Kolokium

Hmm.. kolokium..aku yakin bukan istilah yang asing bagi kawan-kawan yang telah lama berkecimpung di dunia perkimia-an..hhe
Tulisan ini aku dapat dari kakak tingkatku jurusan KImia mipa ITS yang uda lulus tahun kemarin.. Monggo disimak ^^

STUDI DAN PENGEMBANGAN SENYAWA LDPE/PATI
YANG TERBIODEGRADASI SECARA PARSIAL




KOLOKIUM






Oleh :
Victor Rizal Filosofi
Tri yogi Wardhana









Dosen Pembimbing:











Teknik Pengelasan
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
2010


Studi dan pengembangan senyawa LDPE/pati yang terbiodegradasi
secara parsial

Muhammad Mushlik*
Jurusan Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
.

Abstrak
Penelitian ini menyelidiki tentang penyatuan dari pati yang berbeda, seperti pati alami, pati adipate, pati terasetilasi, dan pati singkong, dalam matriks polietilena yang memiliki densitas rendah (LDPE) untuk memverifikasi kemungkinan memperoleh produk yang terbiodegradasi secara parsial dengan tujuan untuk mengurangi limbah plastik di lingkungan. Pati-pati tersebut dicampur LDPE dengan menggunakan suatu mixer kecepatan tinggi untuk menjamin homogenitas dari formulasi. Karakterisasi dari senyawa itu semua telah dilakukan dengan menggunakan analisa mekanis dan morfologi serta biodegradasi dalam lumpur yang teraktivasi. Hasil menunjukkan bahwa peningkatan jumlah pati ke dalam matriks olefin adalah yang menyebabkan turunnya sifat-sifat mekanis produk tersebut, jika dibandingkan dengan LDPE murni. Diketahui dari SEM bahwa lumpur yang teraktivasi adalah suatu metoda yang menjanjikan untuk mengikuti biodegradasi.

Kata kunci: LDPE; pati; senyawa Polimer; Biodegradasi; Lumpur yang teraktivasi



1. Pendahuluan

Pentingnya mempelajari formulasi LDPE yang terbiodegradasi memotivasi banyak peneliti dalam area ini [1]. Banyak material buatan seperti poliolefin tidaklah didegradasi oleh mikroorganisme di lingkungan, yang berperan dalam hidup mereka selama beratusan tahun [2]. Di antara poliolefin, LDPE lebih peka terhadap serangan mikroorganisme dalam kondisi tertentu, seperti yang diuraikan oleh Ohtake et Al. [3]. Salah satu alternatif yang sehat untuk mempercepat serangan mikroorganisme ke LDPE adalah penambahan polimer alami, seperti pati, untuk menjamin sedikitnya suatu biodegradasi secara parsial. Dalam sistem yang berisi pati ini, perilaku rheologi dan mekanik, dan juga kepekaan melakukan degradasi, akan tergantung pada beberapa faktor [7]. Sebagai contoh, jumlah dan sifat alami pati yang digunakan, (yang mungkin atau tidak termodifikasi); jenis dan konsentrasi jika menggunakan aditif, dan kondisi prosesnya.


* Ditulis ulang dari: E.M. Nakamura, L. Cordi, G.S.G. Almeida, N. Duran 1, L.H.I. Mei; Study and development of LDPE/starch partially biodegradable compounds; Chemical Engineering Department, State University of Campinas, Brazil

Pati menjadi pilihan yang terbaik karena berlimpah dan harganya murah di pasar. Banyak studi literatur menunjukkan bahwa bahan ini dapat digunakan untuk banyak tujuan: domestik, agrikultur dan industri, dalam kaitannya dengan fasilitas pada pengolahannya.
Menarik untuk mempelajari sifat antar muka antara pati dan poliolefin untuk meningkatkan sifat hidrofilik dan hidrofobiknya, yang bertanggung jawab untuk sifat mekanis yang buruk. Untuk itu, pengenalan tentang komponen lain dalam senyawa LDPE dengan pati telah diteliti. Beberapa contoh adalah co-polymer seperti asam etilena-akrilat (EAA) dan co-polymer PE-g-MA [4], termasuk juga beberapa modifikasi dalam molekul pati itu sendiri.
Senyawa LDPE dengan pati menyajikan sifat mekanik dan thermal yang buruk jika dibandingkan dengan LDPE murni. Adhesi yang buruk antar fase terjadi pada konsentrasi pati sampai 9% untuk senyawa [5] dan 30% ke blends [6]. Untuk penggunaan yang bersifat komersil dari senyawa ini, pati yang termodifikasi menggantikan pati alami untuk meningkatkan adhesi antar muka dari LDPE/pati. Dalam penelitian ini, senyawa LDPE berisi empat jenis pati, seperti alami, adipate, terasetilasi (RD125) dan singkong, dengan perbandingan 95/5, 90/10 dan 80/20 yang telah disiapkan dan diuji terhadap biodegradasi dalam lumpur yang teraktivasi.
Perlakuan Biologis dalam kondisi aerob oleh proses lumpur yang teraktivasi secara meluas digunakan dalam industri [11]. Kapasitas mikroorganisme untuk mendegradasi senyawa organik berbeda, dalam lumpur yang teraktivasi telah diketahui dengan baik. Beberapa bakteri, protozoa dan micrometazoa dikenal karena efisiensi mereka untuk mengkonsumsi material organik [10].
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu produk yang murah dan dapat terbiodegradasi secara parsial, yang bisa menggantikan sebagian komoditas plastik yang tidak terbiodegradasi, yang sebagian besar digunakan untuk aplikasi pertanian.

