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

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

LATAR BELAKANG
Produk plastik sering dipergunakan oleh masyarakat dalam kehidupan se hari-

hari sebagai bahan kemasan karena sifatnya yang ringan, relatif murah, fleksibel, dan
praktis. Akan tetapi penggunaan plastik tersebut memiliki kelemahan karena merupakan
polimer sintetik dengan bahan baku

utama yang berasal dari minyak bumi yang

jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbaharui, sehingga limbah plastik sulit sekali
terurai oleh mikroorganisme. Akibatnya semakin banyak yang menggunakan plastik
menimbulkan terjadinya penumpukan yang menyebabkan pencemaran serta kerusakan
lingkungan hidup.
Berbagai upaya untuk mengurangi dampak sampah plastik telah dilakukan.
Selain proses daur ulang plastik, plastik ramah lingkungan juga telah dike mbangkan.
Plastik yang terbuat dari bahan kimia sintetik diganti dengan bahan baku yang mudah
diuraikan oleh mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan,

yang disebut dengan plastik biodegradable (bioplastik). Sumber daya terbarukan yang
dikenal mampu membuat plastik biodegradable adalah pati dan selulosa [1].
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk membuat bioplastik dengan
menggunakan beberapa polimer alami seperti protein, pati, dan bakteri [2]. Beberapa
penelitian terdahulu telah dilakukan untuk menghasilkan

bioplastik. Namun

penggunaan bahan-bahan alam yang digunakan kurang efektif, hal tersebut dikarenakan
bahan-bahan alam tersebut masih digunakan sebagai salah satu pengganti makanan
pokok. Selain itu, plastik berbahan baku pati memiliki kelemahan yaitu bioplastik yang
dihasilkan kurang tahan terhadap air, dan sifat mekaniknya masih rendah (kekuatan
tarik dan modulus young). Salah satu cara untuk mengurangi sifat hidrofilik adalah
dengan mencampur pati dengan biopolimer lain yang bersifat hidrofobik seperti
selulosa, kitosan, dan protein [3]. Sedangkan untuk memperbaiki sifat mekaniknya
(terutama elastisitas) dapat dilakukan dengan mencampur pati dengan plasticizer.
Pada penelitian ini, sumber pati yang digunakan adalah pati biji mangga.
Dimana biji mangga ini diperoleh secara acak. Produksi mangga di Indonesia bersifat
fluktuatif, namun cenderung selalu tinggi di setiap tahunnya. Pada tahun 2011 produksi

1
Universitas Sumatera Utara

mangga di Indonesia adalah sebesar 2,13 juta ton, naik sebanyak 0,84 juta ton (65,55%)
dibandingkan tahun 2010. Pada tahun 2012, produksi mangga di Indonesia adalah
sebesar 2,4 juta ton dan pada tahun 2014 adalah sebesar 2,2 juta ton [56]. Dengan
besarnya produksi mangga di setiap tahunnya, tentunya juga akan menghasilkan sampah
berupa biji dalam jumlah besar, sehingga hanya menjadi sampah yang mengotori
lingkungan. Biji mengandung cadangan makromolekul dalam jumlah banyak dan khas.
Karbohidrat merupakan cadangan makanan utama pada sebagian besar biji. Bentuk
karbohidrat cadangan yang paling banyak dijumpai adalah pati [19]. Selain sebagai
biopolimer yang biodegradable, biji mangga juga memiliki kandungan pati yang dapat
dimanfaatkan dan bukan merupakan suatu pengganti bahan pangan pokok. Sampah biji
mangga yang belum dimanfaatkan secara maksimal ini akan menghasilkan nilai
ekonomis [23]. Selain itu, biji mangga memiliki kandungan pati yang cukup tinggi
sehingga berpotensi sebagai alternatif pengganti bahan dalam pembuatan bioplastik.
Kandungan pati dalam biji mangga sebanyak 70,76% [4]. Pati biji mangga mempunyai
kadar amilosa 35,32% dan amilopektin 45,98%. Kadar amilosa tersebut diharapkan
dapat memberikan sifat mekanik yang optimal dan kadar amilopektin memberikan sifat
lengket yang optimal [5].

Hybrid biokomposit merupakan penambahan dua bahan atau lebih partikel
pengisi 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. Komposit nano hibrid merupakan gabungan dari komposit
microfiller dan komposit nanofiller. Komposit nanohibrid memiliki sifat fisik dan
mekanis yang baik serta mudah dipoles (permukaannya halus) [15].
Pada penelitian ini pengisi hybrid yang digunakan yaitu zinc oxide (ZnO) yang
bersifat anorganik dan clay alami yang bersifat organik sebagai pengisi yang kemudian
digabungkan dengan pati biji mangga sebagai matriks untuk pembentukan hybrid
biokomposit bersifat biodegradable dimana sifat ZnO yang hidrofobik dapat
mengurangi sifat clay yang hidrofilik sehingga dapat diharapkan biokomposit yang
dihasilkan memiliki sifat yang tahan terhadap air. Pembuatan bioplastik pada penelitian
sebelumya dilakukan dengan menggabungkan pati ubi jalar dengan ZnO dan Clay
dimana diperoleh hasil terbaik pada konsentrasi ZnO sebesar 3% dan clay sebesar 6%
dengan menggunakan plasticizer gliserol dihasilkan bioplastik yang bersifat kental,

2
Universitas Sumatera Utara

terdapat gelembung udara dan mempunyai ketebalan yang baik [6].

