makalah plastik biodegradabel
TRANSCRIPT
PLASTIK BIODEGRADABEL
MAKALAH
diajukan guna melengkapi tugas Polimer&Komposit
Oleh
Dimas Bahtera E (091910101023)
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JEMBER2010
BAB 1 PENDAHULUAN
1.2 Latar Belakang
Sampah plastik menjadi masalah lingkungan berskala gobal karena plastik
tidak dapat terombak dalam lingkungan. Pengembangan bahan plastik
biodegradabel merupakan salah satu alternatif untuk memecahkan masalah ini. Di
beberapa negara maju sudah ada yang diproduksi secara komersial, seperti poli
(hidroksi alkanoat) (PHA), poli (e-kaprolakton) (PCL), poli (butilen suksinat)
(PBS), dan poli asam laktat (PLA). Pengembangan bahan plastik biodegradabel
menggunakan bahan alam terbarui (renewable resources) sangat diharapkan. Poli
(asam laktat) (PLA) menjadi kandidat yang menjanjikan, karena PLA dapat
diproduksi dari bahan alam terbarui seperti pati-patian dan selulosa melalui
ferementasi asam laktat. Selain daripada itu PLA mempunyai sifat yang mirip
dengan plastik konvensional. Indonesia kaya akan sumberdaya alam pati-patian.
Pengembangan biodegradabel plastik yang tengah kami lakukan adalah
pemanfaatan pati-patian tropis (sagu dan tapioka) melalui teknik blending pelet
plastik dan pati, modifikasi pati dan sintesa kimiawi poli asam. Pengujian plastik
biodegradabel dilakukan untuk mengetahui kemampuan lingkungan (tanah)
Indonesia untuk merombak plastik biodegradabel. Penduduk dunia yang
berjumlah 3 milyar di tahun 1960 meningkat 2 kali lipat menjadi lebih dari 6
milyar hanya dalam kurun waktu 40 tahun. Peningkatan jumlah penduduk
ditambah dengan penggunaan sumberdaya alam dan energi secara besar-besaran
berakibat terciptanya sampah yang menumpuk dalam jumlah sangat besar.
Diantara sampah tersebut, sampah plastik merupakan sampah yang sulit dalam
penanganannya sehingga menyebabkan masalah lingkungan berskala global.
Plastik banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari, karena mempunyai
keunggulan-keunggulan seperti kuat, ringan dan stabil, namun sulit terombak oleh
mikroorganisme dalam lingkungan sehingga menyebabkan masalah lingkungan
yang sangat serius. Dalam memecahkan masalah sampah plastik dilakukan
beberapa pendekatan seperti daur ulang, teknologi pengolahan sampah plastik dan
pengembangan bahan plastik baru yang dapat hancur dan terurai dalam
lingkungan yang dikenal dengan sebutan plastik biodegradabel. Seiring dengan
meningkatnya kesadaran untuk pelestarian lingkungan, kebutuhan bahan plastik
biodegradabel mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Gambar 1
memperlihatkan proyeksi kebutuhan plastik biodegradabel hingga tahun 2010
yang dikeluarkan oleh Japan Biodegradable Plastik Society. Di tahun 1999,
produksi plastik biodegradabel hanya sebesar 2500 ton, yang merupakan 1/
10.000 dari total produksi bahan plastik sintetis. Pada tahun 2010, diproyeksikan
produksi plastik biodegradabel akan mencapai 1.200.000 ton atau menjadi 1/ 10
dari total produksi bahan plastik. Industri plastik biodegradabel akan berkembang
menjadi industri besar di masa yang akan datang.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah plastik biodegradabel itu?
2. Bagaimana cara mengembangkan plastik biodegradabel dengan pati tropis?
3. Bagaimana sifat dari plastik biodegradabel?
1.3 Tujuan dan Manfaat
1. Kita dapat mengetahui apa yang dimaksud plastik biodegradabel.
2. Kita dapat mengetahui cara mengembangkan plastik biodegradabel.
3. Kita dapat mengetahui sifat plastik biodegradabel.
BAB 2 PEMBAHASAN
2.1 Plastik biodegradabel dan metode pengujiannya
Plastik biodegradabel adalah plastik yang dapat digunakan layaknya
seperti plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas
mikroorganisme menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah habis
terpakai dan dibuang ke lingkungan. Karena sifatnya yang dapat kembali ke alam,
plastik biodegradabel merupakan bahan plastik yang ramah terhadap lingkungan.
