4.bio polimer
TRANSCRIPT
TEKNOLOGI BIO POLIMER
Arie Febrianto Mulyadi
Jur TIP-FTP-Univ. Brawijaya
ariefm.lecture.ub.ac.id
POLIMER
Polimer diklasifikasikan dalam:
Sintetik
Alami
Polimer sintetik diperoleh dari polimerisasi
minyak bumi melalui rekayasa proses
menggunakan katalis dan panas.
CONTOH POLIMER SINTETIK
Polyethylene
Polypropylene
Polytetrafluoroethylene (Teflon®)
Polyvinylchloride
Polyvinylidenechloride
Polystyrene
Polyvinylacetate
Polymethylmethacrylate (Plexiglas®)
Polyacrylonitrile
Polybutadiene
Polyisoprene
Polycarbonate
Polyester
Polyamide (nylons)
Polyurethane
Polyimide
Polyureas
Polysiloxanes
Polysilanes
Polyethers
POLIMER ALAMI
Polimer alami telah lama digunakan untuk:
pakaian, dekorasi, peralatan, perlindungan, trans
portasi, dsb.
Contoh polimer alami:
Pati
Selulosa (kayu)
Protein
Rambut
Sutera
DNA and RNA
Tanduk
Karet
BIOPOLIMER
Biopolimers diperoleh dari polimerisasi bahan
baku bio dengan rekayasa proses industri.
Bahan baku Bioplomer diisolasi dari tanaman,
binatang atau disintesis dari biomass
menggunakan enzim/mikrobia.
CONTOH BIOPOLIMER
Polyesters Polylactic acid
Polyhydroxyalkanoates
Proteins Silk
Soy protein
Corn protein (zein)
Polysaccharides Xanthan
Gellan
Cellulose
Starch
Chitin
Polyphenols
Lignin
Tannin
Humic acid
Lipids
Waxes
Surfactants
Specialty polymers
Shellac
Natural rubber
Nylon (from castor oil)
MENGAPA BIOPOLIMER?
Bahan bakar fosil (minyak, gas, batubara) semakin mahal
dan langka karena tidak dapat diperbaharui sehingga
diperlukan bahan baku yang terbaharui.
Kini mulai dikembangkan teknologi untuk biopolimer baru
menggunakan tanaman.
Sebagian besar polimer sintetik tidak biodegradable
BIODEGRADABLE POLYMERS
Polimer seperti polyethylene dan polypropylene tahan di lingkungan sampai beberapa tahun setelah pembuangan.
Recycling secara fisis terhadap plastik sering tidak praktis dan tidak diinginkan
Biodegradable polymers mudah dirombak secara enzimatis atau hidrolisis alami.
UNTUK APA POLIMER BIODEGRADABLE?
Bahan pengemas (mis, tas belanja, kemasanmakanan, karton untuk telur, dsb)
Medik (mis alat suntik, wadah infus, dsb)
Kosmetik
Mainan anak,
dsb
ADA TIGA KELOMPOK BIOPOLIMER YANG
MENJADI BAHAN DASAR DALAM PEMBUATAN
FILM KEMASAN BIODEGRADABLE
Campuran biopolimer dengan polimer sintetis
Film jenis ini dibuat dari campuran granula pati (5 –
20 %) dan polimer sintetis serta bahan
tambahan (prooksidan dan autooksidan). Bahan ini
memiliki nilai biodegradabilitas yang rendah dan
biofragmentasi sangat terbatas.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
POLIMER MIKROBIOLOGI (POLYESTER)
Biopolimer ini dihasilkan secara bioteknologis atau
fermentasi dengan mikroba genus Alcaligenes .
Biopolimer jenis ini diantaranya polihidroksi butirat
(PHB), polihidroksi valerat (PHV), asam polilaktat
(polylactic acid) dan asam poliglikolat (polyglycolic
acid).
