## PHOTODEGRADATION OF HIGH DENSITY POLYETHYLENE CONTAINING OXO-BIODEGRADATION ADDITIVES
Fotodegradasi High Density Polyethylene Yang Mengandung Aditif Okso-Biodegradasi

## Ristika Oktavia Asriza*, Janiar Pitulima
Chemistry Department, Faculty of Engineering Bangka Belitung University, Jl.Kampus Peradaban Bangka 33172
*Corresponding author, e-mail: ristika@ubb.ac.id
Received: Dec. 2016  Published: Jan. 2017

## ABSTRACT
High  Density  Polyethylene  (HDPE)  is  a  type  of  plastic  that  widely  used  for  packaging  because  it  has  good mechanical properties. HDPE is naturally non-biodegradable, and  the consequence it will increase plastic waste that  will  damage  the  environment.  To  increase  their  biodegradability,  it  is  necessary  to  add  an  oxo- biodegradation  additive  in  the  form  of  a  stearate  metal  compound.  This  oxo-biodegradation  additive  is  a chromophore that  can  absorb  UV  light.  Polyethylene  oxo-biodegradation  films  are  prepared  by  mixing  HDPE and cobalt stearate to homogeneous on various compositions. To know the effect of adding cobalt stearate  into HDPE has done by photodegradation  process. The polyethylene oxo-biodegradation film was given irradiation using UV  light  in the wavelength range  280-300  nm  at room temperature  for 10 days. After  irradiation,  in the ATR spectrum shows an absorption  peak at 1712 cm -1 wavenumber indicatied  the presence of a carbonyl group with a stronger intensity. The higher concentration of cobalt stearate added in HDPE, increases the peak intensity of carbonyl group. This  is due to the  increasing  number of chromophores  from  cobalt stearate that can absorb UV  light, the  faster the breakdown of HDPE chains  into small  fragments so that HDPE is rapidly  degraded  in nature.
Keywords :HDPE, oxo-biodegradation additives, photodegradation, carbonyl group.

## PENDAHULUAN
High Density Polyethylene (HDPE)
memiliki sifat mekanik yang bagus, tidak mudah bereaksi dengan senyawa kimia, sukar terdegradasi  di  alam,  dan  harganya  relative murah.  Karena  sifat  tersebut  maka  pemanfaatan polietilen  terus  mengalami  peningkatan  pada berbagai  bidang  industri  terutama  pada  bidang pengemasan  (plastik).  Plastik  HDPE  termasuk golongan  polimer  yang  bersifat  termoplastik sehingga  dapat  dibentuk  menjadi  plastik  dengan derajat kerapatan yang baik.
Akibat  penggunaan  plastik  HDPE  yang sangat  luas  tersebut  menimbulkan  masalah lingkungan yang sangat serius. HDPE dikategorikan  sebagai  sampah  plastik  yang  sulit didegradasi  oleh  bakteri  yang  ada  di  alam,  dan membutuhkan  waktu  ratusan  tahun  bagi  alam untuk  mendegradasinya  (Roy  dkk.,  2011).  Salah satu  usaha  untuk  meningkatkan  kemampuan degradasi dari HDPE adalah dengan
menambahkan  suatu  kromofor.  Kromofor  yang digunakan berupa senyawa aditif okso- biodegradasi.
Kompleks  logam  transisi  dengan  strearat dapat menguraikan hidroperoksida yang terbentuk  selama  oksidasi  polimer  (Pablos  dkk, 2010).  Logam  transisi  yang  digunakan  bersifat multivalen, sehingga akan mempercepat pembentukan hidroperoksida dari reaksi degradasi HDPE (Corti dkk, 2010).
Proses  fotodegradasi  sangat  bergantung pada  ada  tidaknya  oksigen  (O 2 )  dan  sifat kromofor dalam menyerap sinar UV (Cottin dkk, 2000). Perlakuan HDPE secara fotodegradasi ini akan  menghasilkan  gugus  karbonil  akibat  dari pemutusan  rantai  HDPE  (Yoon  dkk,  2012). Selain  itu,  hasil  lain  yang  dihasilkan  dari  okso- biodegradasi HDPE ini adalah asam  karboksilat, keton,  alkohol,  dan  hidrokarbon  dengan  massa molekul yang rendah (Jakubowicz dkk, 2012).

