21jan12_175532_deswita

Modifikasi Polietilen Sebagai Polimer Komposit Biodegradable untuk Bahan Kemasan (Deswita)

37

Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007

Tanggal 26 Juni 2007

MODIFIKASI POLIETILEN SEBAGAI POLIMERKOMPOSIT BIODEGRADABLE UNTUK BAHAN KEMASAN

Deswita,Aloma K. K., Sudirman dan Indra GunawanPusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATAN

Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang

ABSTRAK

MODIFIKASI POLIETILEN SEBAGAI POLIMER KOMPOSIT BIODEGRADABLE UNTUKBAHAN KEMASAN. Pembuatan polimer komposit yang biodegradable dengan metode blending telahdilakukan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensintesis berbagai bahan polimer komposit yang biodegradableyang dapat diaplikasikan dalam berbagai keperluan antara lain sebagai bahan pengemas ramah lingkungan yangmudah terdegradasi. Dalam makalah ini, pembuatan polimer komposit yang biodegradable dilakukan dengancara menambahkan sejumlah filler yang biodegradable kedalam polimer sintetik menggunakan metode blending.Polimer sintetik yang digunakan dalam penelitian ini adalah Low Linier Density Polyethylene (LLDPE) danHigh Density Polyethylene (HDPE) dengan filler tepung tapioka. Variasi komposisi tepung tapioka yangdigunakan adalah 50 % berat, 55 % berat, 60 % berat, 65 % berat, 70 % berat dan 75 % berat. Karakterisasimeliputi uji mekanik, uji termal, uji strukturmikro dan uji biodegradable. Hasil pengujian menunjukkan bahwasifak mekanik bahan turun dengan semakin besarnya kandungan tepung tapioka, namun tidak memperlihatkanperubahan yang signifikan pada sifat bahan komposit polimer. Untuk masa pemendaman di tanah selama 8minggu, komposit polimer berbasis LLDPE pada semua komposisi filler tepung tapioka dapat terdegradasi didalam tanah. Sementara untuk komposit polimer berbasis HDPE pada semua komposisi filler tepung tapiokabelum tampak terdegradasi.

Kata kunci : Polietilen, Polimer komposit, Biodegradable, Filler, Blending

ABSTRACT

POLYETHYLENE MODIFICATION AS BIODEGRADABLE COMPOSITE POLYMER FORPACKING MATERIALS. The synthesis of the biodegradable composite polymer using blending method hasbeen done. The aim of this research is to synthesize kinds of biodegradable composite polymer materials whichcould be applied in many kinds of requirements such as environmental friendly packaging and degradable. Inthis paper, the synthetic of biodegradable composite polymer was performed by adding biodegradable filler tothe synthetic polymer using blending method. In this experiment Low Linier Density Polyethylene (LLDPE),High Density Polyethylene (HDPE) and filler of tapioca were used. The variation of tapioca meal compositionwere 50 in weight percent , 55 in weight percent, 60 in weight percent, 65 in weight percent, 70 in weightpercent and 75 in weight percent. The characterization was done by means of thermal test, microstructure test,biodegradable and mechanical test. The result showed that the mechanical properties of the materials decreasedwith increasing composition of tapioca but did not show significant change to the polymer composite materials.For burrying time inside the ground of 8 weeks, all specimens based on polymer LLDPE for all composition oftapioca filler were degraded inside the ground, where as for all specimens based on polymer HDPE with allcomposition of tapioca filler did not show any degradation.

Key words : Polyethylene, Composite polymer, Biodegradable, Filler, Blending

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan bahan polimer,para ilmuwan telah melakukan banyak usaha untukmemperbaiki sifat bahan ini agar lebih stabil, lebih kuatsecara mekanik dan kimia serta tahan lama. Saat ini bahanpolimer (plastik) digunakan di berbagai sektor kehidupanuntuk berbagai hal, diantaranya sebagai pembungkusmakanan, alas makan dan minum, untuk keperluan

sekolah, kantor, automotif dan berbagai sektor lainnya.Hal ini dikarenakan plastik memiliki sifat unggul sepertiringan tetapi kuat, transparan, tahan air serta harganyarelatif murah dan terjangkau oleh semua kalanganmasyarakat [1,2].

Pada dekade ini tingkat pemakaian bahan plastikterus meningkat seiring bertambahnya jumlah populasi

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Edisi Khusus Desember 2008, hal : 37 - 42

ISSN : 1411-1098

38

penduduk. Produksi plastik di Indonesia mencapai1.475 ton pada tahun 2005 yang berarti meningkat4,17 % dibandingkan tahun 2001 sebesar 1,416 ton.Pemakaian polimer yang terus meningkat menciptakanmasalah yang serius terhadap lingkungan berkenaandengan penanganan limbah plastik tersebut terutamayang berasal dari plastik pengemas [3].

