KARAKTERISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT RAMAH ...

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

KARAKTERISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT

RAMAH LINGKUNGAN DARI CAMPURAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) DAN KANJI

Disusun oleh:

RYO MAYTANA

M0212067

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2019


ii


iii


iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul

“KARAKTERISISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT RAMAH

LINGKUNGAN DARI CAMPURAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) DAN

KANJI” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi

tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi

yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas

Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka

Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian

ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas

tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 3 Januari 2019

Ryo Maytana


v

MOTTO

“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau

sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu.”

(Q.S Al Insyirah : 6-8)

“The one who follows the crowd will usually get no further than the crowd.

The one who walks alone, is likely to find himself in places no one has

ever been before”

Albert Einstein

“Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan ?”

(QS. Ar-Rahman: 13)


vi

Karakterisasi Kemasan Kertas Berbasis Komposit Ramah Lingkungan dari

Campuran Polyvinyl Alcohol (PVA) dan Kanji

RYO MAYTANA

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang karakteristik kemasan kertas berbasis

komposit ramah lingkungan dari campuran polyvinyl alcohol (PVA) dan kanji.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui proses pengolahan kanji

singkong dan pencampurannya dengan bahan polimer polyvinyl alcohol, sehingga

dapat dihasilkan lapisan kertas kemasan, mengetahui pengaruh penambahan

polyvinyl alcohol pada sifat kanji singkong yang meliputi sifat perintang uap air dan

minyak, sifat biodegradable serta sifat mekanik dari lapisan komposit kanji

singkong/polyvinyl alcohol yang terbentuk. Komposit dibuat dengan metode

solvent casting dengan mencampurkan PVA dengan kanji dimana campuran

PVA/kanji di variasi pada konsentrasi 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70%

dan 90% b/b. Hasil uji payne cup analysis (water vapor transmision rate (WVTR))

menunjukkan sifat perintang uap air dari komposit tersebut semakin meningkat

dengan peningkatan konsentrasi PVA, seperti yang ditunjukkan pada konsentrasi

PVA 0% b/b (kanji saja) dengan nilai WVTR sebesar 853,33 gram/m2hari menurun

menjadi 485,33 gram/m2hari saat konsentrasi PVA 90% b/b. Komposit yang

dihasilkan memiliki sifat perintang minyak yang sangat baik yang ditunjukkan

dengan tidak adanya minyak yang dapat melewati lapisan. Uji biodegradable

menunjukkan laju biodegradable menurun seiring dengan penambahan konsentrasi

PVA, seperti ditunjukkan oleh penurunan massa komposit selama 4 minggu sebesar

21,621% ketika di tambahkan PVA sebesar 90 % b/b, sementara penurunan massa

tanpa PVA (kanji saja) adalah sebesar 56,41%. Penambahan PVA 90% b/b pada

komposit kanji/PVA merubah modulus young sebesar 24,267 MPa dari 26,667 MPa

menjadi 2,4 MPa, yield strength sebesar 6,2 MPa dari 15,8 MPa menjadi 22 MPa

dan tensile strength sebesar 4,6821 MPa dari 32,8473 MPa menjadi 28,1652 MPa.

Kata kunci: polyvinyl alcohol, kanji, biodegradasi, sifat perintang uap air dan

minyak, sifat mekanik.


vii

Characterization of Environmentally Friendly Composite Based Paper

Packaging from Polyvinyl Alcohol (PVA) and Starch

RYO MAYTANA

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The research about characterization of environmentally friendly composite

based paper packaging from polyvinyl alcohol (PVA) and starch has been done in

the present studies. The purpose of this research was to determine starch processing

and when mixing with PVA, to produce packaging based paper coating, to find out

the effect of PVA on starch properties. These included water vapor and oil barier,

biodegredation rate and mechanic properties. The composites were prepared by

solvent casting method by mixing PVA with starch. The composition of starch/PVA

mixture was 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70% and 90% w/w. Payne cup

analysis (water vapor transmission rate (WVTR)) showed that the water vapor

barrier properties increased with the increase of PVA concentrations, as shown by

the WVTR value was 853,33 g/m2 day when starch only ( 0% PVA), and the

WVTR was 485,33 g/m2 day when PVA concentration was 90% w/w. The

composites showed very good grease resistances as indicated by oil pass through

the composites. The biodegradable test showed that the biodegradable rate

decreased with the increase of PVA concentration. As shown by the mass loss after