Di Jepang telah disepakati penggunaan nama plastik hijau (GURIINPURA) untuk
plastik biodegradabel.
Berdasarkan bahan baku yang dipakai, plastik biodegradabel
dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu kelompok dengan bahan baku
petrokimia dan kelompok dengan bahan baku produk tanaman seperti pati dan
selulosa. Yang pertama adalah penggunaan sumberdaya alam yang tidak terbarui
(non-renewable resources), sedangkan yang kedua adalah sumber daya alam
terbarui (renewable resources). Saat ini polimer plastik biodegradabel yang telah
diproduksi adalah kebanyakan dari polimer jenis poliester alifatik. Gambar 2
menunjukkan representatif dari polimer plastik biodegradabel yang sudah
diproduksi skala industri.
1. Poli (-kaprolakton) (PCL) : PCL adalah polimer hasil sintesa kimia
menggunakan bahan baku minyak bumi. PCL mempunyai sifat
biodegradabilitas yang tinggi, dapat dihidrolisa oleh enzim lipase dan
esterase yang tersebar luas pada tanaman, hewan dan mikroorganisme.
Namun titik lelehnya yang rendah, Tm =60oC, menyebabkan bidang
aplikasi PCL menjadi terbatas.
2. Poli (ß-hidroksi butirat) (PHB) : PHB adalah poliester yang diproduksi
sebagai cadangan makanan oleh mikroorganisme seperti Alcaligenes
(Ralstonia) eutrophus, Bacillus megaterium dsb. PHB mempunyai titik
leleh yang tinggi (Tm = 180o C), tetapi karena kristalinitasnya yang tinggi
menyebabkan sifat mekanik dari PHB kurang baik. Kopolimer poli (b-
hidroksi butirat-ko-valerat) (PHB/ V) merupakan kopolimer hasil usaha
perbaikan sifat kristalinitas dari PHB. Dalam majalah Scientific America
edisi August 2000, Tillman U Gerngros melakukan kajian tentang tingkat
keramahan plastik biodegradabel terhadap lingkungan. Dia menyatakan
bahwa untuk memproduksi PHB dibutuhkan total energi yang jauh lebih
besar dibanding dengan energi yang dibutuhkan untuk memproduksi
plastik konvensional seperti polietilen dan polietilen tereftalat.
Kenyataannya memang beberapa perusahaan yang memproduksi PHB
menghentikan kegiatan produksinya, disebabkan karena mahalnya biaya
produksi yang dibutuhkan.
3. Poli (butilena suksinat) (PBS): PBS mempunyai titik leleh yang setara
dengan plastik konvensional polietilen, yaitu Tm =113o C. Kemampuan
enzim lipase dalam menghidrolisa PBS relatif lebih rendah dibandingkan
dengan kemampuannya menghidrolisa PCL. Untuk meningkatkan sifat
biodegradabilitas PBS, dilakukan kopolimerisasi membentuk poli (butilen
suksinat-ko-adipat) (PBS/A). PBS dan PBS/ A memiliki sifat ketahanan
hidrolisa kimiawi yang rendah, sehingga tidak dapat diaplikasikan untuk
bidang aplikasi lingkungan lembab. Kopolimerisasi PBS dengan poli
karbonat menghasilkan produk poliester karbonat yang memiliki sifat
biodegradabilitas, ketahanan hidrolisa kimiawi dan titik leleh yang tinggi.
4. Poli asam laktat (PLA) : PLA merupakan poliester yang dapat diproduksi
menggunakan bahan baku sumberdaya alam terbarui seperti pati dan
selulosa melaui fermentasi asam laktat. Polimerisasi secara kimiawi untuk
menghasilkan PLA dari asam laktat dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu
secara langsung dari asam laktat dan secara tidak langsung melalui
pembentukan laktida (dimer asam laktat) terlebih dahulu, dan diikuti
dengan polimerisasi menjadi PLA. PLA mempunyai titik leleh yang tinggi
sekitar 175o C, dan dapat dibuat menjadi lembaran film yang transparans.
