APLIKASI
ASAM STEARAT SEBAGAI COMPATIBILIZER PADA FILM KOMPOSIT TEPUNG UBI KAYU-LINEAR
LOW DENSITY POLYETHYLENE
PEDAHULUAN
Pencampuran tepung singkong termoplastis (TCL) dengan
linear low density polyethylene (LLDPE) dihadapkan pada perbedaan polaritas
karena TCL merupakan bahan yang bersifat polar sementara LLDPE merupakan bahan
yang bersifatnonpolar. Untuk mendapatkan campuran atau komposit yang baik,
diperlukan bahan aditif, yaitu bahan kompatibiliser yang digunakan untuk
mengubah polaritas komponen, di antaranya adalah asam stearat yang
dapatmemberikan gugus polar pada molekulLLDPE. Tujuan dari penelitian ini
adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan asam stearat sebagai kompatibiliser
padafilm komposit TCL-LLDPE. TCL diproduksi dengan menambahkan 30 dan 40% (b /
b) gliserin ke tepung singkong (CL). Film komposit dibuat dengan rasio CL:LLDPE
sebesar 2:8 dan 3:7. Dosis asam stearat yang digunakan adalah 5 dan 7% (b/b)
dari LLDPE.Parameter yang dianalisis pada penelitian ini adalah pengaruh rasio
CL:LLDPE, dosis gliserin, dan dosis asam stearat terhadap melt flow index,
specific gravity, sifat mekanik, kekuatan seal, dan kejernihan film yang dihasilkan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa melt flow indexyang lebih tinggi
dihasilkanoleh komposit yang menggunakan dosis asam stearat yang lebih tinggi.
Specific gravity yang lebih tinggi dihasilkan oleh komposit yang menggunakan CL
lebih tinggi.Rasio CL yang lebih tinggi menghasilkan film komposit dengan sifat
mekanik dan kekuatan seal yang lebih rendah. Film komposit terbaik dihasilkan
dari komposisi CL:LLDPE sebesar 2:8; 40% gliserin, dan 5% asam stearat. Sifat
mekanisdari film komposit tersebut adalah kekuatan tarik arah MD 5,62 MPa dan
elongasi 594,27%.
Plastik merupakan bahan kemasan yang paling banyak
digunakan saat ini. Hal ini disebabkan plastik mempunyai beberapa keunggulan
yaitu ketahanan impact yang jauh lebih baik dibandingkan kemasan gelas, bobot
ringan, harga murah, dan mudah dibentuk. Di balik keunggulannya, terdapat dua
permasalahan penting dalam penggunaan
kemasan plastik
sintetis. Pertama, plastik menimbulkan pencemaran serta kerusakan lingkungan
karena sulit terdegradasi secara alami. Kedua, ketersediaan bahan baku
plastik berupa minyak dan gas bumi semakin menipis. Untuk mengurangi
permasalahan ini dikembangkan biodegradable polymer. Salah satu contoh bahan
yang sering digunakan yaitu pati. Pati merupakan polimer alami yang paling menjanjikan
bagi pengembangan bahan-bahan biodegradable karena pati memiliki kombinasi
atribut seperti harga murah, ketersediaan berlimpah, dan dapat diperbarui.
Salah satu sumber pati yaitu ubi kayu. Tepung ubi kayu seperti halnya pati,
mempunyai kemampuan menyerap air yang tinggi, rapuh, dan sulit diolah sehingga
perlu penambahan plasticizer agar tepung bersifat termoplastis sehingga mudah
dibentuk. Tepung ubi kayu termoplastik bersifat hidrofilik sedangkan LLDPE
bersifat hidrofobik. Pencampuran tepung ubi kayu termoplastik dan LLDPE
menimbulkan kendala yaitu sulit untuk dicampur dengan baik. Pada
pencampuran kedua bahan ini diperlukan kompatibiliser. Pada penelitian ini
digunakan compatibilizer berupa asam stearat. Asam stearate selain memiliki
kemampuan sebagai kompatibiliser juga memiliki sifat sebagai dispersant dan
pelumas. Pada pembuatan barang-barang
plastik sintetis, asam stearat sering digunakan sebagai dispersant agar bahan
aditif dapat tercampur merata di dalam matriks plastik dan memudahkan barang
jadi dikeluarkan dari cetakan. Harapan
dari penggunaan asam stearat selain memberikan efek kompatibilisasi juga
memberikan efek dispersant dan lubrikasi.
