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.

DAFTAR PUSTAKA

www.wikipedia.com

www.google.com