5/14/2018 pcl

1/6

PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN-DARI PDLIKAPROLAKTONDAN PATI TAPIOKA DENGAN PENAMBAHAN REFINEDBLEACHED AND DEODORIZED PALM OIL (RBDPO) SEBAGAIPEMLASTIS ALAMIENVIRONMENT FRIENDLY PLASTIC FROMPOLYCAPROLACTONE AND TAPIOCA STARCH WITH THEADDITION OF REFINED BLEACHED AND DEODORIZED PALMOIL (RBDPO) AS NATURAL PLASTICIZER

Muhammad Hasan'", I Made Arcana2), Sulastril', Rusman", dan Latifah lianuml)l)Jurusan Pendidikan Kimia FKIP Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh2) Prodi J(imia FMIP A, ITB Bandungemail: hasan.kimiagmail.com

AbstrakTelah disintesis plastik ramah lingkungan antara poJikaprolakton (PCL) dan pati tapioka dengan menggunakanpemlastis alami dari minyak kelapa sawit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan minyakkelapa sawit, komposisi PCL danpati tapioka terhadap karakteristik poliblend yang dihasilkan. Untuk mencapai .sasarantersebut, PCL disintesis dari e -kaprolakton dan 2,2-dimetil-l ,3-propanadiol dengan perbandingan mol 30/1. PCL hasilsintesis dan pati tapioka pada berbagai komposisi diblending secara fisik dan ditambahkan minyak kelapa sawit, Hasilpenelitian menunjukkan bahwa PCL dapat disintesis dan strukturmolekulnya ditentukan dengan NMR_lH, NMR-13C,danFTIR.Berdasarkan ilustrasi difraktogram XRD, minyak kelapa sawit dapat menurunkan kristalinitas poliblend padakomposisi tertentu. Viskositas poliblend yang dihasilkan semakin menurun seiring dengan meningkatnya kandunganpati dalam campuran tersebut.Kata kunci: plastik, PCL, pati tapioka, sintesis

AbstractThe environment friendly plastic from polycaprolactone (PCL) and tapioca starch has been synthesized by using palmoil as natural plasticizer, Objective of this research is to determine the influence of palm oil addition and composition ofpeL and tapioca starch toward the polyblend product properties. In order to meet the research objective, the PCL wassynthesized from e - caprolactone and 2,2~dimethyl-l,3-propanediol. The synthesized PCLand tapioca starch wereblended physically at various compositions. The mixture was then added withpalm oil. Results of the research indicatedthat PCL can be obtained and its molecular structure is determined by NMR)H, NMR_l3C, and FtIR. Based on theXRD diffractogram, palm oil can reduce the polyblend crystallinity. The obtained polyblend viscosity lowered with theincreasing amount of tapioca starch,Key words: plastic, PCL, tapioca starch, synthesis

l.PENDAHULUANBeberapa polimer yatig::'dapat terbiodegradasi telahdapat disintesis secara fennentasi, khususnya yangberasal dari poliester alifatik turunan alkanoat. Diantaranya: poli-Refi-hidroksibutirat (PHB). poli-&-kaprolakton (peL), poli-f-valerolakton (PVL) danpoli asam laktat (PLA) (Lee et al., 2000; Zhaobinet al., 2005). Namun, sintesis secara fennentasi se-lain tidak dapat mengontrol struktur kimia polimer

yang yang dihasilkan, rendemen polimemya sangatrendah (Ojumu dan Solomon, 2004, Lenz danMarchessault, 2005). Akibatnya penggunaanpolimer ini masih sangat terbatas dan harganyamasih cukup mahal. Untuk itu perlu dicarirnetodasintesis lain agar biopolimer tersebut dapat dibuatplastik kemasan yang kuat, namun segera hancursaat dibuang. Karakteristik tersebut menuntut sifatmekanik dan termal plastik yang tinggi tetapi dapatmudah terurai di alam.