METODE
PENELITIAN
1. Karakterisasi Tepung Ubi Kayu
Bahan berupa tepung ubi kayu berukuran 100 mesh
dilakukan analisis proksimat untuk mengetahui karakteristiknya. Karakterisasi
tepung ubi kayu meliputi analisis kadar air, kadar abu, dan kadar lemak, kadar
protein dan kadar serat kasar, kadar pati dan kadar amilosa (AOAC 1995, AOAC,
1999).
2.
Populasi dan Sampel
Pembuatan pelet komposit dimulai dengan
proses plastisisasi tepung ubi kayu menggunakan gliserol dan air. Gliserol
dicampurkan pada tepung dengan dosis 30 dan 40% dari bobot tepung ubi kayu,
sementara air ditambahkan sampai kadar air campuran mencapai 25%. Plastisisasi
dilakukan menggunakan kneading and mixing machine selama 15 menit pada suhu
90oC dengan kecepatan putar 52 rpm. Gumpalan hasil pencampuran kemudian
dihancurkan menggunakan crusher sehingga diperoleh pelet berukuran 6 - 8 mm.
Tepung ubi kayu termoplastik dicampur dengan resin LLDPE dan asam stearat untuk
memperoleh pelet komposit. Rasio tepung ubi kayu:resin LLDPE yang digunakan
adalah 2:8 dan 3:7. Dosis asam stearat yang digunakan adalah 5 dan 7% dari
bobot resin LLDPE. Resin LLDPE yang digunakan adalah campuran 1:1 LLDPE UF1810
dan LLDPE UI2420 untuk mendapatkan MFI resin sekitar 10 g/10 menit. Komponding
dilakukan pada suhu 190oC dengan kecepatan 52 rpm sampai diperoleh kompon yang
rata. Gumpalan kompon yang dihasilkan dihancurkan sampai berukuran 6 - 8 mm.
Pelet komposit yang diperoleh dianalisis kadar airnya. Pelet komposit ini
selanjutnya dikeringkan menggunakan hopper dryer pada suhu 110oC hingga
mencapai kadar air kurang dari 0,3%. Setelah dikeringkan, pelet komposit
dianalisis indeks laju alirnya (ASTM D1238, 1991) dan bobot jenisnya.
3.
Pembuatan Film Plastik Komposit
Pelet
komposit yang sudah dikeringkan diproses dengan mesin blowing film dengan
kecepatan screw 800 rpm dan suhu 150oC di keempat zona ekstruder sehingga dihasilkan tabung film. Film yang
dihasilkan dianalisis sifat mekanik (kuat tarik dan panjang elongasi) lembaran
film (ASTM D-882, 1991), kekuatan seal, FTIR, SEM (ASTM E-2015, 1991), dan
warna (yellowness dan opacity (ASTM E-313, 1991)).
4. Rancangan
Percobaan
Rancangan
percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan 2 kali
ulangan. Faktor yang digunakan yaitu rasio tepung ubi kayu terhadap LLDPE yang
terdiri dari 2 taraf (2:8 dan 3:7), dosis gliserol yaitu (30 dan 40% bobot
tepung ubi kayu), dan dosis asam stearat yaitu (5 dan 7% bobot LLDPE)
HASIL
DAN PEMBAHASAN
1. Karakteristik Tepung Ubi Kayu
Karakterisasi
tepung ubi kayu dilakukan untuk mengetahui kondisi awal tepung sebelum proses
pencampuran dengan gliserol dan air pada proses plastisisasi tepung.
Karakterisasi tepung ubi kayu dilakukan agar mengetahui pengaruhnya terhadap
proses pembuatan plastik komposit dan plastik komposit yang dihasilkan. Hasil karakterisasi tepung ubi kayu
ditampilkan pada Tabel 1.
