Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga (mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) dan Mikropartikel Clay Dengan Plasticizer Gliserol
PEMBUATAN HYBRID BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2017
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN HYBRID BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2017
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan
rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
skripsi dengan judul “Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga
(mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dan Mikropartikel Clay
Dengan Plasticizer Gliserol”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di
Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Penelitian Departemen Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga
penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada:
1. Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta
persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.
2. Ibu Prof. Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc dan Bapak M. Hendra S. Ginting, ST., MT
selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun
dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM , selaku ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T., selaku koordinator penelitian.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis
mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini
memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Juli 2017
Penulis
Trecy Kartika
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini untuk orang tua penulis, Togi Pardede dan Donna
Situmorang serta saudara penulis, Golda Claudia Pardede yang telah memberikan doa
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini,
kemudian untuk Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc yang telah banyak memberikan bimbingan
dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini, dan terkhusus
untuk teman-teman setia penulis, Alissha Tesanika, Christin Siahaan, Todoan Pardede,
yang selalu menyemangati, mendukung dan membantu saya hingga menyelesaikan
skripsi ini, serta kepada teman-teman seperjuangan angkatan 2013.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Trecy Kartika
NIM : 130405093
Tempat/tgl lahir : Jakarta, 15 Januari 1995
Nama Orang tua : Togi Pardede, SH
Alamat Orang tua : Jalan Stella Raya No. 11, Medan
Asal Sekolah
SD Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2000-2006
SMP Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2006-2009
SMA ST. Thomas 1 Medan tahun 2009-2012
Beasiswa yang pernah diperoleh :
Pengalaman organisasi/kerja :
1. HIMATEK USU periode 2016-2017 sebagai pengurus.
2. BKKMTKI tahun 2015 sebagai anggota
3. Kerja Praktek di PT. Toba Pulp Lestari tahun 2016.
Artikel yang telah dipublikasi dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah :
1. Talenta Conference on Engineering, Science and technology (CEST) 2017
v
Universitas Sumatera Utara
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
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI................................................................... i
PENGESAHAN ....................................................................................................... ii
PRAKATA...............................................................................................................iii
DEDIKASI.............................................................................................................. iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................................................ v
ABSTRAK .............................................................................................................. vi
ABSTRACT............................................................................................................vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL.................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 LATAR BELAKANG ....................................................................................... 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH .............................................................................. 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN .................................................................................... 4
1.4 MANFAAT PENELITIAN ............................................................................... 4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN ................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7
2.1 KOMPOSIT ....................................................................................................... 7
2.2 HYBRID KOMPOSIT ....................................................................................... 7
2.3 BIOKOMPOSIT ................................................................................................ 8
2.4 MANGGA ......................................................................................................... 9
2.4.1 Biji Mangga .......................................................................................... 10
2.4.2 Pati Biji Mangga .................................................................................. 10
2.5 GLISEROL ...................................................................................................... 11
2.6 ZnO (Zinc Oxide) ............................................................................................ 13
2.7 CLAY ................................................................................................................ 14
2.8 ULTRASONIKASI.......................................................................................... 15
viii
Universitas Sumatera Utara
2.9 GELATINISASI PATI .................................................................................... 16
2.10 METODE PEMBUATAN BIOKOMPOSIT ................................................ 17
2.10.1 Eksfoliasi/Adsorpsi ............................................................................ 17
2.10.2 Polimerisasi In Situ Interkalatif ......................................................... 18
2.10.3 Interkalasi Larutan/Interkalasi Prepolimer dari Larutan .................... 18
2.10.4 Melt Intercalation .............................................................................. 18
2.11 PENGUJIAN BIOKOMPOSIT .................................................................... 18
2.11.1 Penentuan Rapat Massa (Densitas) .................................................... 18
2.11.2 Sifat Kekuatan Tarik .......................................................................... 19
2.11.3 Pemanjangan pada saat Putus ............................................................ 20
2.11.4 Scanning Electron Microscopy (SEM) .............................................. 20
2.11.5 Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ................................................ 21
2.11.6 Ketahanan terhadap Air ..................................................................... 21
2.11.7 Uji Biodegrabilitas .............................................................................. 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 23