Bahan ini dapat terdegradasi secara penuh oleh
bakteri, jamur dan alga. Namun oleh karena
proses produksi bahan dasarnya yang rumit
mengakibatkan harga kemasan biodegradable ini
relatif mahal.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
POLIMER PERTANIAN :
Biopolimer ini tidak dicampur dengan bahan sintetis
dan diperoleh secara murni dari hasil pertanian.
Polimer pertanian ini diantaranya cellulose (bagian
dari dinding sel tanaman), cellophan,
celluloseacetat, chitin (pada kulit Crustaceae),
pullulan (hasil fermentasi pati oleh Pullularia
pullulans ).
Polimer hasil pertanian mempunyai sifat
termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk
dibentuk atau dicetak menjadi film kemasan.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Keunggulan polimer jenis ini adalah tersedia
sepanjang tahun (renewable) dan mudah hancur
secara alami (biodegradable). Beberapa polimer
pertanian yang potensial untuk dikembangkan
adalah pati gandum, pati jagung, kentang, casein,
zein, konsentrat whey dan soy protein.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
POLYHYDROXYALKANOATES
Polyhydroxyalkanoates (PHA) diakumulasisebagi granula dalam sitoplasma sel.
PHAs adalah poliester termoplastik
Sifat dapat elastis seperti karet (rantaipanjang) dan kaku seperti plastik (rantaipendek).
H O C
O
(CH2) C
O
OHn[ ]
PRODUKSI PHA
Bahan Baku
Preparasi Media
Fermentasi
Penghancuran Sel
Pencucian
Sentrifugasi
Pengeringan
PHA
Sumber Karbon
Pertumbuhan Bakteri dan
akumulasi polimer
Pemurnian Polimer
POLYLACTIC ACID
Polylactic acid (PLA) didegradasi secara hidrolisis
dan tidak diserang mikrobia
Serat PLA halus seperti sutera dengan menjaga
kelembaban yang bagus.
Kopolimer asam laktat dan asam glikolat digunakan
dalam bidang kesehatan.
Bahan baku yang dapat digunakan dalam
pembuatan PLA adalah semua bahan yang
mengandung pati seperti singkong, ubi jalar,
jagung, dan gandum.
Pati yang telah diperoleh diolah lebih lanjut menjadi
glukosa melalui proses hidrolisis. Glukosa inilah
yang nantinya akan difermentasi oleh
mikroorganisme seperti bakteri Lactobacillus
menjadi asam laktat sebagai monomer.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Selanjutnya asam laktat dipolimerisasi dengan
bantuan panas dan katalis logam menjadi PLA.
Selain Lactobacillus, juga dikembangkan proses
fermentasi menggunakan ragi Sacharomieces
cerevisiae dan Escerecia coli.
Keunggulan PLA adalah waktu penguraiannya yang
singkat hanya kurang lebih 2-6 minggu serta sedikit
dihasilkan residu CO2.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
METODE PEMBUATAN FILM
A. Metode pembuatan film yang dikembangkan olehIsobe
Bahan dasar (zein) dilarutkan dalam aceton dengan air 30 % (v/v) atau etanol dengan air 20 % (v/v).
Kemudian ditambahkan bahan pemlastik (lipida ataugliserin), dipanaskan pada 50o c selama 10 menit.
Selanjutnya dilakukan pencetakan pada casting denganmenuangkan 10 ml campuran ke permukaan plat polyethylene yang licin.
Dibiarkan selama 5 jam pada suhu 30 sampai 45o c dengan rh ruangan terkendali.
Film yang terbentuk dilepas dari permukaan cetakan(casting), dikeringkan dan disimpan pada suhu ruangselama 24 jam
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
B. Metode yang dikembangkan oleh Frinault
dengan bahan dasar (casein) menggunakan
pencetak ekstruder dengan tahap proses terdiri
dari :
1. pencampuran bahan dasar dengan aceton/etanol-
air,
2. penambahan plasticiser,
3. pencetakan dengan ekstruder kemudian
pengeringan film.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
C. METODE YANG DIKEMBANGKAN YAMADA
1. Bahan dasar (zein) dilarutkan dalam etanol 80 %.
2. Ditambahkan pemlastis, dipanaskan pada suhu
60 sampai 70o C selama 15 menit.