Perusahaan-perusahaan besar dunia mulai bergerak untuk memproduksi
PLA, seperti Cargill-Dow Chemicals Co. yang akan memproduksi PLA
dengan skala 140.000 ton/ tahun dengan memanfaatkan pati jagung.
Sedangkan di Jepang, perusahaan Shimadzu Co. dan Mitsui Chemicals Co.
juga memiliki plant produksi PLA. Perusahaan Toyota kabarnya juga akan
mendirikan plant industri PLA di Indonesia dengan memanfaatkan pati ubi
jalar. Tampaknya PLA akan menjadi primadona plastik biodegradabel di
masa datang.
2.2 Sifat biodegradabilitas
Pengujian sifat biodegradabilitas bahan plastik dapat dilakukan
menggunakan enzim,mikroorganisme dan uji penguburan. Lembaga standarisasi
internasional (ISO) telah mengeluarkan metode standar pengujian sifat
biodegradabilitas bahan plastik sebagai berikut
a. ISO 14851 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dari bahan plastik
dalam media cair - Metode pengukuran kebutuhan oksigen dalam
respirometer tertutup
b. (b) ISO 14852 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dari bahan
plastik dalam media cair - Metode analisa karbondioksida yang dihasilkan.
c. (c) ISO 14855 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dan disintegrasi
dari bahan plastik dalam kondisi komposting terkendali - Metode analisa
karbondioksida yang dihasilkan.
Pati tropis untuk bahan baku plastik biodegradabel
Indonesia kaya akan sumberdaya alam, diantaranya pati-patian (tapioka
dan pati sagu) yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan plastik biodegradabel.
Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik
biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu :
(1) Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati
Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer
berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk
melelehkan polimer plastik. Plastik yang digunakan dapat berupa plastik
biodegradabel (PCL, PBS, atau PLA) maupun plastik konvensional (polietilen).
Sedangkan pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk granular
maupun pati yang sudah tergelatinisasi. Sifat mekanik dari plastik biodegradabel
yang dihasilkan tergantung dari keadaan penyebaran pati dalam fase plastik,
dimana bila pati tersebar merata dalam ukuran mikron dalam fase plastik, maka
produk plastik biodegradabel yang didapat akan mempunyai sifat mekanik yang
baik. Tabel 1 menunjukkan sifat mekanik plastik biodegradabel dari campuran
antara polimer plastik dengan pati tropis (pati sagu dan tapioka). Sifat
biodegradabilitas dari plastik biodegradabel berbasiskan pati sangat tergantung
dari rasio kandungan patinya. Semakin besar kandungan patinya, maka semakin
tinggi tingkat biodegradabilitasnya. Gambar 3 menunjukkan perubahan
morfologis dari sampel lempengan setebal 0.5 mm setelah uji penguburan selama
0, 1, 2, 4 dan 6 bulan. Terlihat bahwa semakin tinggi kandungan pati dalam
campuran PCL/pati, semakin mudah terdegradasi.
Hasil Penguburan Plastik Biodegradable Campuran PCL dengan Pati Tropis
Tabel 1 Sifat mekanik plastik biodegradabel berbasiskan pati tropis
Campuran plastik dengan pati (50/50 %berat)
Kekuatan tarik (MPa)
Elongasi (%)
PCL / Tapioka 7.9 ¡Þ 0.7 277 ¡Þ 34
PCL / Sagu 7.9 ¡Þ 1.1 317 ¡Þ 28
PBS / Tapioka 12.3 ¡Þ 0.8 65 ¡Þ 14
PBS / Sagu 16.4 ¡Þ 5.0 59 ¡Þ 9
PLA / Tapioka 16.4 ¡Þ 5.0 1 ¡Þ 0
PLA / Sagu 24.1 ¡Þ 2.8 2 ¡Þ 1
Pembanding
Produk komersial NOVON 10.7 ¡Þ 0.4 11 ¡Þ 1
Produk komersial MATER BI 7.8 ¡Þ 0.6 8 ¡Þ 1
(2) Modifikasi kimiawi pati
Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering
digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan tergantung
daripada jenis polimer yang dicangkokkkan pada pati. Jika polimer yang
dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel, maka produk yang
dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel. Namun demikian, biasanya sifat
biodegradabilitas pati akan berkurang atau bahkan hilang sama sekali dengan
proses modifikasi kimiawi. Tabel 2 menunjukkkan hasil grafting antara pati sagu
dan tapioka dengan poli metil akrilat.