Salah satu alternatif yang mungkin untuk strategipenanganan limbah plastik adalah dengan proses daurulang. Usaha ini belum cukup optimal dan masihmenyisakan banyak kontroversi dan diskusi antara parailmuwan dan publik pemakainya berkenaan tingkatkeamanan pemakaian polimer hasil daur ulang.Berdasarkan hal tersebut, sejak awal tahun 1990-an parailmuwan telah berusaha mengembangkan bahanplastik tertentu yang kinerjanya sebanding denganbahan polimer konvensional tetapi bisa didegradasioleh mikroba. Bahan polimer ini biasa disebutpolimer biodegradable atau polimer yang ramahlingkungan [4-6].

Produk plastik yang kita pakai sehari-harikebanyakan berasal dari produk samping petrokimia danbersifat tahan terhadap serangan mikroba. Agar prosesbiodegradasi terhadap polimer bisa terjadi, maka polimertersebut harus dimodifikasi. Modifikasi bisa melalui duacara, pertama dengan membuatnya dari monomer yangtidak tahan terhadap mikroba, dan kedua denganmenambahkan aditif atau gugus yang biodegradabelke dalam polimer sintetis. Proses pembuatan polimerbiodegradabel dengan cara pertama telah banyakdilakukan tapi hasilnya kurang kompetitif secara ekonomikarena harga monomer yang mahal serta ketersediaannyajuga terbatas. Salah satu contoh polimer biodegradableyang dibuat cara tersebut adalah polimer yang berasaldari asam laktat (PLA) [7-9].

Pada penelitian ini akan dikembangkan prosespembuatan polimer dengan cara menambahkan fillertepung tapioka ke dalam polimer sintetis yang biasadigunakan untuk bahan kemasan yang beredar dipasaran seperti Polietilen (PE).

Polietilen merupakan termoplastik yang kuat,ringan dan bersifat semi kristalin yang banyakdigunakan sebagai bahan dasar oleh industriplastik kemasan.Salah satu sifat fisik dari polietilenditentukan oleh densitasnya yang dipengaruhioleh percabangan pada rantai polietilen. Adanyaperbedaan percabangan pada polietilen makapolietilen dapat dibedakan menjadi High DensityPolyethylene (HDPE), Low Density Polyethylene(LDPE) dan Low Linear Density Polyethylene (LLDPE).Dalam penelitian ini digunakan polietilen jenis HighDensity Polyethylene (HDPE) dan Low Linear DensityPolyethylene (LLDPE)[10].

Dari penelitian ini diharapkan tepung tapiokadapat digunakan sebagai filler untuk bahan polimerkomposit biodegradabel yang bisa diaplikasikan untukberbagai keperluan antara lain sebagai bahan pengemas.

METODE PERCOBAAN

Bahan

Bahan yang digunakan adalah polietilen jenisHigh Density Polyethylene (HDPE) dan Linear LowDensity Polyethylene (LLDPE) yang diproduksiPT Titan Petrokimia Indonesia, Merak, yang bertindaksebagai matriks, Tapioka cap ‘Angsa Dua’sebagai bahanpengisi (filler), dan nitrogen cair.

Peralatan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalahtimbangan digital merk Sartorius, pengayak tepungmotorized sieve shaker, Labo Plastomill merekToyoseiki, alat cetak film (ukuran 15 cm x 15 cm,tebal 0,1 cm), mesin pengepres panas (Hydraulic Press),mesin pengepres dingin dan pembuat dumb bell. Ujisifat mekanik dilakukan sesuai dengan standarASTM-D 1822-L menggunakan Tensile Strength Testermerek Toyoseiki dan pengujian sifat termal denganDifferential Scanning Calorimetry (DSC) tipe DSC7Perkin Elmer.

Cara Kerja

Preparasi cuplikan diawali dengan pengayakanfiller (tapioka) sampai dengan 325 mesh .Kemudian LLDPE dan tapioka dicampur berdasarkan%berat masing-masing 50, 55, 60, 65 dan 70 Tapioka.LLDPE dimasukkan ke dalam Labo Plastomill terlebihdahulu sampai meleleh sempurna pada suhu 130 °C(sekitar titik leleh dari LLDPE). Selanjutnya dimasukkantepung tapioka secara perlahan-lahan sambil terusdigiling, setelah semua tapioka habis, Labo Plastomillditutup dan dibiarkan selama 10 menit dengan kecepatanputar 30 rpm.

