BIODEGRADABLE POLYMERS

OLEH:

Brigitta Bella T.P

21030113120015M. Hafidz Fanshuri

21030113130107William Darmanto

21030113140194Dhuha Khairunnisa

21030111120021

Elnatan Dwi Cahyo

21030111130084M Saddam Nashadaqu21030111130095JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2014

KATA PENGANTARPuji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya makalah Biodegradable Polymers dapat terselesaikan. Penyusunan makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas Ilmu Bahan Rekayasa. Selain itu pembuatan makalah ini bertujuan untuk mendalami Biodegradable Polymers itu sendiri.Ucapan terima kasih kepada:1. Dr. Dyah Hesti Wardhani, S.T, M.T. selaku dosen pengampu Ilmu Bahan Rekayasa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro;

2. Semua pihak yang telah membantu tersusunnya laporan ini.

Penyusun menyadari bahwa laporan resmi ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun laporan resmi ini sangat penyusun harapkan. Semoga makalah Biodegradable Polymers ini bermanfaat bagi semua pihak.

Semarang, 10 Oktober 2014

PenyusunDAFTAR ISIKata Pengantar

iDaftar Isi

iiDaftar Gambar

iiiBAB I PENDAHULUANI.1 Latar Belakang

1

I.2 Rumusan Masalah

1

I.3 Manfaat

2

BAB II ISI II.1 Pengertian

3II.2 Kajian Tentang Perlunya Biopolimer Degradable

4II.3 Cara Pembuatan Biodegradable Polimer

4II.4 Jenis Jenis Biodegradable Polimer

5II.5 Aplikasi Polimer Biodegradasi

8BAB III PENUTUPIII.1 Kesimpulan

9

Daftar Pustaka

11DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 DNA Biopolimer

5Gambar 2.2 Siklus Sistem Manufaktur Material Terbarukan

9BAB IPENDAHULUAN

I.1 Latar BelakangPolimer banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, salah satu contohnya adalah polimer dalam bentuk plastik. Polimer yang umumnya digunakan sebagai plastik didapat dari turunan minyak bumi seperti low density polyethylene (LDPE) yang diaplikasikan sebagai plastik pembungkus yang mudah dibentuk. Namun plastik yang berasal dari turunan senyawa dalam minyak bumi memiliki kelemahan, yaitu berasal dari non renewable source yang berarti bahan pembuat plastik berasal dari sumber yang terbatas yang sewaktu-waktu dapat habis. Selain itu, masalah yang dapat timbul dari penggunaan plastik yang berasal dari turunan minyak bumi adalah masalah pencemaran. Hal ini muncul karena plastik tersebut sulit terdegradasi secara alamiah sehingga menimbulkan masalah pencemaran terutama pencemaran tanah.

Akibat dari penggunaan plastik sintetis yang tidak terurai ini memicu para ilmuwan internasional untuk mengembangkan polimer biodegradable dari bahan-bahan alami, dan pada akhirnya industri dapat mengaplikasikan polimer baru yang terdegradasi ini. Cara penggunaan akhir (pembuangan) dari polimer biodegradasi tergantung pada komposisi dan metode pengolahan yang digunakan. Sebuah sistem manajemen sampah terpadu mungkin diperlukan dalam rangka untuk efisiensi dalam penggunaan pada pendaur-ulangan, dan pembuangan bahan polimer (Subramanian, 2000). Pengurangan konsumsi sumber daya, penggunaan kembali bahan yang ada, dan daur ulang bahan yang dibuang, kesemuanya harus dipertimbangkan.I.2 Rumusan Masalah1. Apa itu biodegradable polymer?2. Bagaimana urgensi pembuatan serta penggunaan biodegradable polymer?3. Bagaimana proses pembuatan biodegradable polymer?I.3 Manfaat1. Dapat mengetahui apa itu biodegradable polymer.2. Memahami urgensi pembuatan serta penggunaan biodegradable polymer.3. Memahami proses pembuatan biodegradable polymer.BAB II

ISI

II.1 PengertianPolimer biodegradable adalah molekul-molekul besar (macromolecules) yang dapat dihancurkan atau diuraikan oleh mikroorganisme, khususnya bakteri dan jamur. Polimer polimer ini ditemukan baik secara alami dan dibuat secara sintetis, dan sebagian besar terdiri ester, amida, dan kelompok fungsional eter.Penggunaan polimer sebagai material teknik terus menunjukkan perkembangan yang sangat pesat, contohnya adalah plastik. Ketidakmampuan mikroorganisme untuk menguraikan material ini menimbulkan masalah sampah non organik, yang jika tidak ditangani dengan baik akan menimbulkan masalah yang sangat serius.

