digunakan yaitu zinc oxide (ZnO) yang berukuran
nanopartikel yang bersifat ramah lingkungan dan mudah disintesa dan clay dengan sifat
kuat, kaku, melimpah di alam, murah serta kemampuannya yang tinggi dalam
menginterkalasikan partikel ke dalam strukturnya. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui potensi biji mangga dan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay serta
konsentrasi gliserol terhadap sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat
putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan
morfologi permukaan (SEM). Pembuatan biokomposit merujuk pada metode melt
intercalation, dimana tidak diperlukan penambahan pelarut dalam pembuatan hybrid
biokomposit. Pada penelitian ini digunakan massa pati biji mangga sebesar 5 gram,
dengan massa pengisi ZnO sebesar 0; 1; 3; dan 6 %wt dan clay sebesar 0; 3; 6; dan 9
%wt, sedangkan massa gliserol dengan variasi 0; 20; 25; 30; dan 35 %wt. Temperatur
pemanasan larutan biokomposit yang digunakan adalah 80,53 0 C. Biokomposit yang
dihasilkan dianalisis sifat fisika dan kimianya, meliputi analisis FTIR, SEM, RVA,
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, penyerapan air, dan densitas. Dari hasil
analisis FTIR ditunjukkan adanya perluasan gugus OH dari 3599,17 cm-1 menjadi
3645,46 cm-1 . Hasil analisa FTIR juga menunjukkan adanya gugus fungsi baru yang
terbentuk yaitu gugus C=C (cincin aromatik). Hasil SEM menunjukkan morfologi
biokomposit dimana pengisi hybrid terdispersi cukup baik yang secara tidak langsung
mempengaruhi sifat mekanik biokomposit. Dari analisa pati biji mangga diperoleh
kadar pati kadar pati 75,47%, kadar amilopektin 44,0%, kadar amilosa 14,82%, dan
kadar air 12,65%, suhu gelatinisasi 80,53 0 C dengan viskositas puncak yang sebesar
5303 cP, dan viskositas breakdown sebesar 1577 cP. Pada penelitian ini diperoleh
biokomposit dengan kondisi terbaik pada penggunaan pengisi hybrid ZnO 3%, clay 6%
dan gliserol 25%, dengan nilai kekuatan tarik 6,053 MPa, persen perpanjangan pada
saat putus 58,148%, nilai densitas 1,338 gr/cm3 dan persen penyerapan air 27,845%.
Kata kunci : biji mangga, biodegradable, biokomposit, clay, hybrid, zinc oxide
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Hybrid biocomposite is the addition of two materials or more of different reinforcing
particles of the properties resulting in interaction as well as a more complex
reinforcement process both to the matrix and filler and one of the constituents made of
natural materials. Hybrid fillers used are zinc oxide (ZnO), a nanoparticle-sized,
environmentally friendly and readily synthesized and clay with strong, rigid, abundant
in nature, inexpensive and high in interconnecting particles into its structure. The aim of
this research is to know the potency of mango seed and filler of zinc oxide and clay
nanoparticles and glycerol concentration to mechanical properties (tensile strength and
elongation at break), physical properties (resistance to water and density), functional
groups (FTIR) and surface morphology (SEM). Biocomposite production refers to the
method of melt intercalation, which does not require the addition of solvent in the
manufacture of hybrid biocomposites. In this study used mango seed starch mass of 5
grams, with ZnO filler mass of 0; 1; 3; And 6% wt and clay of 0; 3; 6; And 9 wt%,
while mass of glycerol with variation 0; 20; 25; 30; And 35% wt. The heating
temperature of the biocomposite solution used was 80,53 0 C. The resulting
biocomposites were analyzed for their physical and chemical properties, including
FTIR, SEM, RVA, tensile strength, elongation at break, water absorption, and density.
From result of FTIR analysis showed the expansion of OH group from 3599,17 cm-1 to
3645,46 cm-1 . FTIR analysis result also shows the existence of new functional group
formed that is group C=C (aromatic ring). The SEM results show the biocomposite
morphology in which the hybrid filler is dispersed well enough that indirectly affects
the mechanical properties of the biocomposite. From manganese starch starch analys is,
starch content of starch 75,47%, amylopectin content 44,0%, amylose 14,82% and
water content 12,65%, gelatinization temperature 80,53 0 C with peak viscosity 5303 cP
, And a breakdown viscosity of 1577 cP. In this study obtained biocomposite with the
best conditions on the use of ZnO 3% hybrid filler, 6% clay and 25% glycero l, with a
tensile strength of 6,053 MPa, percent extension at break off 58,148%, density 1,338 gr
/ cm3 and moisture absorption percentage 27,845 %.