Hasil blending ditimbang sebanyak 10 gramdan diletakkan di dalam alat cetak film kemudiandimasukkan ke dalam mesin pengepres panasdengan tekanan 150 kg/cm2 pada suhu 130 °C selama5 menit. Setelah 5 menit alat cetak dikeluarkan darialat pengepres panas kemudian dimasukkan kedalam mesin pengepres dingin dengan tekanansebesar 5 ton selama 2 menit. Film plastik yangdihasilkan ini kemudian dibentuk dumbbell denganmengunakan cetakan alat Die Cut berdasarkan standarASTM-D-1822-1.

Hal yang sama juga dilakukan pada pembuatankomposit HDPE+tapioka, akan tetapi suhu operasi yangdigunakan adalah 160 oC. Selanjutnya dilakukankarakterisasi polimer komposit yang didapatkan meliputiuji mekanik (kekuatan luluh, kekuatan tarik danperpanjangan putus) dan uji mikrostruktur serta ujibiodegradable. Preparasi yang sama juga dilakukanuntuk HDPE dan tapioka dengan komposisi yang samadengan LLDPE. Alur kerja pembuatan dan karakterisasi


39

komposit polimer biodegradable berbasis LLDPE dan

HDPE ditampilkan pada Gambar 1.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sifat Mekanik

Pengukuran sifat mekanik meliputi yield strength(kekuatan luluh), tensile strength (kekuatan tarik) danelongation at break (perpanjangan putus) dari cuplikanLLDPE+tapioka dan HDPE+tapioka

Yield strength adalah kekuatan bahan terhadapdeformasi plastik. Tabel 1 menunjukkan bahwa hargayield strength semakin kecil dengan bertambahnyatapioka, hal ini disebabkan karena tapioka yang bersifatnon-plastis, sehingga membuat sifat plastis dari LLDPEmenjadi berkurang. Untuk HDPE terlihat denganpenambahan tapioka, yield strength tidak ada, hal inidisebabkan oleh densitas HDPE yang tinggi sehinggadengan penambahan tapioka akan menyebabkan semakingetas dan mudah patah.

Tensile strength adalah kemampuan bahan untukmenerima beban tanpa menjadi rusak atau putus.Tensile strength suatu bahan ditetapkan denganmembagi gaya maksimum dengan luas penampangmula-mula sebelum terdeformasi. Tabel 1 menunjukkanbahwa kekuatan tarik mengalami penurunan denganpenambahan tapioka, hal ini juga disebabkan oleh sifatplastis dari bahan yang semakin berkurang.

Elongation at Break merupakan pertambahanpanjang dari spesimen uji oleh karena beban penarikansampai sesaat sebelum spesimen uji tersebut mengalamiperpatahan.

Tabel 1 menunjukkan bahwa elongation at breakakan semakin kecil dengan penambahan tapioka. Semakinbanyak penambahan tapioka akan menyebabkan nilaielongation at break semakin menurun, hal ini disebabkankarena penambahan tapioka yang berlebihmengakibatkan sifat plastis bahan semakin berkurangdan mudah putus.

Uji Termal

Kantong plastik yang diproduksi tidak lansungdigunakan, kadangkala mengalami proses penyimpanansehingga parameter termal dapat dijadikan parameterpenggunaan kantong plastik tersebut.

Uji termal diperlukan untuk melihat perubahansifat termal dari bahan komposit polimer LLDPE+tapiokadan HDPE/Tap sebagai fungsi suhu.

Tabel 2 menunjukkan bahwa bertambahnyakonsentrasi tepung tapioka tidak mempengaruhi sifattermal komposit polimer. Ini menunjukkan bahwakomponen komposit tidak terikat secara kimiawi.

Tabel 1. Hasil pengukuran sifat mekanik dari cuplikanLLDPE+tapioka dan HDPE+tapioka dengan variasi komposisitepung tapioka

Jenis Sampel Tebal(mm)

YieldStrength(Kg/cm2)

TensileStrength(Kg/cm2)

Elongation atBreak (%)