Usaha-usaha untuk mendaur ulang dengan menggunakannya sebagai material untuk produk baru menghasilkan produk dengan kualitas yang rendah. Teknik pencampuran secara fisik dengan mencampurkan polimer-polimer sintetik (polistirena, polietilena, dan lainnya) dengan polimer alam (kanji, tepung tapioka, singkong, dan lainnya) selain menghasilkan poliblend yang terbiodegradasi secara parsial (bagian polimer alam) juga menghasilkan material yang sering kali tidak layak untuk digunakan sebagai material teknik. Sehingga diperlukan usaha-usaha lain untuk membuat polimer biodegradable.

Alam sebagai penghasil polimer terbesar memberikan petunjuk bagaimana mensintesis biopolimer. Alam menunjukkan bahwa ikatan-ikatan asetal pada kanji (starch) dan selulosa, ikatan amida pada peptida dan protein, serta ikatan ester pada poli (hidroksi fatty acids) sangat mudah untuk diuraikan, sedangkan ikatan karbon-karbon pada lignin dan karet alam sulit untuk diuraikan.

Selain menunjukkan tipe ikatan yang mudah diuraikan, alam juga menunjukkan parameter-parameter apa saja yang harus dicapai. Dekstrin diuraikan dengan lebih mudah dan lebih cepat dibandingkan dengan kanji berbobot molekul tinggi dan non kristalin, kanji yang hidrofilik diuraikan lebih mudah dibandingkan dengan kanji yang kristalin dan kurang hidrofilik (Anonim, 2014).II.2 Kajian Tentang Perlunya Biopolimer Degradable

Pengembangan bahan biopolimer yang inovatif telah berlangsung selama beberapa tahun, dan merupakan bidang yang menarik bagi banyak para ilmuwan mengembangkannya. Pada tahun 1996, pengiriman plastic sintetis dari industri plastic Kanada meningkat sebesar 10,6% (Charron, 2001). Fomin (2001) melaporkan bahwa pada akhir abad ke-20 produksi plastik sintetis di seluruh dunia mencapai 130 juta ton/tahun, sementara permintaan untuk plastik biodegradable dilaporkan akan tumbuh sebesar 30% setiap tahun. Pada saat itu negara-negara Eropa dalam laporannya bahwa rata-rata penggunaan plastik diperkirakan 100 kg per orang setiap tahunnya (Mulder, 1998), sementara saat ini penggunaan material plastik di negara-negara Eropa Barat mencapai 60kg/orang/tahun, di Amerika Serikat mencapai 80kg/orang/tahun, sedangkan di India hanya 2kg/orang/tahun. Akibat dari penggunaan plastik sintetis yang tidak terurai ini memicu para ilmuwan internasional untuk mengembangkan polimer biodegradable dari bahan-bahan alami, dan pada akhirnya industri dapat mengaplikasikan polimer baru yang terdegradasi ini. Cara penggunaan akhir (pembuangan) dari polimer biodegradasi tergantung pada komposisi dan metode pengolahan yang digunakan. Sebuah system manajemen sampah terpadu mungkin diperlukan dalam rangka untuk efisiensi dalam penggunaan pada pendaur-ulangan, dan pembuangan bahan polimer (Subramanian, 2000). Pengurangan konsumsi sumber daya, penggunaan kembali bahan yang ada, dan daur ulang bahan yang dibuang, kesemuanya harus dipertimbangkan.II.3 Cara Pembuatan Biodegradable Polimer

Secara umum bahan biodegradasi terjadi dalam berbagai tahap. Pada tahap ini menjelaskan secara umum. Awalnya, makromolekul dicerna, yang kemudian membentuk rantai, dan mengalami pemotongan langsung enzimatik. Ini diikuti dengan metabolisme bagian split, mengarah ke disimilasi enzimatik progresif makromolekul dari ujung rantai. Pembelahan oksidatif dari makromolekul dapat terjadi sebaliknya, mengarah ke metabolisasi fragmen, dan akhirnya fragmen rantai menjadi cukup pendek untuk dapat diubah oleh mikroorganisme.