3. Campuran kemudian dicetak pada auto-casting
machine.
4. Selanjutnya dibiarkan selama 3 – 6 jam pada
suhu 35o c dengan rh ruangan 50 %.
5. Film kemudian dikeringkan selama 12 – 18 jam
pada suhu 30o c pada rh 50 %.
6. Dilanjutkan dengan conditioning dalam ruang
selama 24 jam pada suhu dan rh ambien.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
BIODEGRADABILITAS
Alasan utama membuat kemasan plastik berbahan
dasar bioplimer adalah sifat alamiahnya yang dapat
hancur atau terdegradasi dengan mudah..
Umumnya setelah sampah kemasan dibuang ke
tanah (landfill), akan mengalami proses
penghancuran alami baik melalui proses
fotodegradasi (cahaya matahari, katalisa),
degradasi kimiawi (air, oksigen), biodegradasi
(bakteri, jamur, alga, enzim) atau degradasi
mekanik (angin, abrasi).
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Proses-proses tersebut dapat berlansung secara
tunggal maupun kombinasi. Beberapa faktor yang
mempengaruhi tingkat biodegradabilitas kemasan
setelah kontak dengan mikroorganisme, yakni :
sifat hidrofobik, bahan aditif, proses produksi,
struktur polimer, morfologi dan berat molekul bahan
kemasan (Griffin, 1994).
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
PROSES TERJADINYA BIODEGRADASI FILM
KEMASAN PADA LINGKUNGAN ALAM
Dimulai dengan tahap degradasi kimia yaitu
dengan proses oksidasi molekul, menghasilkan
polimer dengan berat molekul yang rendah.
Proses berikutnya (secondary process)
adalah serangan mikroorganisme (bakteri, jamur
dan alga) dan aktivitas enzim (intracellular,
extracellular).
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Contoh mikroorganisme diantaranya bakteri
phototrop
(Rhodospirillium, Rhodopseudomonas, Chromatium
, Thiocystis), pembentuk endospora
(Bacillus, Clostridium), gram negatif aerob
(Pseudomonas, Zoogloa, Azotobacter, Rhizobium),
Actynomycetes, Alcaligenes
Umumnya kecepatan degradasi pada lingkungan
limbah cair anaerob lebih besar dari pada limbah
cair aerob, kemudian dalam tanah dan air laut.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Kendala utama yang dihadapi dalam pemasaran
kemasan ini adalah harganya yang relatif tinggi
dibandingkan film kemasan PE.
Sebagai perbandingan untuk PHBV sekitar US$ 8
– 10/lb, sedangkan untuk film PE hanya US$ 0.30 –
0.45/lb.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Biaya produksi yang tinggi berasal dari komponen
bahan baku (sumber karbon), proses fermentasi
(isolasi dan purifikasi polimer) dan investasi
modal. Upaya untuk menekan harga tersebut
adalah menggunakan substrat dari methanol,
molasses dan hemicellulose hydrolysate
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Di Indonesia penelitian dan pengembangan
teknologi kemasan plastik biodegradable masih
sangat terbatas.
Hal ini terjadi karena selain kemampuan sumber
daya manusia dalam penguasaan ilmu dan
teknologi bahan, juga dukungan dana penelitian
yang terbatas. Dipahami bahwa penelitian dalam
bidang ilmu dasar memerlukan waktu lama dan
dana yang besar.
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
Prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan
plastik biodegradable di Indonesia sangat
potensial.
Alasan ini didukung oleh adanya sumber daya
alam, khususnya hasil pertanian yang melimpah
dan dapat diperoleh sepanjang tahun. Berbagai
hasil pertanian yang potensial untuk dikembangkan
menjadi biopolimer adalah jagung, sagu, kacang
kedele, kentang, tepung tapioka, ubi kayu (nabati)
dan chitin dari kulit udang (hewani) dan lain
sebagainya
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
ww
w.th
em
ega
llery.c
om
ww
w.th
em
ega
llery.c
om