Polietilen (LLDPE) 0,432 103,91 244,68 820

LLDPE + 50% Tapioka 0,470 54.59 67,97 510

LLDPE + 55% Tapioka 0,468 50,86 64,82 480

LLDPE + 60% Tapioka 0,476 53,03 63,61 470

LLDPE + 65% Tapioka 0,464 43,79 51,66 380

LLDPE + 70% Tapioka 0,590 44,23 35,61 70

LLDPE + 75% Tapioka 0,588 - 28,91 60

Polietilen (HDPE) 0,450 231,85 351,43 800

HDPE + 50% Tapioka 0,680 - 135,01 -

HDPE + 55% Tapioka 0,522 - 110,49 -

HDPE + 60% Tapioka 0,510 - 102,66 -

HDPE + 65% Tapioka 0,580 - 96,46 -

HDPE + 70% Tapioka 0,542 - 80,47 -

HDPE + 75% Tapioka 0,520 - 65,19 -

- tidak terbaca

Gambar 1. Alur kerja pembuatan dan karakterisasikomposit polimer biodegradable berbasis LLDPE danHDPE

Blending T= 130°C

LLDPE/HDPE + Tapioka (50, 55, 60, 70, 75) % berat

Uji Termaldengan STA

Uji strukturmikrodengan SEM

Uji mekanik dengan stograph :- Kekuatan luluh- Kekuatan tarik- Perpanjangan putus

Karakterisasi

Uji Biodegradable

Tabel 2. Hasil uji termal dengan menggunakan alat DSC untukkomposit polimer LLDPE, HDPE dan tapioka dengan variasikomposisi

No. Sampel ∆H=J/g Peak (C)

1 LLDPE 41.24 122.90

2 LLDPE + 50 %Tapioka 9.87 122.78

3 LLDPE + 55 %Tapioka 8.31 122.98

4 LLDPE + 60 %Tapioka 6.88 122.94

5 LLDPE + 65 %Tapioka 5.27 122.17

6 LLDPE + 65 %Tapioka 15.00 126.01

7 LLDPE + 75 %Tapioka 8.42 122.31

No. Sampel ∆H=J/g Peak(C)

1 HDPE 138.97 128.82

2 HDPE + 50 %Tapioka 79.53 127.40

43.02 155.20

3 HDPE + 55 %Tapioka 64.93 127.19

42.46 145.12

4 HDPE + 60 %Tapioka 58.79 127.82

5 HDPE + 65 %Tapioka 58.38 127.20

41.69 153.25

6 HDPE + 70 %Tapioka 48.82 127.29

16.58 164.04

7 HDPE + 75 %Tapioka 49.09 127.24

34.71 157.69



ISSN : 1411-1098

40

Strukturmikro

Kekuatan mekanik yang menjadi parameterpenggunaan kantong plastik sangat ditentukan olehstrukturmikro yang dimilikinya, oleh sebab itu dalampenelitian ini juga dilakukan pengamatan dengan SEMuntuk mengetahui strukturmikronya.

Hasil strukturmikro blending LLDPE+tapiokadiperlihatkan pada Gambar 2.

Proses pencampuran antara LLDPE atau HDPEdengan filler tepung tapioka melalui proses blendingsehingga diharapkan terjadi proses pencampuran denganhasil yang homogen. Gambar 2 dan Gambar 3menerangkan bahwa proses blending, bahan polimer

LLDPE dan HDPE dengan penambahan tepung tapiokaterlihat cukup homogen pada semua komposisi, dengansemakin banyaknya filler tepung tapioka maka terlihatpolimer LLDPE dan HDPE semakin sedikit dan sifatplastis bahan semakin berkurang. Hal ini didukung olehdata mekanik dari bahan polimer komposit, dengan inidiharapkan polimer komposit akan semakin mudahterdegradasi di dalam tanah.

Uji Biodegradable

Uji biodegradable terhadap komposit polimerdilakukan dengan memendamkan LLDPE+tapiokadalam media tanah. Terlihat pada Gambar 4 (a),

(b) (c)(a)

(d) (e) (f)

Gambar 2. Hasil strukturmikro dari komposit polimer LLDPE+Tapioka pada berbagai variasi komposisi :(a). LLDPE+tapioka 50%, (b). LLDPE+tapioka 55%, (c). LLDPE+tapioka 60%, (d). LLDPE+tapioka 65%,(e). LLDPE+tapioka 70% dan (f). LLDPE+tapioka 75%

a b

c d

Gambar 3.Hasil strukturmikro dari komposit polimer HDPE+Tapioka padaberbagai variasi komposisi (a). HDPE murni, (b). HDPE+Tapioka 50%,(c). HDPE+Tapioka 65% , (d). HDPE+Tapioka 65%


41

setelah pemendaman selama 2 minggu kompositpolimer LLDPE+tapioka mulai terdegradasi. PemendamanLLDPE+tapioka selama 4 minggu, menyebabkankomposit mulai agak hancur. Selanjutnya pemendamanselama 8 minggu menyebabkan beberapa kompositpolimer hancur dan pada konsentrasi tapioka lebih besar60% komposit polimer telah habis. Hal ini menunjukkanbahwa dengan penambahan tapioka terhadap polimersintetis dapat merubah polimer sintetis tersebut menjadibiodegradable.