4 weeks was 21,621% when PVA 90% w/w was presence while the mass loss was

56,41% when no PVA was presences. The incorporation of PVA 90% w/w changed

young modulus 24,267 MPa from 26,667 MPa to 2,4 MPa, yield strength 6,2 MPa

from 15,8 MPa to 22 MPa, and tensile strength 4,6821 MPa from 32,8473 MPa to

28,1652 MPa.

Keywords: polyvinyl alcohol, starch, water barier properties, grease resistence,

mechanical properties.


viii

KATA PENGANTAR

Assalamuallaikum Wr. Wb.

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya,

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Karakterisasi

Kemasan Kertas Berbasis Komposit Ramah Lingkungan dari Campuran Polyvinyl

Alcohol (PVA) dan Kanji” yang merupakan salah satu persyaratan memperoleh

gelar sarjana Sains. Dengan segala suka dukanya, pada akhirnya skripsi ini dapat

terselesaikan. Penulis secara khusus menyampaikan ucapan terimakasih kepada

seluruh pihak yang telah membantu dan memberi motivasi dalam penulisan skripsi

ini baik secara langsung maupun tidak langsung, oleh sebab itu penulis ingin

mengungkapkan rasa terima kasih kepada:

1. Ayah, Ibu dan adik Bela Fitriana atas kasih sayang dan didikan selama ini.

Bagi penulis keluarga adalah harta paling berharga yang penulis miliki.

2. Bapak Khairuddin, S.Si., M.Phil., Ph.D, selaku pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan, motivasi, saran dan mengingatkan penulis selama

penelitian dan penyusunan skripsi.

3. Bapak Chandra Purnawan, S.Si, M.Sc. selaku pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan dan arahan yang baik, motivasi dan saran yang

bermanfaat.

4. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si, M.Si. selaku pembimbing akademik

yang telah memberikan bimbingan dan arahan serta motivasi selama

penelitian dan penyusunan skripsi.

5. Ibu Dr. Yofentina Iriani, S.Si.,M.Si. selaku komisi yang selalu memberikan

motivasi, bimbingan dan arahan agar segera menyelasikan studi S1.

6. Teman - teman seperjuangan grup polimer: Imam, Mbak Tina, Diani, Resti,

Desi, Silvi, Dzaki, Juna yang bersama-sama berdiskusi dan bertukar

informasi.


ix

7. Ega, Elsa (Pras), Gesit, Farizky, Slamet, Imam, R. Kusuma, Susi yang selalu

memberikan motivasi untuk segera menyelesaikan studi S1.

8. Seluruh keluarga FISIKA MIPA UNS khususnya angkatan 2012 (CFC) atas

kekompakan serta menjadi keluarga baru bagi penulis.

9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu oleh penulis yang turut

membantu baik langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian karya

ini.

Semoga Allah SWT senantiasa membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik.

Penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan

bagi pembaca pada umumnya.

Wassalamuallaikum Wr. Wb

Surakarta, 3 Januari 2019

Penulis


x

PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya dengan judul “Karakterisasi Kemasan Kertas Berbasis

Komposit Ramah Lingkungan dari Campuran Polyvinyl Alcohol (PVA) dan Kanji”

telah dipublikasikan pada repository digilib Universitas Seblas Maret.


xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN .......................................................................... iv

HALAMAN MOTTO ...................................................................................... v

HALAMAN ABSTRAK .................................................................................. vi

HALAMAN ABSTRACT ................................................................................ vii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii

HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ x

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

DAFTAR SIMBOL .......................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................... 1

1.2. Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.3. Perumusan Masalah ....................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 5