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN ......................................................... 23
3.2 BAHAN ........................................................................................................... 23
3.3 PERALATAN .................................................................................................. 23
3.4 PROSEDUR PENELITIAN ........................................................................... 23
3.4.1 Ekstraksi Pati ....................................................................................... 23
3.4.2 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi
Pengisi Nanopartikel ZnO dan Mikropartikel Clay serta Variasi
Plasticizer Gliserol ............................................................................... 24
3.4.3 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Pengisi
Hybrid ................................................................................................... 25
3.5 PROSEDUR ANALISIS ................................................................................. 25
3.5.1 Prosedur Analisa Pati .................................................................................... 25
3.5.1.1 Prosedur Analisa Kadar Pati .............................................................. 25
3.5.1.2 Prosedur Analisa Kadar Air ............................................................... 26
3.5.1.3 Prosedur Analisa Profil Gelatinisasi dengan Rapid Visco
Analyzer (RVA) ................................................................................ 26
3.5.1.4 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
ix
Universitas Sumatera Utara
(FT-IR) ............................................................................................... 27
3.5.1.5 Prosedur Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ................. 27
3.5.2 Prosedur Analisa Biokomposit .................................................................... 28
3.5.2.1 Prosedur Analisis Densitas ................................................................ 28
3.5.2.2 Prosedur Pengujian Sifat Kekuatan Tarik .......................................... 28
3.5.2.3 Prosedur Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus ........................... 28
3.5.2.4 Prosedur Pengujian Ketahanan terhadap Air ..................................... 28
3.5.2.5 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) ................................................................................................ 29
3.5.2.6 Prosedur Analisa Scanning Electron (SEM)....................................... 29
3.5.3 Prosedur Uji Biodegrabilitas ......................................................................... 29
3.5.3.1 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam ........................... 29
3.5.3.2 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ........................ 29
3.6 FLOWCHART PENELITIAN .......................................................................... 30
3.6.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga ................................................. 30
3.6.2 Flowchart Uji Kadar Pati ..................................................................... 31
3.6.3 Flowchart Uji Kadar Air ...................................................................... 32
3.6.4 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) .................................................................................................. 33
3.6.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit ..................................................... 34
3.6.5.1 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan
Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol .................................................................................... 34
3.6.5.2 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan
Variasi Pengisi Mikropartikel Clay dan Variasi Plasticizer
Gliserol ..................................................................................... 35
3.6.5.3 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Pengisi Hybrid.............................................................. 36
3.6.6 Flowchart Analisa Densitas .................................................................. 37
3.6.7 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) .................................................................................................. 38
3.6.8 Flowchart Pengujian Sifat Kekuatan Tarik .......................................... 38
x
Universitas Sumatera Utara
3.6.9 Flowchart Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus .......................... 39
3.6.10 Flowchart Analisa Ketahanan terhadap Air ....................................... 40
3.6.11 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ................ 41
3.6.12 Flowchart Uji Biodegrabilitas ............................................................. 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam .......... 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ....... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 44
4.1 HASIL EKSTRAKSI DARI PATI BIJI MANGGA ....................................... 44
4.2 HASIL KARAKTERISTIK PATI BIJI MANGGA ........................................ 44
4.2.1 Kadar Pati............................................................................................... 44
4.2.2 Kadar Amilosa dan Amilopektin ........................................................... 45
4.2.3 Kadar Air................................................................................................ 46
4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR BIOKOMPOSIT PATI
BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PENGISI HYBRID DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL ............................................................................ 46
4.4 KARAKTERISTIK MORFOLOGI PATI BIJI MANGGA DENGAN
SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) .......................................... 50
4.5 KARAKTERISTIK PROFIL GELATINISASI PATI DENGAN RVA
(RAPID VISCO ANALYZER) .......................................................................... 52
4.6 HASIL KARAKTERISTIK BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA...................................................................................................... 54
4.6.1 Hasil Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ............................. 54
4.6.2 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Sifat Densitas Biokomposit .................................................... 57
4.6.3 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Kekuatan Tarik Biokomposit.................................................. 58
4.6.4 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit........................... 61
4.6.5 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Sifat Penyerapan Air Biokomposit ......................................... 64
xi
Universitas Sumatera Utara
4.7 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA MORFOLOGI PATAHAN
BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PATI
BIJI MANGGA DENGAN PENGISI HYBRID DAN PLASTICIZER
GLISEROL ..................................................................................................... 66
