PLAST|K RAMAH LINGKUNGAN (PHOTODEGRADAST)DARI KOPOLIMERISASI TEMPEL LDPE/TAPIOKA DENGAN

MALEAT ANHIDRAT( E NVI RO N M E N TA L LY F RI E N D LY (P H OT O D E G RA D A B LE) P LA ST I C

FROM COPLYMERIZED LDPE.TAPIOCA WITH MALEICANHYDRIDE)

Nursamsi Sarengat t)

Email: Nursamsi_5 1 @gmail.comDiterima: 10 Mei 2011 Disetujui: 4 Oktober 2011

ABSTRACTEnvironmentally friendly plastic is needed at the present time, especially with the

increasing environmental burden due to increased number of plastic waste. One atternpt toovercome this problem is by manufacturing type of plastics that ean be destroyed by ultravioletlight.The purpose of this research was to observe the effect of the tapioca starch to the graftmgprocbss LDPE/tapioca poliblend to the photodegradation. Properties LDPE/tapiocacomposition were varied in succession: 80/20; 75/25; 70/30; 65/35 and 60/40 phn The mixingprocess was done in Rheocord Qlaake 90) at a temperature of 170 o C, at 40 rpm rotation speedfor 6 rninutes. Photodegradation process was conducted by exposing the LDPE/tapioca to ultraviolet raysfor 40 days continuously and observing it every 10 days. Morpholog,t properties wereobserved by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform InfraredSpectroscopy (FTIR) perfonned before and after photo degradation.The results showed that arterphotodegradationtherewas 1.53%declineinweight,tensilestrengthdecreasedby44.5T%and80.13 ot6 of elongation at break these . Based on data from IR spectroscopy, functional groupswere changed before and after photo degradation. The test results from SEM test showed thatarterphoto degradationtherewere signs ofdegradationatthepoliblend sudace.

Keywords: LowDensitypolyethylene (LDPE), tapioca, maleic anhidride, photodegradation

ABSTRAKPlastik ramah lingkungan sangat diharapkan pada masa kini terlebih dengan

meningkatrya beban lingkungan karena sampah plastik. Salah satu usaha untuk mengatasi hal iniadalah pembuatan plastik yarry dapathancur karena sinar ultra violet. Tujuan dari penelitian iniadalah untuk mengetahui pengaruh penambahan pati tapioka pada proses grafiing polipaduanLDPE/tapioka terhadap sifat photodegradasi. LDPE/tapioka divariasi berturut-turut: 80/20;75125:70/30:65135 dan60/40 phr. Proses pencampuran dilat<ukan dalam Rheocord (Haake 90)pada suhu 170 oC, kecepatan putar 40 rpm selama 6 menit. Photodegradasi dengan sinar ulfraviolet dilaknkan selama 40 hari waktu pengamatan setiap 10 hari. Uji morfolog1 ScanningElectron Micoscopy (SEM) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) dilalrukansebelum dan sesudah photodegradasi. Hasil penelitan menunjukftan bahwa sesudahphotodegradasi terjadi penunrnan berat 1,53 o/0, penurunan kuat tarik 44,57 Yo dankemuluran80,13 7o. Berdasarkan data spekhoskopi IR, terjadi perubahan gugus fungsional sebelum dansesudah photodegradasi. Hasil uji SEM sesudah photodegradasi menunjukkan permukaanpolipaduan terjadi degradasi yang cukup banyak.

Kata larnci: Low Density Polyethylene (LDPE), tapioka, maleat anhidrat, photodegradasi

') Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik, Yogyakarta

PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN (PHOTODEGRADASI).....{Nursamsi $arengat)

PENDAIIT]LUANPlastik merupakan bagian dari

kehidupan manusia pada masa kini, danbermacam-macam plastik sintetis telahditemukan dan digunakan sesuai kebutuhanmanusia antara lain: alat rumah tangga, tas