2. Percobaan
2.1. Bahan
Berikut bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini:
1. Polietilena dengan densitas rendah, DFD- 4400, dari Dow Brazil;
2. Adipate-, alami-; terasetilasi- dan pati singkong yang telah disediakan oleh Produksi Jagung Brazil;
3. Minyak nabati yang dibeli di pasar lokal;
4. Kalsium Stearat dari Cognis Brazil Ltd.

2.2. Prosedur percobaan
Untuk senyawa yang mengandung pati, komponen dari tiap komposisi ditimbang sendiri-sendiri dan kemudian ditambahkan ke dalam wadah di mana mereka dicampur bersama-sama secara manual. Semua senyawa LDPE/pati alami; LDPE/pati terasetilasi; LDPE/pati adipate dan LDPE/pati singkong, dibuat dalam tiga tipe, masing-masing dengan 5, 10 dan 20 wt.% dari tiap jenis pati. Zat aditif yang ditambahkan berupa minyak nabati dan kalsium stearat adalah 1 wt.% untuk semua sampel. Proses homogenisasi dilakukan dengan homogenizer dari M.H. (Model MH-100/200V), selama proses terjadi. Setelah itu, sampel dibentuk alat knife mill, model NFA 1533.
Spesimen untuk uji mekanis diperoleh dengan injeksi molding, menggunakan Injektor Arburg dengan diameter 25mm, L/D= 20. Tekanan injeksi adalah 1500 bar. Pengaruh tekanan dan waktu berturut-turut 800 bar dan 20 s. waktu pendinginan ditetapkan pada 5 s, dan daerah pemanasannya divariasi dari 110 sampai 160 C.
Uji Biodegradasi dilakukan dengan proses lumpur yang teraktivasi. Lumpur diperoleh dari suatu kotapraja yang menangani air limbah di Campinas, Brazil. Lumpur dikumpulkan dan ditransportasikan ke dalam botol-botol yang tidak terisi penuh agar tetap terjadi proses oxygenasi [9]. Polimer dipindahkan dari lumpur teraktivasi, di bawah kondisi yang tetap, dan dicuci dengan air suling, yang diikuti dengan pengeringan untuk menguji kemungkinan proses biodegradasi.
Senyawa LDPE/pati dikarakterisasi dengan analisa mekanis, yang dilakukan dengan peralatan uji universal EMIC, model DL2000, 5 kN muatan sel. Uji percepatan regangan adalah 50 mm/min, untuk spesimen dengan ketebalan 3.3mm dan 12.9 mm, mengikuti standar Astm D-638. Uji percepatan Flexural adalah 1.3 mm/min untuk spesimen ketebalan 3.3mm dan mengikuti ASTM D-790.
SEM (Peralatan Leica, model 440i) telah digunakan untuk menunjukkan antar muka LDPE/pati sebelum dan sesudah uji biodegradasi.

3. Hasil Dan Diskusi
3.1. Analisa mekanis
Tabel 1 menunjukkan data percobaan uji tarik untuk semua senyawa LDPE/pati yang dikembangkan dalam penelitian ini.


Tabel 1. Uji tarik untuk senyawa LDPE/pati


Dapat diamati pada gambar 1 bahwa perilaku mekanis dari senyawa LDPE/pati , data diplot sesuai angka-angka yang diberi oleh Tabel 1.





Gambar 1. Rata-Rata dan simpangan baku untuk sifat mekanis senyawa LDPE/pati:
(a) kekuatan-tarik; (b) elongation at break; (c) Modulus Young.