4.8 UJI BIODEGRABILITAS BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA
DENGAN PENGISI HYBRID DENGAN PLASTICIZER GLISEROL ......... 69
4.9 KARAKTERISASI TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE (TEM)
PENGISI NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) ....................................... 71
BAB V KESIMPULAN ......................................................................................... 72
5.1 KESIMPULAN ......................................................................................... 72
5.2 SARAN ..................................................................................................... 73
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 74
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN .................................................................. 80
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ........................................................ 86
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ................................................ 89
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN ................................................................................................. 95
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Rute Berbeda untuk Pembuatan Biokomposit .................................... 8
Gambar 2.2 Pengaruh Temperatur Gelatinisasi Terhadap Viskositas Pati ........... 17
Gambar 3.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga .............................................. 30
Gambar 3.2 Flowchart Pengujian Kadar Pati ....................................................... 31
Gambar 3.3 Flowchart Pengujian Kadar Air ........................................................ 31
Gambar 3.4 FlowchartAnalisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR).............................................................................................. 33
Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol ............................................................................................. 34
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol ............................................................................................. 35
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Hybrid dan Variasi Plasticizer Gliserol ...... 36
Gambar 3.8 Flowchart Analisa Densitas .............................................................. 37
Gambar 3.9 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR).............................................................................................. 38
Gambar 3.10 Flowchart Analisa Kuat Tarik ......................................................... 38
Gambar 3.11 Flowchart Analisa Perpanjangan Saat Putus ................................... 39
Gambar 3.12 Flowchart Analisa Ketahanan Terhadap Air ................................... 40
Gambar 3.13 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ............. 41
Gambar 3.14 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanaman .................. 42
Gambar 3.15 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung .................. 43
Gambar 4.1 (a) Biji Mangga (b) Pati Biji Mangga .............................................. 44
Gambar 4.2 Karakteristik Hasil Analisa FT-IR .................................................... 47
Gambar 4.3 (a) Hasil SEM pati biji mangga perbesaran 1000 kali (b) Hasil
SEM pati biji mangga perbesaran 500 kali ....................................... 51
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Waktu dan Temperatur terhadap
Viskositas Pati Biji Mangga ............................................................. 52
Gambar 4.5 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Densitas Biokomposit .......................................... 57
Gambar 4.6 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Kekuatan Tarik Biokomposit ...................... 58
Gambar 4.7 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit...................................................................................... 61
Gambar 4.8 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Penyerapan Air Biokomposit ...................... 64
Gambar 4.9 Hasil Analisa Morfologi Patahan Biokomposit dari Pati Biji
Mangga Tanpa Pengisi dengan Plasticizer Gliserol dan
(b) Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
dan Plasticizer Gliserol di di Perbesaran 500x ................................. 66
Gambar 4.10 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan
Pengisi Hybrid dan Plasticizer Gliserol .......................................... 69
Gambar 4.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan dengan Pengisi ZnO dan
Clay .................................................................................................. 69
Gambar 4.12 Karakteristik Transmission Electron Microscope (TEM) Pengisi
Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Pada Perbesaran 200 nm………. 72
Gambar C.1 Pati Biji Mangga.............................................................................. 89
Gambar C.2 Clay.................................................................................................. 89
Gambar C.3 Zinc Oxide (ZnO) ............................................................................ 90
Gambar C.4 Gliserol ............................................................................................ 90
Gambar C.5 Proses Pembuatan Bioplastik .......................................................... 91
Gambar C.6 Ultrasonikasi.................................................................................... 91
Gambar C.7 Alat Uji Tarik (Tensile Strength)..................................................... 92
Gambar C.8 Alat Uji FTIR (Fourier Transform Infra-Red) ................................ 92
Gambar C.9 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy).............................. 93
Gambar C.10 (a) Produk Biokomposit dengan Pengisi Clay dan Variasi Gliserol
(b) Produk Biokomposit dengan Pengisi ZnO dan Variasi
xiv
Universitas Sumatera Utara
Gliserol ........................................................................................... 93
Gambar C.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan cara (a) Ditanam
dan (b) Digantung ........................................................................... 94
Gambar D.1 Hasil FT-IR Clay ............................................................................. 95
Gambar D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO)........................................................ 96
Gambar D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ......................................................... 97
Gambar D.4 Hasil FT-IR Biokomposit Pati Biji Mangga tanpa Pengisi dan
tanpa Plasticizer Gliserol................................................................ 98
Gambar D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan tanpa Penambahan Pengisi....................... 99
Gambar D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dengan Penambahan Pengisi Hybrid ZnO
Dan Clay ....................................................................................... 100
Gambar D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan
Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
ZnO dan Clay dengan Plasticizer Gliserol ................................... 101
Gambar D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan Kadar
Amilopektin Pati Biji Mangga ...................................................... 102
Gambar D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay ................................ 103
Gambar D.10 Data Ukuran Partikel ZnO (Zinc Oxide) ....................................... 104
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Variabel Bebas Penelitian ........................................................................ 5
Tabel 2.2 Komposisi Pati Biji Mangga .................................................................. 11
Tabel 2.3 Sifat-Sifat Gliserol ................................................................................ 12
Tabel 2.4 Sifat-Sifat ZnO (Zinc Oxide) ................................................................. 14
Tabel 4.1 Hasil Keterangan Gugus Fungsi Pati Biji Mangga
Menggunakan FT-IR ............................................................................. 48
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ............................. 11
Tabel A.1 Data Hasil Analisis Pati Biji Mangga .................................................. 80
Tabel A.2 Data Hasil Analisis RVA (Rapid Visco Analyzer) Pati Biji
Mangga .................................................................................................. 80
Tabel A.3 Data Hasil Analisis Densitas (Density) ................................................ 80
Tabel A.4 Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ....................... 81
Tabel A.5 Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation At
Break) .................................................................................................... 83
Tabel A.6 Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) ........................... 84
Tabel A.7 Hasil Pengujian Biodegrabilitas Biokomposit ...................................... 85
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN ................................................................. 80
A.1
Data Hasil Analisis Pati Biji Mangga .......................................... 80
A.2
Data Hasil Analisis RVA (Rapid Visco Analyzer) Pati Biji
Mangga ........................................................................................ 80
A.3
Data Hasil Analisis Densitas (Density) ...................................... 80
A.4
Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) .............. 81
A.5
Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation
At Break) ..................................................................................... 83
A.6
Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) .................. 84
A.7
Hasil Pengujian Biodegrabilitas Biokomposit............................. 85
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ....................................................... 86
B.1
Perhitungan Pembuatan Biokomposit.......................................... 86
B.2
Perhitungan Densitas ................................................................... 86
B.3
Perhitungan Ketahanan Terhadap Air.......................................... 87
B.4
Perhitungan Ukuran Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dari Hasil
TEM ............................................................................................ 87
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ............................................... 89
C.1
Pati Biji Mangga .......................................................................... 89
C.2
Clay .............................................................................................. 89
C.3
Zinc Oxide (ZnO) ......................................................................... 90
C.4
Gliserol......................................................................................... 90
C.5
Proses Pembuatan Biokomposit................................................... 91
C.6
Ultrasonikasi ................................................................................ 91
C.7
Alat Uji Tarik (Tensile Strength) ................................................. 92
C.8
Alat Uji FT-IR (Fourier Transform Infra-Red) .......................... 92
C.9
Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) ......................... 93
C.10 Produk Biokomposit .................................................................... 93
C.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan cara (a) Ditanam dan
xvii
Universitas Sumatera Utara
(b) Digantung ............................................................................... 94
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN ANALISIS LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN............................................................................... 95
D.1 Hasil FT-IR Clay .......................................................................... 95
D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO) .................................................... 96
D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ...................................................... 97
D.4 Hasil FT-IR Bioplastik Pati Biji Mangga Tanpa Pengisi dan
Tanpa Plasticizer Gliserol ............................................................ 98
D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan Tanpa Penambahan Pengisi .................. 99
D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan dengan Penambahan Pengisi Hybrid
Clay dan Zinc Oxide .................................................................. 100
D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan
Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
Clay dan Zinc Oxide serta Plasticizer Gliserol ......................... 101
D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan
Kadar Amilopektin Pati Biji Mangga......................................... 102
D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay.............................. 103
D.10 Data Ukuran Partikel ZnO (Zinc Oxide)..................................... 104
xviii
Universitas Sumatera Utara
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2017
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN HYBRID BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA (mangifera indica) BERPENGISI
NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) DAN
MIKROPARTIKEL CLAY DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Oleh
TRECY KARTIKA
130405093
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2017
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan
rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
skripsi dengan judul “Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga
(mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dan Mikropartikel Clay
Dengan Plasticizer Gliserol”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di
Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Penelitian Departemen Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga
penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada:
1. Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta
persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.