Tabel 2 Grafting antara pati sagu dan tapioka dengan metil akrilat
Pati PMA / pati (g)
% add-on
% weight of PMA
homopolimer
Pati yang ter-graft dengan PMA
% konversi
% weight
M n
Sagu 18.8 46.8 9.6 40.8 4.25 x 105 70.6
Tapioka 16.5 31.7 31.7 13.8 1.10 x 106 50.0
Kondisi reaksi : Pati sebanyak 10 g direaksikan dengan 15 g metil akrilat dengan katalis Ceric ammonium nitrat sebesar 1 x 10 -3 M
(3) Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer / polimer plastik biodegradabel
Pati dapat dipakai sebagai bahan baku fermentasi untuk menghasilkan
asam laktat (monomer dari PLA), 1,4-butanediol (monomer dari PBS) atau
poliester mikroba (PHB) atau biopolimer lainnya seperti pullulan.
Biodegradabilitas plastik biodegradabel di lingkungan Indonesia
Sampah plastik menimbulkan masalah lingkungan karena
ketidakmampuan lingkungan (dalam hal ini mikroorganisme) dalam merombak
dan menguraikan plastik. Informasi mengenai kemampuan lingkungan dalam
menerima (merombak, menguraikan untuk kemudian masuk kedalam siklus
materi) plastik biodegradabel adalah sangat penting untuk mencegah hal-hal
negatif yang mungkin akan timbul akibat meluasnya pemakaian plastik
biodegradabel. Selain daripada pengkajian produksi plastik biodegradabel, kami
juga melakukan evaluasi mengenai biodegradabilitas plastik biodegradabel di
Indonesia. Evaluasi meliputi uji penguburan dan skrining mikroorganisme yang
berkemampuan menguraikan plastik biodegradabel. Gambar 4 menunjukkan hasil
penguburan plastik biodegradabel yang dilakukan di daerah Serpong. Terlihat
bahwa laju degradasi tiap-tiap polimer plastik berbeda satu sama lain. PHB dan
PBS terdegradasi relatif lebih cepat, sedangkan laju degradasi PLA terlihat sangat
lambat. Degradasi plastik di dalam tanah bukan hanya disebabkan oleh aktivitas
mikroorganisme tetapi juga oleh faktor-faktor fisik dan kimiawi lain seperti
kelembaban dan keasaman tanah.
Skrining mikroorganisme dilakukan untuk mengetahui penyebaran
mikroorganisme pengurai plastik dan juga rasio/ perbandingannya terhadap total
mikroorganisme. Metode zona terang (clear zone) diaplikasikan untuk mengetahui
penyebaran mikroorganisme pengurai polimer plastik. Gambar 5 menunjukkan
koloni yang tumbuh pada media agar berisikan kaldu nutrisi (nutrient broth)
(Gambar 5 A) dan media agar beremulsikan polimer plastik PCL (Gambar 5 B).
Hasil pengamatan menunjukkkan tidak adanya pengaruh negatif terhadap
pertumbuhan koloni mikroorganisme yang disebabkan karena keberadaan polimer
plastik. Terlihat bahwa jumlah koloni yang tumbuh (visible colony) pada media
NB maupun PCL berada dalam kisaran 107 -108. Zona terang yang terbentuk di
sekeliling koloni pada media PCL, menunjukkan bahwa koloni tersebut
berkemampuan mengeluarkan enzim yang dapat menguraikan polimer plastik
PCL.