belanja, elekffonik sampai dengan untukkomponen automotif. Namun dampakpenggunaan plastik sintetis ini cukup besarjika tidak bisa terdegradasi oleh mikrobia,sehingga sangat sulit diurai dalam tanah. Salahsatu usaha untuk mengatasi adalah perlunyapembuatan plastik ramah lingkungan. Saat iniplastik ramah lingkungan sangat diharapkanterlebih dengan makin meningkabrya bebanlingkungan karena sampah. Inovasi penemuanplastik yang dapat terdegradasi oleh sinar ulhaviolet dari carrpuran LDPE, pati jagung danmangan stearat dilaporkan oieh (Erlandsson,8., et.al, 2008). Perkembangan selanjutnyaplastik yang hancur oleh proses photodegradasi dan biodegradasi (Ratanakamnuan,U. Dan Duangdao Aht-Ong, 2006) dapatdibuat dari carnpwan LDPE, pati pisang,benzophenone dan kompatibiliser malaeatanhidrat. Gupta, A.P., dkk (2010) melaporkanbahwa pengomas plastik yang bersifatbiodegradasi dapat dibuat dari grafting LDPEdan potato starch dan kompatibiliser maleatanhidrat. Plastik photodegradasi adalahplastik yang dapat terdekomposisi akibat sinarmatahari. Proses photodegradasi berlangsungsecara kimiawi, yaitu sinar akan menembusmolekul-molekul plastik yang berakibat padaterjadinya kerusakan molekul. Sinar akanmelokalisasi beberapa elekfron membentukikatan rangkap. Apabila ikatan rangkap pecahmaka molekul akan hancw, berakibat plastikakan terdekomposisi. Beberapa polimerplastik yang mempunyai ketahanan terhadapsinar matahari rendah yaitu: Polietilen,polipropilen, polivinilkhlorida, poli-metilakrilat, poliamides dan polistiren. Sinarulftaviolet (fV) merupakan sinar yang palingefektif dalam proses degradasi plastik(Anonim, 2006). Polimer sintetik maupunalami akan menyerap radiasi sinar ultra violetdan terjadi proses photolytic, photooxidativedan thermo oksidasi yang berakibat terjadinyaproses degradasi (Rabek, J.F., 1995). Plastikramah lingkungan dibuat dengan carapenempelan pati pada polietilena @E). Salah

satu metode yang telah dikembangkan adalahdengan cara penempelan maleat anhidrat(MAH) pada rantai molekul PE melalui proseskopolimerisasi tempel {grafting). Molekulbaru inilah yang dicampur dengan pati danmenj adi polimer ramah lingkungan.

Polietilen merupakan polimer yangsangat kristal dan mempunyai sifat hydrophobtinggr dengan energi permukaan rendah, sertaterbatasnya situs aktif yang ada padapermukaan polietilen akibatnya dapatmembatasi dalam pemanfaatannya. Polimerpolietilen merupakan bahan yang banyakdigunakan untuk pembuatan komposit, narnundalam pembuatannya tidak diperoleh hasilyang homogen karena perbedaan polaritasantara polimer dan bahan pengisi. Untukmeningkatkan interaksi antara bahan pengisidengan matriks polimer telah dilalcukanbeberapa cara salah satunya denganmenambahkan senyawa penghubung(coupling agent) sehingga meningkatkan sifatantar muka dan adhesi bahan pengisi denganmatriks polimer (Iwan Pranata Sitepu, 2009).Penambahan tapioka kedalam plastikdiharapkan akan terjadi proses degradasi yangdiawali dengan proses biologi dilanjutkandengan fotodegradasi dan terakhirbiodegradasi. Ada 2 type fotodegradasipolimer:1. Fotodegradasi langsung, j ika

malromolekul menyerap sinar langsung.Kemudian terbentuk radikal bebas.

2. Fotodegradasi dipicu oleh sensitizer,degradasi makromolekul dimulai olehpembentukan radikal bebas, photodekomposisi dan photo inisiator(sensitizer) terjadi pada makromolelarlberat molekul rendah (Andrady,A.L.et.al,l998).

Penelitian ini mempelajari pengaruhpenambahan tapioka terhadap sifatphotodegradasi campuran LDPE dan tapioka.

MATERIDANMETODEBahanpeneHtian

Bahan penelitian terdiri dari: LowDensity Polyethylene (LDPE) bentuk pelletmerk Asrene UI 2650 dan bahan pembantuseperti tapioka yang diperoleh dari pasaran diyogyakarta dengan ukuran 10 mp, maleat

MA.JALAH KULII KARET DAN PLAST|KVol.2T No. I DesemberTahun 201'l :31€7

anhidrat, asam stearat, gliserol dan dycumylperoxide (DCP) merk Aldrich ChemicalCompanylnc.

AlatPeneHtianAlat penelitian terdiri atas neraca

analitis (Sartorius tipe BP 4100, kapasitas 200gram, Rheocord (Haake 90), mesinPencacahlgrinder, Hydraulic press(Toyoseiki, A 652200500), tensile strengthtester (Kao Tieh, model KT 7010 Ao seri

70287, kapasitas 500 kg), Scanning ElectronMicroscopy (SEM) (Jeoul), FourierTransform Infra Red (FTIR) (Shimadzu) dan

lampu ulta violet neon 20 w att.