Gambar 2.1 DNA Biopolimer

Pada gambar 2.1 memperlihatkan bahwa polimer biodegradable (yang berasal dari sumber tanaman) sebagai sumber daya terbarukan, dan biasanya dalam bentuk pati atau selulosa. Seperti dilaporkan oleh Lorcks (1998), penelitian polimer dan pengembangan yang inovatif sudah mengarah ke produksi dalam skala besar dengan konverter plastik. Biopolimer yang dibentuk menjadi produk akhir akan dapat dimanfaatkan oleh konsumen. Produk biopolimer yang sudah tidak terpakai, idealnya dibuang dalam bak pengumpulan sampah bio, hal ini dimaksudkan agar tidak tercampur dengan produk polimer sintetis, sehingga terikut dalam proses pengomposan. Proses ini pada akhirnya akan meninggalkan karbon dioksida dan air, yang merupakan produk sampingan yang ramah lingkungan.

II.4 Jenis Jenis Biodegradable Polimer

1. Polimer strukturalBiodegradable juga berarti proses pengomposan (composting). Polimer-polimer yang mampu dikomposkan (compostable) harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu mengandung salah satu dari jenis ikatan asetal, amida, atau ester, memiliki berat molekul dan kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas yang tinggi. Persyaratan ini sering kali bertentangan dengan permintaan masyarakat, kebutuhan pasar, dan spesifikasi teknik. Sehingga jalan kompromi pengaruh berat molekul, kristalinitas dan hidrofilitas terhadap biodegradabilitas dan sifat mekanik harus ditempuh.

Pengomposan yang sempurna sampai ke tahap mineralisasi akan menghasilkan karbon dioksida dan air. Hal ini kurang disukai karena tidak memperbaiki kesetimbangan CO di udara, energi yang terkandung di dalam material yang dikomposkan tidak dapat di recovery serta tidak memungkinkan material diubah menjadi material-material dasar yang dapat digunakan kembali (reusable). Hanya pengomposan terkontrol yang akan menghasilkan kompos yang dapat digunakan untuk kebutuhan pertanian dan kehutanan.

Polimer biodegradable dapat diperoleh dengan tiga cara, yaitu biosintesis seperti pada kanji dan selulosa, proses bioteknologi seperti pada poli (hidroksi fatty acids), dan dengan proses sintesis kimia seperti pada pembuatan poliamida, poliester, dan poli (vinil alkohol). Kanji dan selulosa diperoleh langsung dari sintesis alam, dengan jalan ini dapat diperoleh biopolimer dalam kuantitas yang besar dan murah, tetapi memiliki kelemahan dalam hal penyerapan air yang tinggi dan tidak dapat dilelehkan tanpa bantuan aditif.

Poli (hidroksi fatty acid) dihasilkan oleh mikroorganisme dengan proses bioteknologi. Material ini sekarang sudah tersedia di pasar dengan harga yang tinggi karena proses isolasi dan pemurniannya yang rumit.

Patut diperhatikan bahwa polimer ini disintesis dari glukosa, glukosa diperoleh dari proses penguraian secara fermentasi (fermentative breakdown) dari biopolimer kanji. Sintesis kimia memberikan lebih banyak kemungkinan untuk memproduksi polimer biodegradable.

Poliester dengan berat molekul dan kristalinitas tinggi serta memiliki sifat hidrofilitas yang rendah diketahui sebagai salah satu material teknik yang penting, tetapi sifat-sifat tersebut mempunyai pengaruh negatif terhadap kemudahan polimer tersebut untuk dibiodegradasi (biodegradability). Alifatik poliester dapat dianggap sebagai langkah pertama untuk mengompromikan sifat sifat di atas.

2. Polimer fungsionalSalah satu polimer fungsional yang penggunaannya sangat besar adalah poli (karboksilat), misalnya, digunakan di dalam detergen dan larutan pembersih (cleaner). Polimer ini berfungsi untuk mencegah penumpukan calcareous (endapan putih dari kalsium) pada saat pemanasan cucian. Sebelum tahun 1980 dunia industri menggunakan fosfat dalam jumlah yang besar untuk mencegah calcereous.

Pada tahun 1980 ditemukan kombinasi yang sangat efektif antara poli (karboksilat), kopolimer dari asam akrilat dan asam maleat, dan zeolit sebagai pengganti fosfat di dalam detergen (lihat gambar 2). Poli (karboksilat) jenis ini tidak dapat didegradasi oleh mikroorganisme, sehingga kalsium-poli (karboksilat) tetap terlarut di dalam larutan pencuci. Hal ini tentu sangat berbahaya karena dapat memengaruhi kesehatan masyarakat dan unsur hara di dalam tanah.