2. Ibu Prof. Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc dan Bapak M. Hendra S. Ginting, ST., MT
selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun
dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM , selaku ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T., selaku koordinator penelitian.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis
mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini
memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Juli 2017
Penulis
Trecy Kartika
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini untuk orang tua penulis, Togi Pardede dan Donna
Situmorang serta saudara penulis, Golda Claudia Pardede yang telah memberikan doa
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini,
kemudian untuk Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc yang telah banyak memberikan bimbingan
dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini, dan terkhusus
untuk teman-teman setia penulis, Alissha Tesanika, Christin Siahaan, Todoan Pardede,
yang selalu menyemangati, mendukung dan membantu saya hingga menyelesaikan
skripsi ini, serta kepada teman-teman seperjuangan angkatan 2013.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Trecy Kartika
NIM : 130405093
Tempat/tgl lahir : Jakarta, 15 Januari 1995
Nama Orang tua : Togi Pardede, SH
Alamat Orang tua : Jalan Stella Raya No. 11, Medan
Asal Sekolah
SD Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2000-2006
SMP Katolik Budi Murni 1 Medan tahun 2006-2009
SMA ST. Thomas 1 Medan tahun 2009-2012
Beasiswa yang pernah diperoleh :
Pengalaman organisasi/kerja :
1. HIMATEK USU periode 2016-2017 sebagai pengurus.
2. BKKMTKI tahun 2015 sebagai anggota
3. Kerja Praktek di PT. Toba Pulp Lestari tahun 2016.
Artikel yang telah dipublikasi dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah :
1. Talenta Conference on Engineering, Science and technology (CEST) 2017
v
Universitas Sumatera Utara
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
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI................................................................... i
PENGESAHAN ....................................................................................................... ii
PRAKATA...............................................................................................................iii
DEDIKASI.............................................................................................................. iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................................................ v
ABSTRAK .............................................................................................................. vi
ABSTRACT............................................................................................................vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL.................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 LATAR BELAKANG ....................................................................................... 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH .............................................................................. 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN .................................................................................... 4
1.4 MANFAAT PENELITIAN ............................................................................... 4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN ................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7
2.1 KOMPOSIT ....................................................................................................... 7
2.2 HYBRID KOMPOSIT ....................................................................................... 7
2.3 BIOKOMPOSIT ................................................................................................ 8
2.4 MANGGA ......................................................................................................... 9
2.4.1 Biji Mangga .......................................................................................... 10
2.4.2 Pati Biji Mangga .................................................................................. 10
2.5 GLISEROL ...................................................................................................... 11
2.6 ZnO (Zinc Oxide) ............................................................................................ 13
2.7 CLAY ................................................................................................................ 14
2.8 ULTRASONIKASI.......................................................................................... 15
viii
Universitas Sumatera Utara
2.9 GELATINISASI PATI .................................................................................... 16
2.10 METODE PEMBUATAN BIOKOMPOSIT ................................................ 17
2.10.1 Eksfoliasi/Adsorpsi ............................................................................ 17
2.10.2 Polimerisasi In Situ Interkalatif ......................................................... 18
2.10.3 Interkalasi Larutan/Interkalasi Prepolimer dari Larutan .................... 18
2.10.4 Melt Intercalation .............................................................................. 18
2.11 PENGUJIAN BIOKOMPOSIT .................................................................... 18
2.11.1 Penentuan Rapat Massa (Densitas) .................................................... 18
2.11.2 Sifat Kekuatan Tarik .......................................................................... 19
2.11.3 Pemanjangan pada saat Putus ............................................................ 20
2.11.4 Scanning Electron Microscopy (SEM) .............................................. 20
2.11.5 Fourier Transform InfraRed (FT-IR) ................................................ 21
2.11.6 Ketahanan terhadap Air ..................................................................... 21
2.11.7 Uji Biodegrabilitas .............................................................................. 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 23
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN ......................................................... 23
3.2 BAHAN ........................................................................................................... 23
3.3 PERALATAN .................................................................................................. 23
3.4 PROSEDUR PENELITIAN ........................................................................... 23
3.4.1 Ekstraksi Pati ....................................................................................... 23