MetodePenelitianRancanganPenelitian

Pembuatan plastik yang dapat hancuroleh sinarultraviolet dari ca:npuran LDPE dan

tapioka, fbktor-faktor yang dipelajari adalahperbanding an LDPEltapioka berturut-turut:80120; 7525; 70130; 65135 dan 60/40 phrsedangkan kompatibiliser maleat anhidratjumlahnya dibuat tetap yaitu 4 phr. Formulasipembuatan plastik ramah lingkungandisajikanpadaTabel 1.

Tabel 1. Formulasi bend LDPE-pati

BahanJumlah bahan

F1 F2 F3 F4 F5

LDPE 80 75 70 65 60

Pati 20 25 30 35 40

Maleat anhidral 4 4 4 4 4

Asnm stearat 5 5 5 5 5

DCP 2 2 2 2 2

Gliserol 5 5 5 5 5

Proses penczurpluan bahan dilakukandalam laboplastomill, dengan terlebih dahulumencampur pati, asam stearat, DCP dangliserol menggunakan intemal mixer. LDPEdimasukkan kedalam hopper sarnbil ditambahmaleat anhidrat. Grafik dilayar monitordiamati hingga energi putar menunjulftankonstan. Bila torsi sudah stabil campurantapioka, asimr stearat, DCP dan gliseroldimasukkan kedalam hopper. Amati torsihingga stabil, kompon plastik yang sudah

homogen dikeluarkan dari laboplastomil.Kompon plastik diambil dan dikeringkan pada

suhu kamar, selanjutnya dimasukkan kedalamalat pencacah (grinde). Serpihan-serpihankompon plastik dimasuk*an alat pelletizinguntuk dibuat butiran berbentuk pellet. Pelletplastik dipress dengan alat hydraulic presspada suhu 170 "C dan tekanan 150 kg/cdselama 6 menit. Hasil dalambentuk lembaranselanjutnya dipotong sesuai kebutuhanpenguj ian fi sis, SEM dan FTIR.

PengujianPengujian terhadap kompon campuran

LDPE dan tapioka dilalokan terhadap

sifat kuat tarik dan kemuluran, SEM(Scanning Electron Micros cory) dan (FourierTransform Infrad Spectrophotometry) FTIRpada kondisi awal dan setelah perlakuanphotodegradasi dengan sinar ultraviolet.Photodegradasi dilahrkan dengan sinar ultraviolet20watt.

HASILDAN PEMBAIIASA}IPengaruh waktu penyinaran terhadapperubahan berat campuran LDPE dantapioka.

Fotodegradasi dilakukan denganmenggunakan sinar ultra violet 20 watt denganjarak sampel 30 cm. Lama penyinaran adalah40 haxi dengan periode pengamatan setiap 10

hari.Hasil peneiitian (Gambar 3)

menunjukkan bahwa waktu penyinaran sangatberpengaruh terhadap perubahan berat daricampuran LDPE dan tapioka. Makin lamawaktu penyinaran prosentase penurunan beratakan makin tinggi hal ini terjadi pada semuasampel hasil penelitian. Penurunan berattertinggi terjadi setelah penyinaran selama 40hari dialami oleh campuran LDPE/pati 60140yaitu sebesar 1,83 o/o. Berkurangnya beratdiakibatkan oleh terjadinya degradasi secara

random. Berat molekul akan turun secara

cepat dengan berlangsungnya degradasirandom. Pada degradasi random terjadipenghancuran atau pemotongan nntai padatitik-titik secaf,a acak sepanjang rantai,meninggalkan fragmen yang biasanya lebihbesar dibanding unit monomemya. Molekulakan direduksi menjadi monomer yang lepas,

dan berakibat pada penunman berat sampel.

PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN (PHOTODEGRADASI)..'..(Nursamsi Sarengat)

Penurunan berat sesudah photodegradasi

01020304050Waktu, hari

Gambar 3. Penurunan berat selamapenyinaran dengan UV

Pengaruh waktu penyinaran terhadapperubahan kuat tarik dan kemulurancampuran I.,DPE dan pati

Uji kuat tarik dan kemuluran campuranLDPE/pati sesudah penyinaran dengan sinarultra violet dimaksudkan unflrk mengetahuitingkat kerapuhan plastik akibat sinar ultraviolet. Hasil uji penurunan kuat tarik dankemuluran sesudah penyinaran dengan sinarulra violet disajikan dalam garnbar 4 dans .