Usaha-usaha telah dilakukan untuk mendapatkan poli (karboksilat) yang secara sempurna dapat diuraikan menjadi karbon dioksida dan air. Penambahan elemen-elemen struktural ke dalam kopolimer asam akrilat dan asam maleat menghasilkan polimer yang terbiodegradasi sebagian.

Jadi, terpolimer asam akrilat, asam maleat, dan vinil asetate, bahkan dengan jumlah poli (vinil alkohol) yang banyak belum dapat menghasilkan polimer yang terbiodegradasi secara sempurna.

Usaha lain dengan membuat percabangan (grafting) kanji pada rantai utama hanya menghasilkan biodegradasi parsial pada bagian kanji, sedangkan bagian yang lain masih tidak dapat diuraikan. Walaupun pengurangan berat molekul mempunyai pengaruh positif terhadap biodegradability tetapi masih belum menghasilkan polimer yang terbiodegradasi sempurna.

Perlu dicari cara lain untuk mendapatkan struktur polimer baru yang memiliki fungsi yang sama dengan poli (karboksilat) tetapi dapat diuraikan dengan sempurna oleh mikroorganisme. Sekali lagi, alam memberikan jawaban terhadap masalah ini. Binatang remis (mussel) menggunakan protein untuk mengubah kalsium terlarut menjadi senyawa kristalin.

Senyawa ini digunakan untuk membentuk kulit atau tempurungnya. Lapisan tengah dari tempurung ini mengandung prisma kalsium karbonat sedangkan bagian dalamnya mengandung lembaran-lembaran kalsium karbonat yang sangat halus. Prisma dan lembaran kalsium karbonat menyebabkan efek warna-warni pada tempurungnya.

Protein yang terlibat dalam proses kristalisasi ini mempunyai kandungan asam aspartat yang tinggi. Jadi, fungsi poli (asam aspartat) dalam sistem biologis adalah untuk mengontrol transpor dari garam-garam anorganik yang sedikit larut dalam air dengan cara pengikatan ion secara selektif. Hal ini sesuai dengan fungsi poli (karboksilat) di dalam detergen.

Pembuatan poli (asam aspartat) dilakukan melalui sistesis poli (aspartiimides) yang dihidrolisa dengan natrium hidroksida untuk menghasilkan garam natrium dari poli (asam aspartat) yang terlarut. Polimer ini menunjukkan fungsi yang sama dengan poli (karboksilat) di dalam aplikasi detergen dan terbiodegradasi secara sempurna oleh mikroorganisme. (Anonim, 2014)II.5 Aplikasi Polimer BiodegradasiPenelitian dan pengembangan hanya sebagian dari pekerjaan yang dilakukan dalam rangka untuk memperkenalkan penggunaan bahan polimer biodegradable. Desain bahan-bahan tersebut biasanya dimulai dengan aplikasi konseptual. Ini mungkin diharapkan untuk menggantikan bahan yang ada, atau untuk melengkapi salah satunya. Biopolimer telah diperkenalkan dan dapat diaplikasi antara lain pada sektor kedokteran, kemasan, pertanian, dan industri otomotif. Banyak bahan yang telah dikembangkan dan dikomersialisasikan dan kemudian diterapkan pada lebih dari satu sektor/kategori ini.

Ecoflex adalah bahan plastik sepenuhnya biodegradable yang diperkenalkan pada konsumen oleh BASF pada tahun 2001. Bahan ini tahan terhadap air dan lemak, sehingga cocok untuk digunakan sebagai pembungkus sekali pakai yang higienis, dan dapat terurai dalam sistem pengomposan yang normal. Hasilnya, Ecoflex telah menemukan sejumlah aplikasi sebagai pembungkus kemasan.Environment Polymer (Woolston, Warrington, Inggris) juga telah mengembangkan bahan plastic biodegradable yang dikenal sebagai depart, produk alkohol polivinil ini dirancang untuk penggunaan pada teknologi ekstrusi, injection molding, dan blow molding. Penguraian pada suhu tertentu, memungkinkan penggunaan depart untuk berbagai aplikasi, antara lain produk pertanian, kemasan makanan sekali pakai, dan lain-lain.Biodegradasi dan karakteristik terbarukan dari biopolimer ini sangat menarik untuk diaplikasikan pada produk kemasan yang inovatif.