5/14/2018 pcl

2/6

134 Jurnal Purifikasi, Vol. 8, No.2, Desember 2007: 133 - 138.

Polimer yang dapat terbiodegradasi dapat dibuatmelalui sintesis poliblend antara polimer alamyang dapat ' terurai total, sepertipati (Preechawongetal, 2004; Petnamsin, Termvejsayanon, danSiroth, 2000), dengan polimer sintetik yang dapatterbiodegradasi dengan sifat termal dan rnekanikrelatif tinggi, seperti PCL. Melalui blending,diharapkan terbentuk biopolimer dengan biayaproduksi rendah, karena pati (khususnya tapioka)rnerupakan bahan baku yang sangatmurah danmelimpah di Propinsi NAD.Polikaprolakton. (PCL) rnerupakan polimerpoliester alifatik sintetik yang dapat terbiodeg-radasi. PCL memiliki ketahanan yang baik terha-dap air, beberapa pelarut organik dan klorin. peLjuga merupakan polimer kristalin dengan beratmolekul (Mn) yang cukup besar dengan kekuatantarik relatif rendah. peL memiliki titik leleh (Tm )sekitar 60C dan temperatur transisi gelas (Tg )sebesar -60C (Darwis et al., 1996). Denganviskositas dan titik leleh tersebut, PCL dapatdiproses dengan mudah Sifat PCL yang permeabelterhadap obat dengan berat molekul rendah 400Da) dan tidak beracun, membuat PCL banyakdigunakan dalam bidang biomedik sebagai matrikpengontroI sistem drug delivery (Pitt et al., 1979;Lin, 1999).Pati merupakan campuran amilosa dan amilopektinyang merupakan polimer D-glukosa. Pati daritapioka memiliki kadar amilosa 20-30% (bib).Amilosa merupakan komponen tinier pati, danmerupakan homopolimer dari D-glukosa yangberikatan secara a-I,4-g1ukosidik (Powell et al.,2002). Pati yang memiliki sekitar 90% (bib)amilosa memiliki sifat sepertirnolekul Iinier,Hasil blending PCL dan pati tapioka bersifat getasdan rapuh, karena sifat kristalinitas yang tinggi(Preechawong et al., 2004; Chen dan Sung, 2005).Hal ini dapat diatasi dengan penambahan zatpemlastis. Bahan pernlastis yang sering digunakana.I. senyawa.sitrat (Nadia dan Wesslen, 2002),dioktilpftalat ,'(Gregory et al., 2004), gliserol(Vanessa et at, 26'0,5;Kri"stine dan Ludescher,2006), campuran urea dan formamida (Xiaofei, Yudan Kennedy, 2005), polietilenglikol (Laohakunjit,dan Noomhorm 2004). Pemlastis dengan beratrnolekul rendah rnudah terdifusi ke permukaanfilm polimer, sehingga bila pemlastis tersebutbersifat toksik, akan berbahaya jika digunakanuntuk kemasan rnakanan. Karenanya pemlastisuntuk plastik kemasan makanan, selain dapat

terbiodegradasi juga tidak beracun.Pemlastisseperti itu umumnya berasal dari bahan alamoMinyak kelapa sawit merupakan trigliserida dengankomponen utama asam-asam palmitat, oleat danlinoleat (Tabel T), serta komponen minor sepertitokoferol, skualen, sitosterol, dan J3-karoten(Scrim-geour, 2005 dan Chuang dan Brunner, 2006).Tabel 1.Komposisi Asam Lemak dalam MinyakKelapa Sawit

No Jen is a sam lem ak , K a ndu ng a n .t %)1 A s am p almi ta t2 Asam oleat3 A s am lin o le at4 Asam lem ak la in

4440106

S umb er ; S cr im g e ou r, ( 20 05 )