2.1. Kanji ............................................................................................... 5

2.2. Karakteristik Kanji ......................................................................... 6

2.3. Polyvinyl Alcohol ........................................................................... 7

2.4. Kanji Polyvinyl Alcohol (PVA) Nanokomposit ............................. 8

2.5. Interaksi Kemasan Dengan Lingkungan ........................................ 9

2.6. Teori Perembesan .......................................................................... 11

2.7. Karakteristik Sifat Perintang Uap Air (WVTR) ............................ 14

2.8. Uji Tarik Bahan ............................................................................. 16

2.9. Plastik Biodegredable .................................................................... 19

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 21

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 21

3.2. Alat dan Bahan ................................................................................. 21

3.2.1. Alat Penelitian ....................................................................... 21

3.2.2. Bahan Penelitian .................................................................... 22

3.3. Metode Penelitian ............................................................................. 22

3.3.1. Penentuan Proses Pemasakan Kanji ....................................... 25

3.3.1.1. Penentuan Waktu Pemasakan ................................... 25

3.3.1.2. Penentuan Suhu Pemasakan ..................................... 25

3.3.2. Pembuatan Larutan Kanji Singkong + PVA ........................... 25

3.3.3. Proses Pengolahan Campuran Larutan .................................. 26

3.3.4. Pembuatan Lapisan ................................................................. 26

3.3.5. Karakterisasi .......................................................................... 26


xii

3.3.5.1. Uji Water Vapor Transmitter Rate (WVTR) ............ 27

3.3.5.2 Uji Biodegradable Plastik .......................................... 27

3.3.5.3 Mechanical Properties (Uji Sifat Mekanik) .............. 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 28

4.1. Sifat Perintang Uap Air Kanji Singkong ......................................... 29

4.2. Sifat Perintang Uap Air Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA) .................................................................................. 33

4.3. Uji Sifat Perintang Minyak .............................................................. 36

4.4. Uji Biodegradable Lapisan Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA) ................................................................................. 37

4.5. Uji Mekanik .................................................................................... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 46

5.1. Kesimpulan....................................................................................... 46

5.2. Saran ................................................................................................. 47

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 48

LAMPIRAN ....................................................................................................... 51

1. Alat dan Bahan ................................................................................... 51

2. Data Uji WVTR Kanji Variasi Waktu ................................................ 52

3. Data Uji WVTR Kanji Variasi Suhu ................................................. 53

4. Data Uji WVTR Variasi Konsentrasi PVA ........................................ 53

5. Data Uji Biodegredable ...................................................................... 55

6. Data Uji Mekanik .............................................................................. 56


xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Struktur kimia kanji (a) amilosa dan (b) amilopektin .................... 5

Gambar 2.2. Proses Gelatinisasi Kanji ............................................................. 6

Gambar 2.3. Reaksi kimia pembentukan polyvinyl alcohol (PVA) .................... 7

Gambar 2.4. Struktur molekul Polyvinyl alcohol (PVA) dimana R adalah H atau

COCH3 .......................................................................................... 8

Gambar 2.5. Proses difusi pada bahan kemasan ................................................. 9

Gambar 2.6. Mekanisme interaksi dalam plastik kemasan ................................. 13

Gambar 2.7. Relatif permeabilitas dari beberapa material penembus ................ 14

Gambar 2.8. Koefisien solubilitas pada suhu 350 °C dari beberapa material

penembus ...................................................................................... 15

Gambar 2.9. Efek ukuran penembus pada koefisien difusi. ............................... 15

Gambar 2.10. Kurva tegangan – regangan (stress - strain) ............................... 18

Gambar 3.1. Diagram alir proses penentuan suhu & waktu pengolahan kanji .. 23

Gambar 3.2. Diagram alir proses pengolahan komposit kanji + PVA .............. 24

Gambar 4.1. Grafik peyerapan uap air kanji singkong dengan suhu pemasakan

95°C variasi waktu 30, 60 dan 80 menit. ....................................... 30