Pengukuran kuat tarik menunjukkan bahwa dengan semakin banyaknya isi pati dalam sampel, menyebabkan semakin menurunnya nilai sifat mekanisnya. Dengan menganalisa nilai-nilai elongation at break, itu dapat dicatat bahwa pengurangan tersebut adalah jelek, sehingga titik yang berhubungan dengan sampel LDPE murni dihapuskan dari skala untuk mendapatkan suatu visualisasi yang lebih baik. Nilai modulus young menunjukkan bahwa matriks menjadi lebih rigid pada sampel LDPE/pati yang berisi 20 wt.% pati. Tetapi senyawa yang mengandung sedikit pati (5 dan 10 wt.%), menunjukkan nilai modulus dibawah modulus LDPE murni. Hanya senyawa dengan 20 wt.% pati menunjukkan nilai-nilai modulus yang lebih tinggi, jika dibandingkan dengan LDPE murni. Perilaku senyawa-senyawa pati membenarkan hipotesis bahwa walaupun pati dapat meningkatkan kuat tarik material tersebut, penambahan ini menyebabkan memburuknya sifat-sifat yang lain, mungkin karena buruknya antar muka matriks/muatan yang memiliki tingkat kecocokan rendah dan juga mungkin menurunnya sifat kristalinitas LDPE. Fakta menyarankan bahwa ada kuat tarik internal dalam matriks LDPE, yang mencerminkan peningkatan suatu kerapuhan.
Dengan membandingkan berbagai jenis pati yang digunakan di dalam formulasi, sampel yang berisi pati singkong menunjukkan sedikit variasi, dalam kaitan dengan nilai mutlak, untuk sifat mekanis. Tetapi dengan mempertimbangkan simpangan baku dari semua sampel adalah tidaklah mungkin untuk menentukan dengan cukup tepat yang mana jenis pati menunjukkan suatu performa yang lebih baik. Hasil untuk uji flexural ditunjukkan pada Table 2. Pendekatan dipakai dalam kasus ini adalah sama untuk uji tarik.

Tabel 2. Uji Flexural untuk senyawa LDPE/pati


Gambar 2 menunjukkan pengukuran uji flexural untuk semua jenis pati yang dipelajari.



Gambar 2. Rata-Rata dan simpangan baku untuk sifat mekanis beberapa senyawa LDPE/pati: (a) kekuatan-tarik; (b) modulus flexural.

Suatu perilaku yang berlawanan dari uji tarik sebelumnya telah diamati selama analisa dari parameter lain sebagai modulus flexur dan kuat tarik, yang meningkat dengan peningkatan isi pati. Hal ini mungkin karena turunnya mobilitas rantai di dalam pati disebabkan oleh turunnya volume bebas dari rantai-rantai yang mengalami tekanan. Menarik untuk dicatat bahwa pengaruh adhesi antar muka yang buruk tidak mempengaruhi uji tarik dalam suatu perluasan yang besar, kemungkinan karena adanya gaya dorong yang tidak banyak dipengaruhi oleh tarikan antar muka yang rendah antara LDPE dan pati sebagai gaya penarik.
Perlu dicatat bahwa pati singkong yang memberikan hasil yang lebih baik dari pada pati jenis lain pada 5 dan 10 wt.%, dibandingkan dengan pati lain yang digunakan. Itu dapat dilihat pada gambar 2, nilai rata-rata dan simpangan baku mereka untuk kekuatan-tarik dan modulus flexur dari senyawa LDPE/pati.

3.2. Morfologi senyawa
Gambar 3–6 menunjukkan antar muka LDPE/pati secara detail, sebelum uji biodegradasi. Mungkin perlu dicatat bahwa untuk pati alami, antar muka LDPE/pati tidak menunjukkan homogenitas Karena sifat alaminya berlawanan terhadap komponen-komponennya (LDPE hidrofobik vs pati hidrofilik). Sebagai konsekwensi, penyatuan pati menyebabkan banyak ketidaksempurnaan matriks polymeric, dengan begitu mengurangi performanya. Sampel yang berisi pati RD125 menunjukkan antar muka yang lebih homogen, yang menandakan antar muka yang lebih baik antara LDPE dan pati yang termodifikasi (gugus acetyl cenderung untuk mengurangi polaritas pati, sehingga membuatnya lebih kompatibel dengan LDPE). Senyawa pati Adipate juga menunjukkan gaya tarik menarik antar muka yang lebih baik, jika dibandingkan dengan pati alami dan pati yang terasetilasi; tetapi mereka tidaklah cukup kuat untuk meningkatkan sifatnya. Menurut analisa mekanis, sampel yang berisi pati singkong menunjukkan nilai yang terbaik dari ke semua sifat, dan juga antar muka yang terbaik, seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 3. SEM untuk senyawa LDPE/ pati alami: (a) 1000x pembesaran; (b) 3000× pembesaran.


Gambar 4. SEM untuk senyawa LDPE/pati terasetilasi: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.
Gambar 5. SEM untuk senyawa LDPE/pati adipate: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.