RBDPO merupakan minyak kelapasawit yangsudah mengalami proses pernurnian, pernucatan,dan penghilangan bau, dimana komponen minor,seperti tokoferol, skualen, sitosterol, dan J3-karoten,telah dihilangkan. Sedangkan komponen utama,trigliserida seperti pada Tabel I, masih ada.Minyak kelapa sawit banyak digunakan juga untukmenghasilkan bioenergilbiodisel .(Prasertsana danSajjakulnukit (2006); Soriano Migop, danMatsumura (2006, biohidrogen (Vijayaraghavandan Ahmad (2006, sebagai antioksidan (Lang,Mohammed, dan Karim (2006, pelumas danpemlastis (Karlheinz, 2000). Minyak kelapasawittelah banyak digunakan sebagaipemlastis untukpolimer seperti PVC. Pada PVC yang ditambahminyak kelapa sawit terjadipenurunan suhu transisigelas (Tg ) yang sangat signifikan.Tujuan penelitian iniadalah untuk mempelajar ipengaruh komposisi pati tapioka dan peL sertaminyak kelapa sawit sebagai pemlastis terhadapkarakteristik bioplastik yang dihasilkan, yangmeliputi struktur, viskositas intrinsik, kristalinitas,dan kemampuan biodegradasinya.2. METODOLOGIPenelitian yang dilakukan. adalah eksperimenIaboratorium, yang meliputi: pembuatan poliblendantara PCL, pati tapioka dan pemlastis dariminyakkelapa sawit. Untuk membuktikan terbentuktidaknya poliblend, dilakukan karakterisasi yangmeliputi penentuan struktur dengan FTIR,penentuan kristalinitas dengan XRD, penentuanviskositas intrinsik dengan cara viskometri, dart ujibiodegradasi serta karakterisasinya. Karakterisasi

5/14/2018 pcl

3/6

Basan, Plastik Ramah Lingkungan dari peL danPati Tapioka denganRBDO

hasil biodegradasi dilakukan dengan carapenentuan kehilangan berat sampel.Pembuatan PoliblendpeL hasil sintesis pada tahap pertama denganberat tertentu (Tabel 3) dimasukkan ke reaktorpolimerisasi di atas penangas. Kemudian suhudiatur hingga PCL meleleh dan ditambahkan patitapioka dan minyak kelapa saw it sambil diadukhingga homogen. Hasil poliblend dibuat film tipis.Hasil analisis ini dibandingkan dengan PCL mumi.Tabel 3.Rancangan Penelitian

Komposisi: Berat Be ra t P a tiPCUPati Tapioka PCL (g) T a pio ka (g ) BeratRBDPO(g)100 /0 10,0 080/10 8,0 2,060/40 6,0 4,0SO l 50 5,0 5,040/60 4,0 6,0O il 00 0,0 10,0

0,50,50,50,50,50,5

Uji BiodegradasiUji biodegradasi dilakukan dengan mikroba darilumpur aktif. Proses biodegradasi dilakukan dalammedia LB cairo Waktu inkubasi divariasikan mulaidad 5; 10; 15; 20; 25 hingga 30 hari. Beberapapersiapan uji biodegradasi yang harus dikerjakanialah pembuatan media LB cair, sterilisasi mediabiodegradasi dan peralatan .biodegradasi dalamautoclave, sterilisasi sampel, biodegradasi sampeldalam media LB cair, dan karakterisasi hasilbiodegradasi. Karakterisasi perlakuan biodegradasiyaitu dengan penentuan kehilangan berat sampel.Kehilangan berat sampel dapat dihitung denganmemasukkan faktor koreksi berat sampeJ awalsebelum proses biodegradasi dilakukan. Beratsampel polimer terkoreksi sebelum mengalami

135

biodegradasi dil:litung' dengan menggunakanpersamaan:

Wi =Wis-(WisXC)dimana: Wi = berat sampel awal terkoreksiWis;;;;beratsampel awalC ;;;;faktor koreksi berat,e dapat dihitung dengan persamaan:

W -wC Ie fe x lOO%. w(C

dimana: Wic;;;;b er at. sampe l s eb elum inkubasiWfc= berat sampel setelah inkubasi

Persentase kehilangan berat sampel setelah prosesbiodegradasi dapat dihitung dengan persamaan .

W.-WKehilangan berat = 1 f x l 00%W ;

dimana: Wi ;;;;berat sarnpel awal terkoreksiWf;;;;berat sampel setelah biodegradasi

3. BASIL DAN PEMBAHASANData Basil Sintesis PoliblendHasil pengukuran spektra IR Poliblend yangterbentuk dari campuran antara PCL danpatitapioka dapat dilihat pada Gambar 2. Ada beberapagugus fungsi beserta bilangan gelombangserapannya dirangkum dalam Tabel4.Tabel 4. Data Serapan IR Poliblend Pati Tapioca-peL

Gugu s fu ng s i BiIangan g e lomba n g ( em -')H id ro ks il ( - OH )Me ti J ( -CHl)Me t il en ( -CHz -)Ka r bo n il( - C=O )-C -H - tekuk da rt "C H] da n -C Hl-

3436,92943,22866,01724,21465,8;1419,5; 1369,4101%T

100.5

00.5

98.5

. . . .