3.4.2 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi
Pengisi Nanopartikel ZnO dan Mikropartikel Clay serta Variasi
Plasticizer Gliserol ............................................................................... 24
3.4.3 Prosedur Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Pengisi
Hybrid ................................................................................................... 25
3.5 PROSEDUR ANALISIS ................................................................................. 25
3.5.1 Prosedur Analisa Pati .................................................................................... 25
3.5.1.1 Prosedur Analisa Kadar Pati .............................................................. 25
3.5.1.2 Prosedur Analisa Kadar Air ............................................................... 26
3.5.1.3 Prosedur Analisa Profil Gelatinisasi dengan Rapid Visco
Analyzer (RVA) ................................................................................ 26
3.5.1.4 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
ix
Universitas Sumatera Utara
(FT-IR) ............................................................................................... 27
3.5.1.5 Prosedur Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ................. 27
3.5.2 Prosedur Analisa Biokomposit .................................................................... 28
3.5.2.1 Prosedur Analisis Densitas ................................................................ 28
3.5.2.2 Prosedur Pengujian Sifat Kekuatan Tarik .......................................... 28
3.5.2.3 Prosedur Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus ........................... 28
3.5.2.4 Prosedur Pengujian Ketahanan terhadap Air ..................................... 28
3.5.2.5 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) ................................................................................................ 29
3.5.2.6 Prosedur Analisa Scanning Electron (SEM)....................................... 29
3.5.3 Prosedur Uji Biodegrabilitas ......................................................................... 29
3.5.3.1 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam ........................... 29
3.5.3.2 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ........................ 29
3.6 FLOWCHART PENELITIAN .......................................................................... 30
3.6.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga ................................................. 30
3.6.2 Flowchart Uji Kadar Pati ..................................................................... 31
3.6.3 Flowchart Uji Kadar Air ...................................................................... 32
3.6.4 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) .................................................................................................. 33
3.6.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit ..................................................... 34
3.6.5.1 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan
Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol .................................................................................... 34
3.6.5.2 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan
Variasi Pengisi Mikropartikel Clay dan Variasi Plasticizer
Gliserol ..................................................................................... 35
3.6.5.3 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Pengisi Hybrid.............................................................. 36
3.6.6 Flowchart Analisa Densitas .................................................................. 37
3.6.7 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR) .................................................................................................. 38
3.6.8 Flowchart Pengujian Sifat Kekuatan Tarik .......................................... 38
x
Universitas Sumatera Utara
3.6.9 Flowchart Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus .......................... 39
3.6.10 Flowchart Analisa Ketahanan terhadap Air ....................................... 40
3.6.11 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ................ 41
3.6.12 Flowchart Uji Biodegrabilitas ............................................................. 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam .......... 42
3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung ....... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 44
4.1 HASIL EKSTRAKSI DARI PATI BIJI MANGGA ....................................... 44
4.2 HASIL KARAKTERISTIK PATI BIJI MANGGA ........................................ 44
4.2.1 Kadar Pati............................................................................................... 44
4.2.2 Kadar Amilosa dan Amilopektin ........................................................... 45
4.2.3 Kadar Air................................................................................................ 46
4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR BIOKOMPOSIT PATI
BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PENGISI HYBRID DENGAN
PLASTICIZER GLISEROL ............................................................................ 46
4.4 KARAKTERISTIK MORFOLOGI PATI BIJI MANGGA DENGAN
SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) .......................................... 50
4.5 KARAKTERISTIK PROFIL GELATINISASI PATI DENGAN RVA
(RAPID VISCO ANALYZER) .......................................................................... 52
4.6 HASIL KARAKTERISTIK BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI
MANGGA...................................................................................................... 54
4.6.1 Hasil Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ............................. 54
4.6.2 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Sifat Densitas Biokomposit .................................................... 57
4.6.3 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Kekuatan Tarik Biokomposit.................................................. 58
4.6.4 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit........................... 61
4.6.5 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol
terhadap Sifat Penyerapan Air Biokomposit ......................................... 64
xi
Universitas Sumatera Utara
4.7 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA MORFOLOGI PATAHAN
BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA DAN BIOKOMPOSIT PATI
BIJI MANGGA DENGAN PENGISI HYBRID DAN PLASTICIZER
GLISEROL ..................................................................................................... 66