Gambar 4.2. Grafik penyerapan uap air pengolahan kanji singkong dengan waktu

pemasakan 60 menit dan variasi suhu 60,70 dan 80°C.................. 31

Gambar 4.3. Grafik Penyerapan uap air komposisi kanji singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA). .............................................................................. 33

Gambar 4.4. Grafik Pengaruh penambahan konsentrasi Polyvinyl Alcohol

terhadap nilai WVTR ..................................................................... 35

Gambar 4.5. Grafik Penurunan Massa komposit kanji singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA) dengan penkondisian 20 ml EM4. ........................ 38

Gambar 4.6. Grafik Penurunan Massa komposit kanji singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA) dengan penkondisian 40 ml EM4. ........................ 40

Gambar 4.7. Diagram Perbandingan Rata – Rata Nilai Kuat Tarik (tensile

strength) Terhadap Variasi Konsentrasi Komposit Kanji Singkong

dan PVA. ........................................................................................ 43

Gambar 4.8. Diagram perbandingan rataan nilai elongation terhadap variasi

konsentrasi kanji singkong dan PVA ............................................. 43

Gambar 4.9. Diagram perbandingan nilai yield point terhadap variasi komposit

kanji singkong dan PVA ................................................................ 44

Gambar 4.10.Diagram perbandingan Nilai modulus young terhadap variasi

komposit kanji singkong dan PVA ................................................ 45


xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Perbandingan pencampuran konsentrasi kanji dan PVA ................... 26

Tabel 4.1. Presentase variasi konsentrasi kanji dan PVA ................................... 28

Tabel 4.2. Nilai WVTR lapisan kanji singkong dengan suhu pemasakan 95°C

variasi waktu .................................................................................. 30

Tabel 4.3. Nilai WVTR kanji singkong variasi suhu dan pemasakan selama 60

menit .............................................................................................. 32

Tabel 4.4. Nilai WVTR komposit Kanji singkong – Polyvinyl Alcohol (PVA) . 34

Tabel 4.5. Nilai sifat perintang minyak ............................................................... 36

Tabel 4.6. Tabel Presentase Penurunan massa setelah 4 minggu komposit Kanji

Singkong dan Polyvinyl Alcohol (PVA) EM4 20 ml ..................... 39

Tabel 4.7. Tabel Presentase Penurunan massa setelah 4 minggu komposit Kanji

Singkong dan Polyvinyl Alcohol (PVA) EM4 40 ml ..................... 40

Tabel 4.8. Tabel Hasil Uji Tarik Bahan Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl

Alcohol (PVA) dengan variasi konsentrasi .................................... 42


xv

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

𝜎 Tegangan N/m2

A Luas penampang benda bekerja m2

m Pertambahan berat dalam waktu satu jam Mg

s Luas permukaan cm2

t Waktu Menit

𝜀 Regangan

E Energi Joule

h Konstanta Plank J.s

c Konsentrasi mol/cm3

𝑣 Frekuensi Hz

d Jarak antar kisi Å

𝜃 Sudut difraksi Derajat

D Difusivitas cm2/s

p Tekanan Atm

S Koefisien Solubilitas Mol/cm3atm

F Laju difusi Mol/cm2.s

q Jumlah aliran penembus Mol

n Orde difraksi

l Ketebalan m2

L0 Panjang awal M

L Panjang setelah di kenai beban M

Wi Berat kering awal sebelum degradasi gram

Wf Berat kering akhit setelah degradasi gram

ξ Koefisien aktivitas


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Alat dan Bahan ............................................................................... 51

Lampiran 2. Data Uji WVTR Kanji Variasi Waktu ........................................... 52

Lampiran 3. Data Uji WVTR Kanji Variasi Suhu ............................................. 53

Lampiran 4. Data Uji WVTR Variasi Konsentrasi PVA ................................... 53

Lampiran 5. Data Uji Biodegredable ................................................................. 55

Lampiran 6. Data Uji Mekanik ......................................................................... 56

KARAKTERISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT RAMAH ...

Documents

Transcript of KARAKTERISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT RAMAH ...