97_5

97

96.5

Gambar 1. Spektra FTIR PCLlPati Tapioka: 50/50Berdasarkan data serapan IR (Tabel 4) terlihatbeberapa serapan gugus fungsi yang khas, seperti gugushidroksil, metil, metilen, dan karbonil.Adanya serapan oleh gugus-gugus fungsi terse but

5/14/2018 pcl

4/6

136 Jurnal Purifikasi, Vol. 8, No.2, Desember 2007: 133 - 138

122!S t~:2~

nt:-Q: J 00 nt:JJ J r.t~J, 22~R

900 900

2!5 90062!1 625

00 625..00 -l00

~OO

225 2!1 22!5:>2!5

100 100 100 IDO

25 25 2:5 25

0_ 00 00 0

merupakan indikasi terbentuknya poliblend padapencampuran PCL, pati tapioka, dan RBDPO.Gugus hidroksil misalnya, berasal dari semuakomponen. Gugus karbonil berasal dari PCL, danserapan -C-H dari metil dan metilan terdapat padasemua komponen, yaitu PCL, minyak kelapa sawitdan pati tapioka.Hasil uji viskositas poliblend dari berbagaikomposisi dapat dilihat pada Tabel 5.Tabel 5. Viskositas Poliblend Pada Berbagai

KomposisiKomposisi, PCUPati Viskositas

100/0 73 1 x 10-180120 4, 0 x 10'"60 /40 3 ,1 x 10-1SO l50 2,6 x 10-140/60 2,3 x 10'"0/100 2,1 x 10'"

Berdasarkan data pada Tabel 5, terlihat bahwaPCL mumi memiliki viskositas lebih tinggidibandingkan dengan poliblend antara PCL dan

.. pati tapioka pada berbagai komposisi. Denganbertambahnya kandungan pati maka terjadipenurunan viskositas poliblend secarasignifikan.Pati tapioka memiliki harga viskositas yang palingrendah. Oleh karena viskositas merupakan salahsatu sifat fisikokimia polimer yang mempengaruhidegradasi, dimana semakin rendah viskositasbahan polimer maka semakin mudah polimertersebut didegradasi. Akibatnya poliblend hasil

sintesis ini akan dapat terbiodegradasi lebih cepatdibanding PCL mumi. Dengan meningkatnyakandungan pati dalam poliblend maka Iajubiodegradasinya diperkirakan akan meningkat.Difraktogram sinar-X (Gambar 3) memperlihatkanmunculnya puncak-puncak tajam kristalin danpuncak lebar amorf. Puncak tajam menunjukkandaerah kristalin dan puncak Iebar menunjukkandaerah amorf yang mengandung arti secara umumpoliblend yang diperoleh bersifat semikristalin.Difraktogram pada Gambar 3, menunjukkan bahwadengan penambahan minyak kelapa saw it dapatmenurunkan derajat kristalinitas poliblend padakomposisi PCL:pati tapioka 80 /20 . Sedangkandengan meningkatnya kandungan pati dalampoliblend intensitas puncak kristalin dalamdifraktogram kembali meningkat. Hal inimenunjukkan terjadi peningkatan derajatkristalinitas seirmg dengan bertambahnyakandungan pati tapioka.Data Uji BiodegradasiUji biodegradasi dilakukan dengan mengkajipengaruh lama waktu inkubasi terhadap persenkehilangan berat sampeI, serta penentuan derajatkristalinitas sampel. Terjadinya biodegradasiditandai dengan pemutusan rantai polimer yangditunjukkan oleh kehilangan berat. Sampel ujibiodegradasi dipilih pada variasi komposisi CLIPT80 /20 , 6 0/4 0 dan 5 0 / 5 0 . Hasil studi biodegradasiyang merupakan hubungan antara kehilangan beratsampel sebagai fungsi lama waktu inkubasi dapatdilihat pada Gambar 4.