4.8 UJI BIODEGRABILITAS BIOKOMPOSIT PATI BIJI MANGGA
DENGAN PENGISI HYBRID DENGAN PLASTICIZER GLISEROL ......... 69
4.9 KARAKTERISASI TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE (TEM)
PENGISI NANOPARTIKEL ZnO (ZINC OXIDE) ....................................... 71
BAB V KESIMPULAN ......................................................................................... 72
5.1 KESIMPULAN ......................................................................................... 72
5.2 SARAN ..................................................................................................... 73
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 74
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN .................................................................. 80
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ........................................................ 86
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ................................................ 89
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN ................................................................................................. 95
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Rute Berbeda untuk Pembuatan Biokomposit .................................... 8
Gambar 2.2 Pengaruh Temperatur Gelatinisasi Terhadap Viskositas Pati ........... 17
Gambar 3.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga .............................................. 30
Gambar 3.2 Flowchart Pengujian Kadar Pati ....................................................... 31
Gambar 3.3 Flowchart Pengujian Kadar Air ........................................................ 31
Gambar 3.4 FlowchartAnalisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR).............................................................................................. 33
Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol ............................................................................................. 34
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer
Gliserol ............................................................................................. 35
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga
dengan Variasi Pengisi Hybrid dan Variasi Plasticizer Gliserol ...... 36
Gambar 3.8 Flowchart Analisa Densitas .............................................................. 37
Gambar 3.9 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR).............................................................................................. 38
Gambar 3.10 Flowchart Analisa Kuat Tarik ......................................................... 38
Gambar 3.11 Flowchart Analisa Perpanjangan Saat Putus ................................... 39
Gambar 3.12 Flowchart Analisa Ketahanan Terhadap Air ................................... 40
Gambar 3.13 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) ............. 41
Gambar 3.14 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanaman .................. 42
Gambar 3.15 Flowchart Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung .................. 43
Gambar 4.1 (a) Biji Mangga (b) Pati Biji Mangga .............................................. 44
Gambar 4.2 Karakteristik Hasil Analisa FT-IR .................................................... 47
Gambar 4.3 (a) Hasil SEM pati biji mangga perbesaran 1000 kali (b) Hasil
SEM pati biji mangga perbesaran 500 kali ....................................... 51
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Waktu dan Temperatur terhadap
Viskositas Pati Biji Mangga ............................................................. 52
Gambar 4.5 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Densitas Biokomposit .......................................... 57
Gambar 4.6 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Kekuatan Tarik Biokomposit ...................... 58
Gambar 4.7 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit...................................................................................... 61
Gambar 4.8 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer
Gliserol terhadap Sifat Penyerapan Air Biokomposit ...................... 64
Gambar 4.9 Hasil Analisa Morfologi Patahan Biokomposit dari Pati Biji
Mangga Tanpa Pengisi dengan Plasticizer Gliserol dan
(b) Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
dan Plasticizer Gliserol di di Perbesaran 500x ................................. 66
Gambar 4.10 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan
Pengisi Hybrid dan Plasticizer Gliserol .......................................... 69
Gambar 4.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan dengan Pengisi ZnO dan
Clay .................................................................................................. 69
Gambar 4.12 Karakteristik Transmission Electron Microscope (TEM) Pengisi
Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Pada Perbesaran 200 nm………. 72
Gambar C.1 Pati Biji Mangga.............................................................................. 89
Gambar C.2 Clay.................................................................................................. 89
Gambar C.3 Zinc Oxide (ZnO) ............................................................................ 90
Gambar C.4 Gliserol ............................................................................................ 90
Gambar C.5 Proses Pembuatan Bioplastik .......................................................... 91
Gambar C.6 Ultrasonikasi.................................................................................... 91
Gambar C.7 Alat Uji Tarik (Tensile Strength)..................................................... 92
Gambar C.8 Alat Uji FTIR (Fourier Transform Infra-Red) ................................ 92
Gambar C.9 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy).............................. 93
Gambar C.10 (a) Produk Biokomposit dengan Pengisi Clay dan Variasi Gliserol
(b) Produk Biokomposit dengan Pengisi ZnO dan Variasi
xiv
Universitas Sumatera Utara
Gliserol ........................................................................................... 93
Gambar C.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan cara (a) Ditanam
dan (b) Digantung ........................................................................... 94
Gambar D.1 Hasil FT-IR Clay ............................................................................. 95
Gambar D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO)........................................................ 96
Gambar D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ......................................................... 97
