4.bio polimer

TEKNOLOGI BIO POLIMER

Arie Febrianto Mulyadi

Jur TIP-FTP-Univ. Brawijaya

arie_febrianto@ub.ac.id

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