(a) . (b) (c) (d)Gambar 3. Difraktogram sinar-x, (a) PCL; (b) PCL:Pati 80 /2 + RBDPO. (c) PCLlpati 60 / 4 0 + RBDPO, (d)PCLI pati 50 / 5 0 +RBDPO .

5/14/2018 pcl

5/6

Hasan, Plastik Ramah Lingkungan dari peL dan PatiTapioka dengan RBDO 137

4 0 , 0 03 5 , 0 0

. . . .. .~ 3 0 ,0 0. . ,:; 25 ,00goc~ 20,00

. . c :~ 15,00*- 10,00

5 , 0 0

-+-80120_ _ 6 0 1 4 05 0 1 5 0

5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00l ama f n kubasl (han)

Gambar 4. Kehilangan Berat Sampel Padaberbagai Lama Waktu Inkubasi

Pada Gambar 4 terlihat bahwa pada masa inkubasi5-15 hari, laju biodegradasi masih rendah, danmulai meningkat pesat setelah waktu inkubasimencapai 20 hari. Hal ini disebabkan pada waktuinkubasi 5 sampai 15 hari belum terjadi pemutusanikatan kimia dari rantai polimer. Pada tahap inibaru terjadi serangan terhadap struktur permukaanbahan polimer oleh mikroba. Hasi l ini sesuaidengan teori bahwa mekani sme biodegradasidiawali dengan serangan terhadap bagian amorfdari polimer, baru kemudian dilanjutkan denganbagian kristalinnya. Jika dilihat pengaruhkomposisi, maka pada komposisi PCLlpati tapioka60 /4 0 terjadi kehilangan berat lebih besar darikomposisi lainnya setelah waktu inkubasi 20 hari.Hal ini dapat disebabkan struktur poliblend yangterbentuk diduga lebih kompatibel pada komposisiterbentuk.4. KESIMPULAN

Hasil menunjukkan bahwa telah dapat disintesispoliblend pada berbagai komposisi PCL dan patitapioka dengan penambahan pemlastis alami dariminyak kelapa ,s~wjtlRBDPO. Poliblend yangdihasilkan bersifat semikristalin. Viskositaspoliblend yang dihasilkan sangat ditentukan olehkomposisi pel, dan pati tapioka. Semakin tinggikandungan patiJapiQ~a maka viskositas poliblendyang dihasilkan semakin rendah. Poliblend hasilsintesis bersifat dapat dibiodegradasi dalam mediaLB Cair dengan mikroba lumpur aktif. Lajubiodegradasi dipengaruhi oleh komposisi, dimanakomposisi PCLlpati tapioka 6 0 / 4 0 menunjukkanlaju biodegradasi yang lebih tinggi dibandingkandengan komposisi lainnya setelah waktu inkubasi15 hari.

DAFTAR PUSTAKAChen, B., dan K. Sun (2005). Poly(e,-

caprolactone )/hydroxyapa1ite CompositesEffects of Particle Size, Molecular WeightDistribution and Irradiation on InterfacialInteraction and Properties. JournalPolymer Testing. 24. 64-70.

Chuang, M-H., dan O. Brunner (2006).Concentration of Minor Components inCrude Palm Oil. Journal of SupercriticalFluids. 37. 151-156.

Darwis, D., H. Mitomo, T. Enjoji, S. Hasegawa, F.Yoshii, dan K. Makuchi (1996). RadiationCrosslinking of Poly -s-eaprolactoue andits Properties. Proceeding of theInternational Workshop on Green Polyme .176-184.

Gregory, S.S., C.B. Skidmore, P .M . Howe, dan J.Majewski (2004). Diffusion, Evaporation,and Surface Enrichment of A PlasticizingAdditive in An Annealed Polymer ThinFilm. Journal Polym. Sci. Part B: PolymPhys., 42.3258-3266.

Kariheinz, H. (2000). Fats and Oils AsOleochemlcal Raw Materials. JournalPureAppl. Chem., 72. 1255-1264.Kristine, V.L., dan R.D. Ludescher (2006).

Molecular Mobility in Water and GlycerolPlasticized Cold and Hot Cast GelatinFilms. Journal Food Hydrocolloids. 20. 96-105.

Lang, A.T., A.M.D. Mohammed, dan A.A. Karim(2006). Sago Starch and Composition ofAssociated Components in Palms ofDifferent Growth Stages. JournalCarbohydrate Polymers, 63.283-286.