Pada penelitian ini digunakan juga bahan untuk

meningkatkan sifat

plastisitasnya, yakni sifat mekanik yang lunak, ulet yang disebut dengan plasticizer [7].
Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika
ditambahkan pada material lain sehingga dapat merubah sifat material tersebut dan
mengatasi kerapuhan film yang disebabkan oleh kekuatan intermolekular yang tinggi.
Plasticizer umumnya berupa molekul kecil yang menyebar dan masuk diantara rantai
polimer, kemudian merusak ikatan hidrogen dan memisahkan rantai-rantainya, yang
mana tidak hanya meningkatkan fleksibilitas tetapi juga permeabilitas terhadap uap air
dan gas. Gliserol merupakan plasticizer yang efektif karena memiliki kelebihan mampu
untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada ikatan intermolekuler sehingga baik
untuk menghambat penguapan air dari produk, dapat larut dalam tiap-tiap rantai polimer
sehingga akan mempermudah gerakan molekul polimer, tersedia dalam jumlah yang
banyak, harganya murah dan bersifat non toksik [45]. Pemlastis polimer yang biasa
digunakan adalah plasticizer dari golongan kelompok poliol seperti gliserol, sorbitol
dan xilitol, sehingga digunakanlah pemlastis gliserol untuk mengoptimasi bioplastik [8].
Pembuatan hybrid biokomposit dilakukan dengan menggabungkan pengisi ZnO
dan clay serta plasticizer gliserol pada konsentrasi terbaik dengan pati biji mangga

sebagai matriksnya sehingga diharapkan dapat menghasilkan produk plastik yang
bersifat biodegradable [6]. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka perlu dilakukan
penelitian tentang kemampuan biji mangga dalam pembuatan biokomposit dan dilihat
pengaruh penambahan pengisi hybrid yaitu ZnO dan clay serta plasticizer gliserol
terhadap sifat hybrid biokomposit yang dihasilkan.

1.2

PERUMUSAN MASALAH
Adapun perumusan masalah penelitian ini adalah:
1. Pengaruh konsentrasi gliserol sebagai bahan pemlastis terhadap sifat mekanik
(kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air
dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada
biokomposit.
2. Pengaruh penambahan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay dalam pati biji
mangga terhadap sifat sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat

3
Universitas Sumatera Utara

putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR)
dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit, serta kemampuan
degradasi biokomposit yang dihasilkan.

1.3

TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan penelitian ini adalah:
1. Menentukan pengaruh konsentrasi gliserol sebagai bahan pemlastis terhadap
sifat mekanik (kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus), sifat fisik
(ketahanan terhadap air dan densitas), gugus fungsi (FTIR) dan morfologi
permukaan (SEM) pada biokomposit.
2. Menentukan pengaruh penambahan pengisi nanopartikel zinc oxide dan clay
dalam pati biji mangga terhadap sifat sifat mekanik (kekuatan tarik dan
pemanjangan saat putus), sifat fisik (ketahanan terhadap air dan densitas),
gugus fungsi (FTIR) dan morfologi permukaan (SEM) pada biokomposit, serta
kemampuan degradasi biokomposit yang dihasilkan.

1.4

MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Meningkatkan nilai ekonomis dari pengolahan sampah biji mangga.
2. Meminimalisir

penggunaan

plastik

konvensional

sehingga

mengurangi

pencemaran lingkungan dan penghematan bahan bakar fosil.
3. Meminimalisir kekurangan dari sifat plastik konvensional dengan menggunakan
pengisi hybrid.

1.5

RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Farmasi, Fakultas Farmasi,

Laboratorium Fisika FMIPA, Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium
Polimer, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Penelitian ini memiliki ruang lingkup sebagai berikut:

4
Universitas Sumatera Utara

1. Pati yang digunakan berasal dari biji mangga (mangifera indica) yang diperoleh
secara acak dari penjual jus buah di sekitar Pembangunan dan Padang Bulan Pasar 1
Medan.
2. Variabel bebas penelitian ditunjukkan melalui tabel berikut:
Tabel 1.1 Variabel Bebas Penelitian [6]
Pati
Gliserol
Pengisi (%)

ZnO
(gram)
(%)
(Zinc Oxide)
0
1
0
3
6
0
1
20
3
6
0
1
25
5
3
6

0
1
30
3
6
0
35
1
3
6

Clay
0
3
6
9
0
3
6
9

0
3
6
9
0
3
6
9
0
3
6
9

3. Variabel tetap penelitian adalah sebagai berikut:
 Massa pati biji mangga (mangifera indica) = 5 gram [6]
 Suhu gelatinisasi = 80,53 0 C
 Ukuran partikel Zinc Oxide (ZnO) = 24 nm
 Ukuran partikel Clay = 10,813 µm
 Waktu ultrasonikasi = 50 menit [6]

4. Analisa hasil penelitian yaitu :
a. Uji pati biji mangga, meliputi :
 Kadar Pati

5
Universitas Sumatera Utara

 Kadar Air
 Profil Gelatinisasi
 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)
 Scanning Electron Microscope (SEM)
b. Uji biokomposit, meliputi :
 Densitas [10]
 Uji Biodegrabilitas [6]
 Ketahanan terhadap air [11]
 Kekuatan Tarik [12]
 Pemanjangan pada saat putus (Elongation at break) [12]
 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) [45]
 Scanning Electron Microscope (SEM) [45]

6
Universitas Sumatera Utara