|
Paramereter
|
Nilai
|
|
Kadar Air (%,
b/b)
|
15,87
|
|
Kadar abu (%
b/b)
|
1,48
|
|
Kadar protein
(%)
|
2,83
|
|
Kadar serat
kasar (%)
|
0,23
|
|
Kadar pati (%)
|
78,53
|
|
Rasio amilosa
(%)
|
27,07
|
|
Ukuran (%
lolos ayakan 100 mesh)
|
100
|
|
Rendahnya
kadar serat kasar tepung ubi kayu disebabkan adanya perlakuan penggilingan dan
pengayakan sampai lolos ayakan 100 mesh. Serat kasar tepung ubi kayu sulit
dihaluskan sehingga seratnya tertahan di ayakan. Penurunan kadar serat kasar
pada proses penggilingan sebenarnya memberikan pengaruh negatif karena serat
kasar dapat memberikan kekuatan mekanis namun jika tidak dilakukan penggilingan
maka ukuran tepung ubi kayu yang terlalu besar juga akan menyebabkan sulitnya
pencampuran karena perlu waktu lebih lama untuk melelehkan tepung ubi kayu dan
akibatnya selain kemungkinan terjadinya pencoklatan juga terjadi pemutusan
ikatan glikosida pati. Kandungan amilosa tepung ubi kayu relatif tinggi
sehingga diharapkan dapat menghasilkan film komposit yang lebih baik karena
kecenderungan amilosa membentuk film yang lebih kuat dibandingkan dengan
amilopektin. Untuk membentuk film dan gel yang kuat harus digunakan pati dengan
kandungan amilosa yang tinggi. Struktur amilosa sangat stabil dan dapat
membentuk film yang lebih padat dan lebih kuat dibandingkan dengan film
amilopektin
2. Karakter Pelet Komposit
Kadar air pelet komposit yang dihasilkan yaitu 1,62 –
2,08%. Kadar air pelet komposit berpengaruh pada sifat film plastik komposit
yang dihasilkan. Pada saat proses film blowing, jika kadar air pelet komposit
terlalu tinggi, air akan terjebak bersama pelet komposit yang terkena panas di
dalam mesin blowing film yang tidak mempunyai ventilasi. Saat film keluar dari
die, air yang menempel pada film akan menguap karena panas dan menyebabkan
terjadinya lubang-lubang pada film yang dihasilkan. Data kadar air dan karakter sifik komposit
disajikan pada Tabel 2. Kadar air
komposit tidak dipengaruhi oleh ketiga faktor yang dicoba, yaitu rasio tepung
ubi kayu terhadap resin LLDPE, dosis plastisiser, dan dosis kompatibiliser
Dari data yang diperoleh, peningkatan nilai MFI berbanding
lurus dengan peningkatan persentase asam sterat yang digunakan. Hasil ini
serupa dengan penelitian yang dilakukan Waryat et al. (2013), bahwa MFI
cenderung meningkat dengan peningkatan dosis kompatibiliser, sementara Kim et
al. (2006) menyatakan campuran LLDPE dan filler yang dilapisi asam stearat
menghasilkan lelehan dengan viskositas yang lebih rendah dibandingkan LLDPE dan
filler tanpa dilapisi asam stearat. Rasio tepung ubi kayu terplastisisasi
terhadap resin LLDPE yang digunakan berpengaruh nyata terhadap bobot jenis
pelet komposit yang dihasilkan.
Perbedaan bobot jenis komposit ditentukan oleh banyaknya tepung ubi kayu
di dalam komposit. Semakin banyak tepung
ubi kayu maka bobot jenis komposit akan semakin tinggi. Hal ini disebabkan bobot jenis tepung ubi
kayu lebih tinggi dari LLDPE.
3.
Morfologi Film Komposit
Morfologi permukaan film
komposit tepung ubi kayu-LLDPE dengan rasio 3:7 dan gliserol 30 persen
ditampilkan pada Gambar 1. Pada Gambar 1
tampak bahwa tepung ubi kayu termoplastik tersebar merata pada matriks LLDPE
hal tersebut menunjukkan bahwa asam stearat pada LLDPE memiliki kemampuan sebagai
kompatibiliser pada pencampuran LLDPE dengan tepung ubi kayu
termoplastik. Sebagai kompatibiliser, asam stearat dapat
meningkatkan gaya adhesi antara LLDPE dengan tepung ubi kayu termoplastik. Hal ini sesuai dengan penelitian Puspadass et
al. (2010) yang menunjukkan bahwa penggunaan kompatibiliser (LLDPE dengan
ikatan cabang maleat anhydride) pada campuran pati jagung dengan LLDPE dapat
memperbaiki gaya adhesi dan interaksi antara pati jagung dengan LLDPE. Selain
sebagai kompatibiliser, asam stearat juga berfungsi sebagai dispersant yang membantu
penyebaran tepung ubi kayu termoplastik ke dalam matriks LLDPE (Piringer dan
Banner, 2008) sehingga dapat diperoleh komposit yang lebih homogen.