Laohakunjit, N., dan A. Noomhorm (2004) Effectof plasticizers on mechanical and barrierproperties of rice starch film. J.Starch/Starke. 56. 348-356.

Lee, S.H., D.H. os, W.S. Ahn, Y. Lee. J - 1 . thai,dan S.Y. Lee (2000). Production of Poly(3-Hydroxybutyrate-3-Hydroxyhexanoate)by High-Cell-Density Cultivation of

5/14/2018 pcl

6/6

138 Jurnal Purifikasi, Vol. 8, No.2, Desember 2007: 133 -138

Aeromonas hydrophilia.Biotechnol. Bioeng. 67. 240-244.

Journal

Lenz, R.W., dan R.H. Marchessault (2005).Bacterial Polyesters: Biosynthesis,Biodegradable Plastics and Biotech-nology. Journal Biomacromolecules. 6. 1-8.

Lin, WJ. (1999). Comparison of ThermalCharacteristics and DegradationProperties of e -caprolactone Copoly-mers. Journal Biomed Mater Res. 47. 420-423.

Nadia, L., dan B . Wesslen (2002). The effect ofPlasticizers on the Dynamic Mechanicaland Thermal Properties of Poly(LacticAcid). Journal Applied Polymer Science, 86.1227-1234.

Ojumu, T.V., 1. Yu, dan B.O. Solomon (2004).Production of Polyhydroxyalkanoate, ABacterial Polymer. African Journal ofBiotechnology. 3(1). 18-24.

Petnamsin, C., N. Termvejsayanon, dan K. Siroth(2000). Effect of Particle Size on PhysicalProperties and Biodegradability ofCassava StarchIPolymer Blend. JournalNatural Science. 34. 254-261.

Pitt, C.G., A.R. Jeffcoat, R.A. Zweidinger, dan A.Schindler (1979). A. Suistained DrugDelivery System I. The Permeability ofPoly (s-caprolactone), Poly (DL-Iacticacid), and Their Copolymer. JournalBiomed Mater Res. 13.497-507.

Powell, MJ., M.l. Wu, J.C. Chin, dan E. Hegedus(2002). Analysis of ProteinPolymorphisms in Wx-Null Wheat SeriesStarch Granules. http://www.chs.usyd.edu.au.

Prasertsana, S.~dan B. Sajjakulnukit (2006).,., . . . . . . .

. . . . . _

Biomass and Biogas Energy inThailand:Potential, Opportunity andBarriers. Journal Renewable Energy. 31.599-610.

Preechawong, D., M. Peesan, P. Suphapol, dan R.Rujiravanit (2004). Characterization ofStarch/poly (e-caprolactone) HybridFoams. Journal Polymer Testing. 23. 651-657.

Scrimgeour, C. (2005). Chemistry of Fatty Acids,Bailey's Industrial Oil and Fat Products.Six Edition. John Wiley and Sons.Soriano, N.D., V.P. Migop, dan M. Matsumura

(2006). Ozonozed Vegetable Oil as PourPoint Depresant for Neat Biodisel. JournalFuel. 85. 25-31.

Vanessa, D.A., S. Mali, A. Baleia, M. Victoria, danE. Grossmann (2005). Effect of Glyceroland Amylose Enrichment on CassavaStarch Film Properties. Journal FoodEngineering. 144: 1-5.

Vijayaraghavan, L.K., dan D. Ahmad (2006).Biohydrogen Generation from Palm OilEffluent .Using Anaerobic Contact.International Journal of Hydrogen Energy. 2.1-8.

Xiaofei, M., l. Yu, dan J.F. Kennedy (2005).Studies on the Properties of NaturalFibres-Reinforced Thermoplastic StarchComposites. Journal CarbohydratePolymers. 62. 19-24.

Zhaobin, Q., W. Yang, T. Ikehara, dan T. Nishi(2005). Miscibility and CrystallizationBehavior of Biodegradable Blends of TwoAliphatic Polyesters. Poly (3-Hydroxy-butyrate-co-Hydroxyvalerate) and Poly (3-caprolactone). Journal Polymer. 46. 11814-11819.

http://www.chs.usyd./http://www.chs.usyd./