## METODOLOGI

## Alat
Alat  yang  digunakan  adalah  kimia,  gelas  ukur, pipet  tetes,  erlenmeyer,  labu  leher  tiga, kondensor,  termometer,  oven  vakum,  corong pisah, magnetic  stirrer,  hot  plate dan buncher dan hot  pres, lampu  UV  280-300  nm,  dan spektroskopiATR (Prestige Shimadzu IR
spectrometer) .

## Bahan
Bahan  yang  digunakan  adalah  polimer HDPE,  kobalt  asetat,  asam  stearat,  NaOH, aquadest,  dan  etanol  sebagai  pelarut,  serta  gas nitrogen.
ProsedurKerja

## Pembuatan film HDPE okso-biodegradasi
Pembuatan film polietilen okso- biodegradasi  ini  dibagi  menjadi  4  variasi penambahan  kobalt  stearat  antara  lain  0,01%; 0,05%;  0,075%;  0,1%  (w/w)  dari  massa  total, kemudian campuran ini digerus sampai homogen. Setelah itu, campuran tersebut dicetak dengan hot  press pada  suhu  120 o C  selama  5 menit.  Film  polietilen  okso-biodegradasi  yang terbentuk  dikarakterisasi  dengan  menggunakan ATR.

## Fotodegradasi
Pada fotodegradasi polietilen okso- biodegradasi dengan berbagai  konsentrasi kobalt stearat dilakukan penyinaran dengan menggunakan  sinar  UV  pada  rentang  panjang gelombang 280-300 nm pada temperatur   ruang. Waktu  foto  degradasi  ini  dilakukan  bervariasi selama 2, 4, 6, 8, dan 10 hari,  kemudian  sampel dikarakterisasi dengan ATR.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kromofor  (aditif  oksidan)  yang  digunakan pada penelitian ini adalah kobalt strearat. Logam transisi  yang  sering  digunakan  antara  lain  besi, kobalt,  dan  mangan  (Ammala  dkk.,  2011). Logam  transisi  yang  ditambahkan  kedalam polietilen tersebut dikomplekskan dengan senyawa  stearat  atau  kompleks  ligan  organik lainnya  (Abrusci  dkk,  2011).  Kobalt  merupakan logam transisi yang bersifat multivalen. Penggunaan  kobalt  dengan  konsentrasi  yang terbatas  dan  terkontrol  tidak  akan  berbahaya,
sehingga  kobalt  aman  digunakan  sebagai  pro- oksidan pada film HDPE (Fontanella dkk, 2010).
Pembuatan film HDPE yang telah ditambahkan dengan kobalt stearat sebagai aditif oksidan  dilakukan  dengan  menggunakan hot press dengan ketebalan 80 μm. Kobalt stearat ini diharapkan  dapat  menginisiasi  proses  auto- oksidasi  sehingga  proses  degradasi  dapat berlangsung  lebih  cepat  (Osawa  dkk.,  1988). Film  HDPE  okso-biodegradasi  dibuat  pada berbagai  variasi  komposisi  kobalt  stearat  yaitu 0,01%;  0,05%;  0,075%;  dan  0,1%  (w/w). Gambar  1  merupakan  film  HDPE  yang  telah ditambahkan kobalt stearat.
Gambar 1. Film HDPE okso-biodegradasi