Gambar 4 dan 5 menunjukkan bahwawaktu penyinaran sangat berpengaruhterhadap sifat kuat tarik dan kemuluran.Makin lama waktu penyinaran kuat tarik dankemuluran sampel makin turun. Hal inidisebabkan makin lama waktu penyinarandengan sinar ultra violet menyebabkanterbentuknya radikal, pelepasan hidrogen danakhinrya pemutusan rantai. Gugus-gugusradikal membentuk ikatan silang yangmenyebabkan terjadinya pembentukkan gelsehingga kristalinitas polimer menurun,akibafrrya polimer menjadi kaku dan rapuh.Penurunan kuat tarik dan kemuluran terfirggiselama 40 hari dicapai campuranLDPE/tapioka 80120 yaitu sebesar 44,57 Yo

dan 80,13 Yo. Hal ini sesuai pendapat dari(Andrady, A.L., et al1998) yang mengatakanbahwa radiasi sinar ulfa violet mengandungozon terbukti menunxtkan kekuatan tarikmassa. Makin banyak jumlah ozon yangberada dilokasi caxnlturan LDPE dan tapiokamaka kerusakan bahan makin besar terjadi.Menurut (Flavia G.D.F. Dkft, 2009) campuranLDPE/tapioka setelah menerima papaxan

radiasi sinar ultra violet akan terjadiperubahan struktnr kimia dimana terbentukgugus polimer baru yaitu carbonyl dan vinyl.

Kedua gugus fungsi tersebut daerah amorphdari suatu bahan, dan menjadi penyebabpenuunan sifat fisis campuran LDPE/tapioka.

photodegradasi.

photodegradasi

S c annin g El e c,tr o n Micr o s e opy (SEM)SEM microphotograph permukaan

LDPE sebelum dan sesudah penyinarandengan sinar ultra violet disajikan padaGambar6danT.

Sedangkan untuk SEM micrographLDPE/tapioka disajikan pada Gambar 8 dan 9.Pengamatan SEM sesudah penyinaran denganIIV pada perbesaran 1000 kali tampak bahwasarrpel LDPE munri tidak terdegradasi, tanparetak baik sebelum maupun sesudahpenyinaran, sedangkan untuk campuranLDPE ltapioka tampak kerusakan permukaanczunpuran sebelum dan sesudah penyinaran.Pennukaan polipaduan sesudah penyinarandengan sinar ulfa violet terjadi kerapuhan dan

Kuat tarlk sesudah photodegradasi

s50'f 406

Eso!

Ezoc=LE10oc

0 _ffi

40 50

Gambar 4. Penurunan kuat tarik sesudah

Perpanjangan putus tesudah photodegradasls6

eCGItcE6Aoo.c6E5L5co4

80706050403o20100

Garnbar 5. Penurunan kemuluran sesudah

MAJALAH KULIL KARET DAN PLASTIKVoI. 27 No. I DecemberTahun 2011 : 3l€7

tapioka tampak keluar. Hal ini membulctikanbahwa kuat tarik dan fibrilitas campuranberkurang yang menyebabkan kemuluranturun secara nyata.

Gambar 6. SEM LDPE sebelum penyinarandengan sinar ulfra violet

Gambar 9. SEM LDPE/Pati 80/20 sesudahpenyinaran dengan sinar UV

Karakteristik polipaduan LDPE/tapiokadengan Fourier Transformed InfraredSpectroscopy (FTIR)

Hasil uji FTIR campuran sesudahpenyinaran disajikan dalam Gambar 10, 11

dm 12. Gambar 11 adalah hasil uji FTIRLDPE mumi sesudah penyinaran, dan hasil ujimenunjukkan bahwa tidak terjadi perubahangugus fungsi sebelum dan sesudahpenyinarandengan sinar ultra violet.

Grafik FTIR LDPE sebelum dansesudah penyinaran dengan sinar ultra violetterjadi gugus-gugus fungsi antara lain: padapanjang gelombang 2931,9 crntterjadi gugusfungsi ClIz dan pada panjang gelombang147 1,6 cm' te4adi gugus fimgsi C-H.

Sedangkan bila dilihat dari hasil ujiFTIR polipaduan dengan komposisiLDPE/Pati 8012A sebelum dan sesudahpenyinaran yang disajikan dalam garrbar 12

dan 13. Photodegradasi dapat menyebabkanperubahan struktur polimer, yaitu gugusfungsi hydroxyl (O-H) pada panjanggelombang 3978,76 crnt gugus fungsi CII:pada panjang gelombang 2917,75 cnt, gugusfungsi carbonyl (C:O) pada panjanggelombang 1713,20 cft', gugus fungsi C-Hpada panjang gelombang 1468,24 dan gugusfungsi H-C-H pada panjang gelombang718,58 crnt. Hal ini sesuai pendapat dariFlavia G. D. F., (2009) dalam penelitiannyatentang evaluasi dari photodegradasi LDPE/modified strach yang menyimpulkan bahwasesudah photodegradasi akan terjadi gugusc arb o ny l, hy droxy I dan v iny l.