Hubungan antara jumlah total koloni dengan jumlah zona terang yang
terbentuk pada media agar beremulsikan polimer plastik PCL, PHB, PBS dan
PLA. Dari gambar terlihat bahwa dari 20 sampel tanah yang dipakai, seluruh
sampel menunjukan adanya koloni yang dapat mernguraikan PCL, PHB dan PBS,
namun hanya 2 sampel yang menunjukkan adanya koloni yang dapat menguraikan
PLA. Ini menunjukkan bahwa penyebaran mikroorganisme pengurai PLA adalah
lebih sempit dibandingkan dengan penyebaran mikroorganisme pengurai poliester
lainnya. Kemudian dari jumlah zona terang yang terbentuk pada media
beremulsikan PLA, terlihat bahwa jumlah mikroorganisme pengurai PLA sangat
sedikit yaitu sekitar 1.0% dari jumlah total mikroorganisme. Hasil skrining di atas
mendukung hasil penguburan plastik film PLA dimana laju degradasi plastik film
PLA lebih lambat dibandingkan dengan plastik lainnya.
Koloni yang Tumbuh Pada Media Kaya Nutrisi (A) dan Media Beremulsikan PCL
Selain daripada itu PLA mempunyai sifat yang mirip dengan plastik
konvensional. Indonesia kaya akan sumberdaya alam pati-patian. Pengembangan
biodegradabel plastik yang tengah kami lakukan adalah pemanfaatan pati-patian
tropis (sagu dan tapioka) melalui teknik blending pelet plastik dan pati, modifikasi
pati dan sintesa kimiawi poli asam. Pengujian plastik biodegradabel dilakukan
untuk mengetahui kemampuan lingkungan (tanah) Indonesia untuk merombak
plastik biodegradabel.
Gambar PLastik Biodegradable dari golongan poliester alifatik
BAB 3 PENUTUP
Kesimpulan
Pengembangan bahan plastik biodegradabel merupakan alternatif untuk
memecahkan masalah penanganan sampah plastik. Produksi bahan plastik
biodegradabel mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya kesadaran
akan pentingnya kelestarian lingkungan. Pendayagunaan pati tropis seperti sagu
dan tapioka untuk bahan baku plastik biodegradabel bukan hanya membuka
peluang terciptanya industri baru, tetapi juga memberikan andil dalam
penyelesaian masalah penanganan sampah plastik di Indonesia.
Informasi mengenai kemampuan lingkungan dalam menerima polimer plastik
baru sangat diperlukan untuk mencegah hal-hal negatif yang mungkin akan timbul
dengan meluasnya pemakaian plastik biodegradabel di masa datang.
1. Pembuatan plastik biodegradabel dapat dilakukan dengan cara
pencampuran antara LLDPE (Linear Low Density Poly Ethylene) sebagai
polimer sintetis dan pati tapioka sebagai polimer alam dengan penembahan
bahan aditif dimana plastik biodegradabel yang dihasilkan dapat
diaplikasikan menjadi suatu produk pengemas yaitu berupa mangkok
(cup).
2. Dari hasil analisa Melt Flow Index (MFI= laju aliran) menunjukkan bahwa
semakin banyak konsentrasi pati tapioka yang ditambahkan
mengakibatkan nilai MFI semakin rendah. Hal ini berarti bahwa pada
konsentrasi pati tapioka yang semakin tinggi mengakibatkan bahan sulit
mengalir.
3. Perlakuan konsentrasi pati berpengaruh nyata terhadap kekuatan tarik dan
perpanjangan putus plastik biodegradabel yang dihasilkan. Semakin besar
konsentrasi pati tapioka yang ditambahkan maka kekuatan tarik dan
perpanjangan putusnya akan semakin menurun.
4. Hasil analisis spektrophotometer inframerah menunjukkan pencampuran
LLDPE dan pati tapioka dengan bahan aditif bersifat pencampuran fisik
saja, karena gugus yang terbentuk merupakan penggabungan antara gugus
fungsi LLDPE dan pati tapioka dan tidak memperlihatkan munculnya
gugus fungsi spesifik baru.