Degradasi  pada  HDPE  okso-biodegradasi dapat berlangsung secara oksidasi-reduksi akibat adanya  pengaruh  dari  luar,  salah  satunya  sinar UV.  Sifat  katalitik  dari  kobalt  stearat  sebagai aditif  oksidan  akan  teraktivasi  jika  terkena  sinar UV  atau  dikenai  panas,  sehingga  kobalt  stearat akan  menginisiasi  terjadinya  proses  oksidasi- reduksi pada HDPE. Reaksi ini akan menyebabkan  pemutusan  rantai  pada  polimer sehingga berat molekul polimer menjadi berkurang. Fotodegradasi tidak merubah struktur kimia tetapi hanya menurunkan sifat mekanik/fisik dari HDPE karena adanya pemutusan  rantai  HDPE  menjadi  fragmen- fragmen  kecil  dengan  berat  molekul  yang  lebih rendah (Vijayvargia dkk, 2014).
Pada  penelitian  ini,  fotodegradasi  HDPE dengan  penambahan  kobalt  stearat  bervariasi dilakukan  dengan  penyinaran  sinar  UV  selama 10  hari.  Gambar  2.  menunjukkan  hasil karakterisasi  dengan  ATR  untuk  mengetahui perubahan  puncak  serapan  yang  terjadi  pada masing-masing  film.  Puncak-puncak  serapan tersebut menunjukkan  gugus-gugus fungsi kimia yang  ada  pada  masing-masing  film  tersebut (Listyarini dan Pudjiastuti, 2014).
Gambar 2. Spektrum ATR fotodegradasi HDPE okso-biodegradasi yang telah dilakukan fotodegradasi selama 10 hari dengan variasi konsentrasi kobalt stearat
Pada  puncak  serapan  dengan  bilangan gelombang  2912  dan  2842  cm -1 menunjukkan adanya  gugus  C-H  alkana  dan  puncak  serapan pada bilangan gelombang 1462 cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  CH 2 .  Terdapat puncak  serapan  yang  kecil  pada  bilangan gelombang 1712 cm -1 menandakan adanya gugus karbonil  akibat  dari  hasil  oksidasi  HDPE  dari penambahan  kobalt  stearat.  Dengan  adanya gugus karbonil  pada  film  HDPE  okso- biodegradasi dapat menjadi inisiator pada proses fotodegradasi ini.
Tabel 1. Absorbansi gugus karbonil pada bilangan gelombang 1712 cm -1 pada filmHDPE + kobalt stearat dengan variasi lama penyinaran
Lama Penyinaran (hari) Absorbansi 2 0,001 4 0,002 6 0,079 8 0,078 10 0,004 Pada  kurva  juga  terlihat  bahwa  semakin tinggi konsentrasi kobalt stearat yang ditambahkan  pada  HDPE  cenderung  semakin besar nilai absorbansinya pada bilangan gelombang 1712 cm -1 . Hal ini disebabkan karena semakin banyaknya jumlah kromofor dari kobalt stearat yang dapat mengabsorbsi sinar UV maka semakin cepat terputusnya rantai HDPE menjadi fragmen-fragmen  kecil  sehinggaHDPE  semakin cepat terdegradasi.
Sedangkan  perbandingan  nilai  absorbansi terhadap  variasi  lama  penyinaran  dengan  sinar UV pada film HDPE + kobalt stearat 0,1% (w/w) dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Spektrum ATR film HDPE + kobalt stearat 0,1% w/w dengan variasi lama penyinaran
Berdasarkan  Tabel  1.menunjukkan  bahwa semakin  lama  waktu  penyinaran  pada  film HDPE  menyebabkan  nilai  absorbansi  pada bilangan  1712  cm -1 cenderung  semakin  besar. Hal  ini  mengakibatkan  HDPE  semakin  mudah untuk terdegradasi di alam.