Gambar D.4 Hasil FT-IR Biokomposit Pati Biji Mangga tanpa Pengisi dan
tanpa Plasticizer Gliserol................................................................ 98
Gambar D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan tanpa Penambahan Pengisi....................... 99
Gambar D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dengan Penambahan Pengisi Hybrid ZnO
Dan Clay ....................................................................................... 100
Gambar D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan
Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
ZnO dan Clay dengan Plasticizer Gliserol ................................... 101
Gambar D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan Kadar
Amilopektin Pati Biji Mangga ...................................................... 102
Gambar D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay ................................ 103
Gambar D.10 Data Ukuran Partikel ZnO (Zinc Oxide) ....................................... 104
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Variabel Bebas Penelitian ........................................................................ 5
Tabel 2.2 Komposisi Pati Biji Mangga .................................................................. 11
Tabel 2.3 Sifat-Sifat Gliserol ................................................................................ 12
Tabel 2.4 Sifat-Sifat ZnO (Zinc Oxide) ................................................................. 14
Tabel 4.1 Hasil Keterangan Gugus Fungsi Pati Biji Mangga
Menggunakan FT-IR ............................................................................. 48
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay ............................. 11
Tabel A.1 Data Hasil Analisis Pati Biji Mangga .................................................. 80
Tabel A.2 Data Hasil Analisis RVA (Rapid Visco Analyzer) Pati Biji
Mangga .................................................................................................. 80
Tabel A.3 Data Hasil Analisis Densitas (Density) ................................................ 80
Tabel A.4 Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ....................... 81
Tabel A.5 Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation At
Break) .................................................................................................... 83
Tabel A.6 Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) ........................... 84
Tabel A.7 Hasil Pengujian Biodegrabilitas Biokomposit ...................................... 85
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN ................................................................. 80
A.1
Data Hasil Analisis Pati Biji Mangga .......................................... 80
A.2
Data Hasil Analisis RVA (Rapid Visco Analyzer) Pati Biji
Mangga ........................................................................................ 80
A.3
Data Hasil Analisis Densitas (Density) ...................................... 80
A.4
Data Hasil Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) .............. 81
A.5
Data Hasil Analisis Pemanjangan Saat Putus (Elongation
At Break) ..................................................................................... 83
A.6
Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Water Uptake) .................. 84
A.7
Hasil Pengujian Biodegrabilitas Biokomposit............................. 85
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ....................................................... 86
B.1
Perhitungan Pembuatan Biokomposit.......................................... 86
B.2
Perhitungan Densitas ................................................................... 86
B.3
Perhitungan Ketahanan Terhadap Air.......................................... 87
B.4
Perhitungan Ukuran Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) Dari Hasil
TEM ............................................................................................ 87
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN ............................................... 89
C.1
Pati Biji Mangga .......................................................................... 89
C.2
Clay .............................................................................................. 89
C.3
Zinc Oxide (ZnO) ......................................................................... 90
C.4
Gliserol......................................................................................... 90
C.5
Proses Pembuatan Biokomposit................................................... 91
C.6
Ultrasonikasi ................................................................................ 91
C.7
Alat Uji Tarik (Tensile Strength) ................................................. 92
C.8
Alat Uji FT-IR (Fourier Transform Infra-Red) .......................... 92
C.9
Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) ......................... 93
C.10 Produk Biokomposit .................................................................... 93
C.11 Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan cara (a) Ditanam dan
xvii
Universitas Sumatera Utara
(b) Digantung ............................................................................... 94
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN ANALISIS LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN............................................................................... 95
D.1 Hasil FT-IR Clay .......................................................................... 95
D.2 Hasil FT-IR Zinc Oxide (ZnO) .................................................... 96
D.3 Hasil FT-IR Pati Biji Mangga ...................................................... 97
D.4 Hasil FT-IR Bioplastik Pati Biji Mangga Tanpa Pengisi dan
Tanpa Plasticizer Gliserol ............................................................ 98
D.5 Hasil FT-IR Produk Bioplastik dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan Tanpa Penambahan Pengisi .................. 99
D.6 Hasil FT-IR Produk Biokomposit dengan Penambahan
Plasticizer Gliserol dan dengan Penambahan Pengisi Hybrid
Clay dan Zinc Oxide .................................................................. 100
D.7 Hasil Uji RVA Pati Biji Mangga dan RVA Larutan
Biokomposit dari Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid
Clay dan Zinc Oxide serta Plasticizer Gliserol ......................... 101
D.8 Hasil Uji Kadar Air, Kadar Pati, Kadar Amilosa, dan
Kadar Amilopektin Pati Biji Mangga......................................... 102
D.9 Hasil Uji PSA (Particle Size Analyzer) Clay.............................. 103
D.10 Data Ukuran Partikel ZnO (Zinc Oxide)..................................... 104
xviii
Universitas Sumatera Utara