Gambar 7. SEM LDPE sesudah penyinarandengan sinar ultra violet

Gambar 8. SEM LDPE/tapioka 80/20sebelum penyinaran dengan sinar ultra violet

PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN (PHOTODEGRADASI)..,..(Nursamsl Sarengat)

30

37

38

st;

34

-*,^,

sLn

r i'.^j-

\1 rl: 1

'd ffi ',,rt o $c o',E F,

il6-?@0Vrffi(frl)Gambar 10. pafik FTIR LDPE sebelum

penyinaran dengan sinar UV

mWlwb(ml)

Gambar 11. gTafikFTIRLDPE sesudahpenyinaf,an dengan sinar UV

Garrbar 12. grafikFTIR LDPE/Pati 80120

Garnbar 13. grafik FTIR LDPE/pati 8Al2Asesudah penyinaran dengan sinar UV

KESIMPT]LAII1. Peningkatan jumlah radiasi sinar

ulfraviolet menyebabkan sifat fisika danberat polipaduan LDPE/tapioka turun.

2. Setelah penyinaran selama 40 hari terjadipenurunan berat sebesar 1,53 oh,

penunrnan kuat tarik 44,57 % dankemuluran 80,13 Yo.

3. Hasil analisa Scanning ElectronMycroscopy permukaan polipaduanLDPE/tapioka sesudah penyinaran dengansinar ultra violet tampak rapuh dan tapiokakeluar.

4. Analisa Fourier Transformed InfraredSpectroscopy (FTIR) menunjukkanterjadinya gugus fungsi baru setelahphotodegradasi yaitu gugus fungsicarbonyl (C:O), vinyl (CHz:CII2) danhydroryl(OH)

DAT'TARPUSIAKAAnonim, 2006. Photodegradable Plastic

from Environmental Encyclopedia.Thomso Gale, apartof the ThomsonCorporation, All rights reserved.

Andrady, A.L., Hamid. S.H., Hu,X.,Torikai, A.,1998 . Effect ofIncreased Solar UltravioletRadiation on Materials. Journal ofPhotochemistry and Photobiology96-103.

MAJALAH KULIL KARET DAN PLAST|KVol.2T No. I DeremberTahun 20tt : 3l€7

Darwin Y Nasution dan Erman Munir.2008. Pembuatan poliblendDegradabel Menggunakan TeknikPengolahan Reaktif poliolefin danSerat Limbah Kelapa Swawit.Jurusan Kimia UniversitasSumatera Utan.

Erlanddsson, 8., Karlsson, S., And Ann-Christine, A., 1997. The Mode ofAction of Corn Starch and a pro-oxidant system in LDPE: influenceof Thermo-oxidation and UI/-irradiation on Molecular WeightChanges. Journal polymerDegradation and Stability Vol 55,Issue 2,pages237-245.

Flavia G. D. Ferreira, MariaA.G.A.Lime,Yeda M, B.Almeida and Giorgia M.Vinhas. 2009. Evaluation ofPhotodegradation inLDPE/nodified starch blends.Journal. Polimeros vol. l9 no. 4 SaoCarlos ISSN 0104-1428.

Gupta, A, P., Vijai Kumat dan ManjariSharma. 2010. Formulation andCharacterization of B iodegradablePackaging Filrn Derived fromPotato Starch & LD?E Grafted withMaleic Anhydride-LDpEComposition. Journal poymerEnvironmental, Vol 18.

Iwan Pranata Sitepu. 2009. pengaruhkonsentrasi maleat anhidratterhadap derajat grafting rnaleatanhidrat pada HD?E denganinisiator Benzoil peroksida.Laporan Desertasi Doktor,Univeritas Sumatera Utara Respo.

Rabek J,F., 1995. polyrnerPhotodegradation. Chapman andHall. London

Ratanakamnuan, R. dan Duangdao Aht-On. 2006. Photobiodegradation ofLow-density polyethylene/BananaStarch Films. Journal of AppliedPolymer Science, Vol 100, Issues 4,pages 2725-2735.

PLASTIK RAMAH LTNGKUNGAN (PHOTODEGRADAST).....(Nurearnei37