## KESIMPULAN
Kobalt stearat sebagai aditif okso- biodegradasi  dapat  menginisiasi  polimer  HDPE yang  menyebabkan    proses  oksidasi-reduksi sehingga  proses  degradasi  berlangsung  lebih cepat.  Hasil  utama  dari  degradasi  HDPE  ini adalah terbentuknya hidrokperoksida dan terputusnya  rantai  panjang  HDPE  menjadi fragmen-fragmen yang lebih pendek.
Hidrokperoksida  akan  terdekomposisi  menjadi gugus-gugus  karbonil  yang  ditandai  dengan adanya  serapan  ATR  pada  bilangan  gelombang 1712  cm -1 .  Dengan  adanya  gugus  karbonil  ini maka  HDPE  akan  lebih  mudah  dan  cepat terdegradasi di alam.

## DAFTAR PUSTAKA
Abrusci,  C.,  Pablos,  JL.  T  Corrales.,  2011, Biodegradation of Photo-degraded Mulching Films  Based  on  Polyethylen  and  Stearate  of Calcium  and  Iron  as  Pro-oxidant  Additives ,
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 tra nsm itan bil. gelombang (1/cm) 0,01% 0,05% 0,07% 0,10% 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 tr a n s mit a n bil. gelombang (cm -1 ) 2 days 4 days 6 days 8 days 10 days
International Biodeterioration and Biodegradation. 451-459. Ammala,  Anne.,  Stuart  B.,  Katherine  D.,  2011, An Overview and Biodegradable
Polyolefins ,    CSIRO  Materials  Science  and Engineering .36, 8. Corti,  Andrea,  Sudhakar  M.,  2010,  Oxidation and  Biodegradation  of  Polyethylene  Films Containing Pro-oxidant Additives: Synergistic  Effects  of  Sunlight  Exposure, Thermal  Aging  and  Fungal  Biodegradation,
Polymer  Degradation  and  Stability .  95,
1106-1114.
Cottin,  Herve.,Merie  C.,  Jean  F.,  2000,  An Experimental  Study  of  the  Photodegradation of  Polyoxymethylene  at  122,  147  and  193 nm , Polymer Degradation and Stability . 135, 53-64.
Fontanella,  Stephane.,  Sylvie  B.,  Marek  K., 2010,  Comparison  of  the  Biodegradabilityof Various  Polyethylene  Films  Containing  Pro- Oxidant Additive , Polymer Degradation and Stability . 95, 1011-1021.
Jakubowicz,  Ignacy,  Jonas  E.,  2012),  Effects  of Reprocessing  of  Okso-biodegradable  and nondegradable Polyethylene on the
Durability  of  Recycled  Materials, Polymer Degradation and Stability . 97, 316-321. Listyarini A., Pudjiastuti W., 2014,
Fotodegradasi  (Degradasi  Abiotik)  Kantong Plastik Polietilena  yang Mengandung  Aditif, Okso-Biodegradable . J.  Kimia  Kemasan . Vol 36 (1), 207-2014.
Osawa, Zenjiro, 1988, Role of Metals and Metal- Deactivators in Polymer Degradation, Polymer Degradation and Stability . 20, 203-
236
Pablos,  J.L,  C  Abrusci,  I.  Marin,  2010,
Photodegradation of
polyethylenes:
Comparative effect of Fe and Ca-stearates as pro-oxidant additives, Polymer Degradation and Stability. 95, 2057-2064.
Roy,  Prasun  K.,  Minna  H.,  2011,  Degradable polyethylene:  Fantasy  or  Reality, Express Polymer Letters. 45, 4217–4227.
Vijayvargia  R.,  Bhadoria  AKS.,  Ajay  KM.,
2014, Photo and Biodegradation
Performance  of  Polyethylene  Blended  with Photodegradable Additve Ferrocene (Part-1), Int.  Journal  of  Applied  Science  and Engineering Research 3 . 153-170.
Yoon, M.G., Hyun,J., Kim, M., 2012,
Biodegradation  of  Polyethylene  by  a  Soil Bacterium  AlkB  Cloned  Recombinant  Cell,
J . BioremedBiodegrad. 3;4.