Gambar 6. SEM untuk senyawa LDPE/pati singkong: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.
3.3. Uji Biodegradasi
Setelah 1 bulan di dalam lumpur, sampel dikumpulkan dan diserahkan untuk analisis SEM. Hasil ditunjukkan pada pada gambar 7–10.

Gambar 7. SEM untuk senyawa LDPE/pati alami setelah di uji selama 1 bulan: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.


Gambar 8. SEM untuk senyawa LDPE/pati terasetilasi setelah di uji selama 1 bulan: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.

Gambar 9. SEM untuk senyawa LDPE/pati adipate setelah di uji selama bulan: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.

Gambar 10. SEM untuk senyawa LDPE/pati singkong setelah di uji selama 1 bulan: (a) 1000× pembesaran; (b) 3000× pembesaran.

Gambar-gambar ini menunjukkan bahwa mikroorganisme yang ada di dalam lumpur yang teraktivasi telah mendegradasi pati, dan sesuai dengan laporan Abd El-Rehim [8], mereka adalah yang bertanggung jawab dari oksidasi daerah amorf LDPE, yang sekarang sedang diselidiki. Walaupun bagian terpenting dari pati telah dikonsumsi, struktur matriks polymeric tidaklah berubah secara signifikan. Sampel yang berisi adipate atau pati singkong menunjukkan antar muka yang lebih baik dengan matriks LDPE, seperti dapat diamati pada gambar 9 dan 10.

4. Kesimpulan
1. Proses pembuatan dengan menggunakan suatu homogenizer kecepatan tinggi di anggap sangat memuaskan, dalam kaitannya dengan hamburan yang rendah dari data percobaan pada analisa mekanis untuk bagian terbesar dari senyawa yang telah disiapkan.
2. Penambahan pati menyebabkan suatu dampak negatif pada hambatan mekanis dan elongation at break, jika dibandingkan dengan LDPE murni, mungkin karena timbulnya gaya strain internal dan gaya antar muka matriks–pati yang buruk.
3. Sampel yang berisi adipate dan pati singkong menunjukkan hasil yang lebih baik untuk uji biodegradasi dan mekanis. Karena alasan ini, mereka lebih baik digunakan dengan LDPE.
4. Pemanfaatan prosedur lumpur yang teriaktifkan merupakan proses yang menjanjikan untuk studi biodegradasi dari semua senyawa yang dikembangkan dalam penelitian ini.

Ucapan terima kasih

Ucapan terima kasih kami berikan kepada:
• Allah SWT atas segala karunia dan hidayahNya.
• Lukman Atmaja, Ph.D. selaku dosen pembimbing.
• Nurul Widiastuti, MSi., Ph.D. selaku dosen penguji.
• Dra. Zulfi Yetra, Ms. Selaku coordinator kolokium.
• Semua pihak yang membantu proses penulisan naskah kolokium ini.


Daftar pustaka

[1] P.J. Stenhouse, J.M. Mayer, M.J. Hepfinger, E.A. Costa, D.L. Kaplan, in: C. Ching, D. Kaplan, E. Thomas (Eds.), 1993, “Biodegradable Polymers and Packaging”, Technomic Publishing Company, hal. 151–158
[2] P.K. Sastry, D. Satyanarayana, D.V.M. Rao, 1998, “J. Appl. Polym. Sci.“, 70, hal. 2251–2257
[3] Y. Ohtake, T. Kobayashi, S. Itoh, H. Asabe, M. Yabuki, N. Murakami, K. Ono, 1995, “Int. Polym. Sci.” Technol. 22 (2) , t/51–t/57
[4] D. Bikiaris, J. Prinos, K. Koutsopoulos, N. Vouroutzis, E. Pavlidou, N. Frangis, C. Panyiotou, 1998, “Polym. Degrad. Stabil.”, 59, hal. 287–291
[5] J. Aburto, S. Thiebaud, I. Alric, E. Borredon, D. Bikiaris, J. Prinos, C. Panyiotou, 1997, “Carbohyd. Polym.”, 34, hal. 101–112
[6] I. Arvanitoyannis, C.G. Biliaderis, H. Ogawa, N. Kawasaki, 1998, “Carbohyd. Polym.”, 36, hal. 89–104
[7] D. Zuchowska, R. Steller, W. Meissner, 1998, “Polym. Degrad. Stabil.”, 60, hal. 471–480
[8] H.A. Abd El-Rehim, 2004, “J. Photochem. Photobiol. A: Chem.”, 163, hal. 547–556
[9] CETESB, 1989, “Microbiologia de Lodos Ativados”.
[10] A.C.G. Parente, Master Thesis, 1998, “Food Science Eng. Department”, State University of Campinas.
[11] P.A. Sobrinho, 1993, “ Rev. DAE”, 132, hal. 49–85