Gambar 5 menunjukkan bahwa untukkonsentrasi tapioka lebih dari 55% kerusakan akan terlihat

seperti pada Gambar 5 (b) dan untuk konsentrasi tepungtapioka lebih dari 60% seperti 65 %, 70 % dan 75 %komposit hancur dalam tanah dengan masa pendam

Gambar 4. Hasil uji biodegradable LLDPE+tapioka dengan pemendamandi dalam tanah selama (a). 2 minggu, (b). 4 minggu dan (c). 8 minggu

ba

c

Gambar 5. Hasil uji biodegradable LLDPE+Tap denganpemendaman di dalam tanah selama 8 minggu.(a) LLDPE+Tap 55% dan (b). LLDPE+Tap 60%

a

b

Gambar 6. Hasil uji biodegradable HDPE+tapiokadengan pemendaman di dalam tanah selama (a). 2 minggu,(b). 4 minggu dan (c). 8 minggu

a

c

b



ISSN : 1411-1098

42

8 minggu. Bila hal ini dihubungkan dengan sifat mekanikdari masing-masing komposit polimer tersebut, makakomposit polimer yang memungkinkan untuk plastikkemasan yang biodegradable adalah komposit polimerpada konsentrasi LLDPE+tapioka 60%, karena padakonsentrasi ini hasil uji mekanik lebih baik dibandingkankonsentrasi komposit polimer yang lebih besar dari60% (Tabel 1)

Hasil uji biodegradable polimer kompositHDPE+tapioka (Gambar 6) berbeda denganLLDPE+tapioka (Gambar 5) dimana pada polimerkomposit HDPE/tapioka pemendaman dari 2 minggusampai dengan 8 minggu tidak menyebabkan polimerkomposit ini terdegradasi. Hal ini mungkin disebabkandari sifat densitas polimer sintetis HDPE yang tinggisehingga polimer ini sulit untuk terdegradasi di dalamtanah, data eksperimen tentang biodegradable HDPEbelum diperoleh dari literatur yang diacu selama ini.

Gambar 6. memeperlihatkan polimer kompositHDPE+tapioka yang dilakukan uji biodegradabledimana sampel uji ditanam di tanah dengan kedalaman30 cm. Hasilnya menunjukkan tidak ada perubahan padakomposit HDPE+tapioka bila dibandingkan denganLLDPE+tapioka (Gambar 5)

KESIMPULAN

LLDPE+tapioka dapat digunakan sebagaibahan kemasan karena hasil uji biodegradablemenunjukkan komposit polimer ini dapat terdegradasi didalam tanah . Sementara untuk HDPE+tapioka belumbisa digunakan untuk bahan kemasan karena masih belumterdegradasi dengan baik, sehingga diperlukan penelitianlanjutan.

DAFTARACUAN

[1]. MASCIA L., Thermoplastics, MaterialsEngineering, Elsevier Apllied Science, London,(1989)

[2]. http;//www.dml.or.id/dml5/berita_terbaru/biodegradable_bag_di_indonesia.dml. diakses7 Februari (2008)

[3]. BPS, Data, Jakarta (www.bps.go.id), (2005)[4]. MULLER, R.J. Biodegradability of Polymers:

Regulations and Methods for Testing ,Braunchweig, Germany, (2002) 366-374

[5]. K. HOPPENHERDT and J. TRANKLER.,Biodegradable Plastic and Biowaste Options ForA Common Treatment, Proccedings of theBiowaste ’95 Conference, Aalborg. Denmark,(1995)

[6]. http://blogkuw.wordpress.com/2007/07/20/plastikbiodegradable

[7]. DESWITA, ALOMA KARO KARO danSUDIRMAN, Pengaruh Penambahan Filler JeramiTerhadap sifat Mekanik dan Termal KompositBerbasis Polipropilena, Prosiding Pertemuan

Ilmiah Ipetk Bahan ’02, P3IB-BATAN, Serpong,(2002)225-228

[8]. ENVIS, Indian Centre For Plastics In TheEnviroment, 1 (4) (2003)

[9]. COLEMAN, M.M., GRAF, J.F.,And PAINTER, P.,Spesific Interactions and The Miscibility ofPolymer Blends, Technomic, 20 (1991)

[10]. NPL, Plastics and Adhesives, The UK’s NationalMeasurement Laboratory, 9 (2006)

21jan12_175532_deswita

Documents