4.
Sifat Mekanik Film Plastik Komposit
Kuat tarik merupakan ukuran
besarnya beban atau gaya yang dapat ditahan sebelum suatu sampel rusak atau
putus, sementara elongasi adalah perubahan panjang contoh yang dihasilkan oleh
ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang diberikan (Stevens, 2007).
Hasil analisis kuat tarik komposit disajikan pada Tabel 3. Analisis
statistika menunjukkan bahwa kuat tarik film komposit hanya dipengaruhi oleh
faktor
rasio tepung ubi kayu terhadap
LLDPE. Data pada Tabel 2 menunjukkan
bahwa nilai kuat tarik komposit yang dihasilkan dari semua perlakuan jauh lebih
rendah dari kuat tarik film LLDPE murni, yaitu 24,0-26,5 MPa pada arah sejajar
mesin film blowing namun hanya sekitar setengah dari kuat tarik komposit pati
termoplastik-LLDPE dengan rasio 2:8 dan 3:7 menggunakan maleic anhydride
sebagai kompatibiliser yang dibuat oleh Waryat et al. (2013).
5.
Sifat Optis Film Komposit
Film komposit yang dihasilkan
dianalisis sifat optisnya, yaitu yellowness dan kejernihannya. Film komposit
yang dihasilkan dari semua perlakuan memiliki derajat kuning yang tidak
berbeda, semua film yang dihasilkan berwarna kekuningan. Warna kekuningan ini disebabkan terjadinya
pencoklatan bahan yang digunakan terutama tepung ubi kayu yang banyak
mengandung pati, sedikit serat dan protein, serta gliserol yang ditambahkan
sebagai plastisiser. Perlakuan panas
selama komponding dan blowing menyebabkan terjadinya pelepasan molekul air dari
struktur pati dan serat membentuk karamel (proses karamelisasi) yang berwarna
coklat. Semakin banyak kehilangan air maka akan dihasilkan warna yang lebih
gelap sampai akhirnya menjadi hitam jika semua air terlepas sehingga pati dan
serat menjadi arang. Penyebab pencoklatan yang kedua adalah terjadinya reaksi
Maillard antara gugus alkohol pada pati, serat dan gliserol dengan gugus amina
yang terdapat pada protein pati ubi kayu.
Tepung ubi kayu yang digunakan mengandung 2,83% protein dan lebih dari
78,53 pati.
KESIMPULAN
Peningkatan komposisi tepung ubi kayu
termoplastis dapat menurunkan sifat mekanik film plastik komposit yang
dihasilkan. Sifat mekanik terbaik film komposit dihasilkan pada formulasi
dengan rasio tepung ubi kayu terplastisisasi dan resin LLDPE sebesar 2:8 menggunakan
40% gliserol dan 5% asam stearat. Penggunaan asam stearat sebagai
kompatibiliser dengan konsentrasi 7% memberikan melt flow index pelet komposit
yang lebih tinggi dibandingkan asam stearat 5%.
Penggunaan tepung ubi kayu terplastisisasi sebesar 30% menghasilkan
bobot jenis pelet komposit yang lebih tinggi dibandingkan tepung ubi kayu
terplastisisasi sebesar 20%. Penggunaan tepung ubi kayu terplastisisasi sebesar
20% memberikan kekuatan seal yang lebih baik dibandingkan tepung ubi kayu
terplastisisasi sebesar 30%. Warna film
komposit tidak dipengaruhi rasio tepung ubi kayu:LLDPE, dosis gliserol, dan
dosis asam stearat. Film komposit yang
dihasilkan bersifat buram dengan warna kecoklatan.
Terimakasih kepada penulis jurnal yaitu:
Sugiarto1), Titi Candra Sunarti1), Ani
Suryani1), Sutrisno2), Indah Yuliasih1)
1)Departemen Teknologi Industri Pertanian,
Fakultas Teknologi Pertanian IPB Kampus IPB Dramaga, P.O.Box, 220, Bogor Email:
paksugiarto@yahoo.com 2)Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, IPB