Key words: mango seed, biodegradable, biocomposite, clay, hybrid, zinc oxide
vii
Universitas Sumatera Utara
Hybrid biokomposit 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 serta salah satu penyusunnya terbuat
dari bahan alam. Pengisi hybrid yang digunakan yaitu zinc oxide (ZnO) yang berukuran
nanopartikel yang bersifat ramah lingkungan dan mudah disintesa dan clay dengan sifat
kuat, kaku, melimpah di alam, murah serta kemampuannya yang tinggi dalam
menginterkalasikan partikel ke dalam strukturnya. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui potensi biji mangga dan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay serta
konsentrasi gliserol terhadap sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat
putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan
morfologi permukaan (SEM). Pembuatan biokomposit merujuk pada metode melt
intercalation, dimana tidak diperlukan penambahan pelarut dalam pembuatan hybrid
biokomposit. Pada penelitian ini digunakan massa pati biji mangga sebesar 5 gram,
dengan massa pengisi ZnO sebesar 0; 1; 3; dan 6 %wt dan clay sebesar 0; 3; 6; dan 9
%wt, sedangkan massa gliserol dengan variasi 0; 20; 25; 30; dan 35 %wt. Temperatur
pemanasan larutan biokomposit yang digunakan adalah 80,53 0 C. Biokomposit yang
dihasilkan dianalisis sifat fisika dan kimianya, meliputi analisis FTIR, SEM, RVA,
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, penyerapan air, dan densitas. Dari hasil
analisis FTIR ditunjukkan adanya perluasan gugus OH dari 3599,17 cm-1 menjadi
3645,46 cm-1 . Hasil analisa FTIR juga menunjukkan adanya gugus fungsi baru yang
terbentuk yaitu gugus C=C (cincin aromatik). Hasil SEM menunjukkan morfologi
biokomposit dimana pengisi hybrid terdispersi cukup baik yang secara tidak langsung
mempengaruhi sifat mekanik biokomposit. Dari analisa pati biji mangga diperoleh
kadar pati kadar pati 75,47%, kadar amilopektin 44,0%, kadar amilosa 14,82%, dan
kadar air 12,65%, suhu gelatinisasi 80,53 0 C dengan viskositas puncak yang sebesar
5303 cP, dan viskositas breakdown sebesar 1577 cP. Pada penelitian ini diperoleh
biokomposit dengan kondisi terbaik pada penggunaan pengisi hybrid ZnO 3%, clay 6%
dan gliserol 25%, dengan nilai kekuatan tarik 6,053 MPa, persen perpanjangan pada
saat putus 58,148%, nilai densitas 1,338 gr/cm3 dan persen penyerapan air 27,845%.
Kata kunci : biji mangga, biodegradable, biokomposit, clay, hybrid, zinc oxide
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Hybrid biocomposite is the addition of two materials or more of different reinforcing
particles of the properties resulting in interaction as well as a more complex
reinforcement process both to the matrix and filler and one of the constituents made of
natural materials. Hybrid fillers used are zinc oxide (ZnO), a nanoparticle-sized,
environmentally friendly and readily synthesized and clay with strong, rigid, abundant
in nature, inexpensive and high in interconnecting particles into its structure. The aim of
this research is to know the potency of mango seed and filler of zinc oxide and clay
nanoparticles and glycerol concentration to mechanical properties (tensile strength and
elongation at break), physical properties (resistance to water and density), functional
groups (FTIR) and surface morphology (SEM). Biocomposite production refers to the
method of melt intercalation, which does not require the addition of solvent in the
manufacture of hybrid biocomposites. In this study used mango seed starch mass of 5
grams, with ZnO filler mass of 0; 1; 3; And 6% wt and clay of 0; 3; 6; And 9 wt%,
while mass of glycerol with variation 0; 20; 25; 30; And 35% wt. The heating
temperature of the biocomposite solution used was 80,53 0 C. The resulting
biocomposites were analyzed for their physical and chemical properties, including
FTIR, SEM, RVA, tensile strength, elongation at break, water absorption, and density.
From result of FTIR analysis showed the expansion of OH group from 3599,17 cm-1 to
3645,46 cm-1 . FTIR analysis result also shows the existence of new functional group
formed that is group C=C (aromatic ring). The SEM results show the biocomposite
morphology in which the hybrid filler is dispersed well enough that indirectly affects
the mechanical properties of the biocomposite. From manganese starch starch analys is,
starch content of starch 75,47%, amylopectin content 44,0%, amylose 14,82% and
water content 12,65%, gelatinization temperature 80,53 0 C with peak viscosity 5303 cP
, And a breakdown viscosity of 1577 cP. In this study obtained biocomposite with the
best conditions on the use of ZnO 3% hybrid filler, 6% clay and 25% glycero l, with a
tensile strength of 6,053 MPa, percent extension at break off 58,148%, density 1,338 gr
/ cm3 and moisture absorption percentage 27,845 %.
Key words: mango seed, biodegradable, biocomposite, clay, hybrid, zinc oxide
vii
Universitas Sumatera Utara