Gambar 2.2 Siklus Sistem Manufaktur Material TerbarukanGambar 2.2 memperlihatkan siklus penggunaan akhir dari produk tersebut bervariasi secara luas, sebagai contoh, plastik film biodegradasi dapat digunakan sebagai kantong sampah, piring dan sendok garpu sekali pakai, kemasan makanan, dan bahan pengiriman. 1. Sektor PertanianBahan biopolimer yang cocok untuk kemasan sering digunakan dalam produk pertanian. Ecoflex, khususnya, melihat peluang tersebut, tanaman muda yang sangat rentan terhadap embun beku dapat dilindungi dengan film tipis Ecoflex. Pada akhir musim tanam, film dapat terurai kembali ke tanah, di mana ia akan dipecah oleh mikroorganisme yang sesuai (Fomin, 2001).

Aplikasi pertanian untuk biopolimer tidak terbatas pada plastik film penutup. Wadah seperti pot-pot tanaman dan wadah pengomposan biodegradable sekali pakai (Huang dkk, 1990). Tas penyimpanan pupuk dan bahan kimia yang biodegradable juga dapat diaplikasikan.2. Sektor Dunia MedisPada sektor dunia medis, para peneliti yang bekerja dalam rekayasa jaringan sedang berusaha untuk mengembangkan organ dari bahan polimer, yang cocok untuk transplantasi ke tubuh manusia. Plastik akan memerlukan penyesuaian dengan factor pertumbuhan dalam rangka mendorong pertumbuhan sel dan pembuluh darah di organ baru.

Pekerjaan yang telah diselesaikan pada sektor ini mencakup pengembangan biopolimer dengan situs adhesi yang bertindak sebagai tuan rumah sel dalam memberikan bentuk yang menyerupai organ yang berbeda. Tidak semua aplikasi biopolimer dalam bidang kedokteran terlibat sebagai organ buatan, tetapi klasifikasi bahan bioaktif mencakup semua biopolimer dapat digunakan untuk aplikasi medis, salah satu contoh adalah bahan tulang buatan yang melekat ke tulang dan diintegrasikan dalam tubuh manusia. Zat yang paling umum yang digunakan pada sektor ini disebut biogelas (Kokubo dkk, 2003).3. Sektor OtomotifSektor otomotif megakomodir tuntutan masyarakat dan pemerintah dalam tanggungjawabnya terhadap lingkungan. Mobil berbasis bio menjadi lebih ringan, sehingga menjadi pilihan yang lebih ekonomis bagi konsumen, hal ini dikarenakan biaya bahan bakar menjadi berkurang. Serat alami dapat menggantikan serat kaca sebagai bahan penguat pada plastik untuk dijadikan komponen mobil dan kendaraan komersial.Manfaat tambahan dari menggunakan bahan polimer biodegradable adalah limbah produk dapat dikomposkan. Serat alami (jute atau hemp) biasanya diterapkan dalam bagian interior, yaitu komponen yang tidak memerlukan kapasitas beban bantalan, tetapi lebih mementingkan pada stabilitas dimensi. Penelitian dan pengembangan pada sektor ini menjadikan antusiame para ilmuwan, terutama di negara-negara Eropa.DAFTAR PUSTAKASubramanian, P.M., 2000. Plastics recycling and waste management in the US, Resources, Conservation, and Recycling, 28: 253-263.Anonim, 2014. http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_lingkungan/polimer_biodegradable/.Anonim. 2014. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-22339-2408100086-Chapter1.pdf. Fomin, V.A., 2001. Biodegradable polymers, their present state and future prospects, Progress In Rubber and Plastics Technology, 17(3): 186-204.

Charron, N., 2001. Plastic Products and Industries, tatistics Canada Ref. No. 33-250-XIE. Ottawa, Canada: Manufacturing, Construction, and Energy Division.

Mulder, K.F., 1998. Sustainable production and consumption of plastics?, Technological Forecasting and Social Change, 58: 105-124.Lorcks, J., 1998. Properties and applications of mater-bi starch-based materials, Polymer Degradation and Stabilit,. 59(1-3): 245-249.Huang, J.C.; Shetty, A.S. and Wang, M.S., 1990. Biodegradable plastics: A review, Advances in Polymer Technology, 10(1): 23-30.

Kokubo, T.; Kim, H. and Kawashita, M., 2003. Novel bioactive materials with different mechanical properties, Biomaterials, 24: 2161-2175.