## Sintesis dan karakterisasi bioplastik dari bahan baku ubi kayu (starch cassava) dan serat nanas
Idral Amri*, Khairani, Irdoni
Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Binawidya Jl. HR Subrantas Km 12,5 Pekanbaru 28293 e-mail: *idral_amri@eng.unri.ac.id
Diterima: 16 September 2019 / Disetujui: 16 Desember 2019 / Dipublikasi online: 31 Desember 2019 DOI: https://doi.org/10.22437/chp.v4i2.7649

## ABSTRAK
Bioplastik  atau  plastik  biodegradable  adalah  polimer  yang  terdiri  dari  monomer organik  yang  berasal  dari  pati  dan  selulosa.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah membuat bioplastik  menggunakan pati singkong dan selulosa dengan filler daun nanas, dengan memvariasikan kecepatan pengadukan dan massa filler, terhadap karakteristik  bioplastik  seperti  modulus  young,  elongasi,  kekuatan  tarik  dan biodegradasi,.  Metode  pada  penelitian  ini  menggunakan  metode  interkalasi  leleh yaitu  teknik  inversi fasa  dengan  penguapan  pelarut  setelah  dicetak  dalam  gelas plat. Massa filler yang digunakan adalah 0,3 gram, 0,6 gram, 0,9 gram, 1,2 gram dan 1,5 gram, untuk 10 gram pati, dengan variasi pengadukan 200 rpm dan 300 rpm. Hasil terbaik dalam penelitian ini diperoleh, pada  variasi 1,5 gram selulosa dan 300 rpm yaitu kuat tarik 13,24 MPa, elongasi 5,16%, modulus young 1072,83 MPa, biodegradasi selama 7 hari, situs 33,33%
Kata kunci: bioplastic, serat daun nanas, filler, starch, stirring

## ABSTRACT
Bioplastic  or  biodegradable  plastics  are  polymers  that  are  composed  of  organic monomers  that  found  in  starch  and  cellulose.  The  purpose  of  this  research  is  to create bioplastics using starch cassava and cellulose with pineapple leaves filler, by  varying  the  speed  of  stirring  and  the  number  of  fillers,  to  find  the  bioplastic characteristics  such  as  modulus  young,  elongation,  tensile  strength  and biodegradability,.  The  methods  on  this  research  using  melt  intercalation  method that  is  phase  inversion  technic  with  solvent  vaporization  after  printed  in  the  plat glass. The concentration of fillers used in the study was 0.3 grams, 0.6 grams, 0.9 grams, 1.2 grams and 1.5 grams, which is 10 grams every starch, during shaking variations at 200 rpm and 300 rpm. The best results in this study is obtained , on concentration  of  1.5  grams  cellulose  and  300  rpm  stirring  is  strong  tensile  13.24 MPa, elongation 5.16%, modulus young 1072.83 MPa, biodegradability of the land for 7 days, site 33.33%
Keywords: bioplastics, pineapple leaf fibers, fillers, starch, stirring

## PENDAHULUAN
Saat  ini  ada  banyak  jenis  bahan  yang  digunakan  untuk  mengemas makanan  diantaranya  jenis  plastik,  kertas,  fibreboard,  gelas,  tinplate,  dan aluminium.  Penggunaan  plastik  dalam  kehidupan  merupakan  hal  yang  biasa dijumpai  karena  sifatnya  yang  unggul  seperti  ringan  tetapi  kuat,  transparan,
tahan air, fleksibel (mengikuti bentuk produk), serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh semua kalangan masyarakat (Winarno, 1990).
Perkiraan  penggunaan  plastik  tahun  2010  sampai  2025  Indonesia merupakan  negara  terbesar  kedua,  yaitu  dihitung  dari  presentase  jumlah sampah  plastik  yang  tidak  diolah,  Indonesia  termasuk  yang  paling  tinggi. Sebanyak  87  %  dari  3,8  juta  ton  sampah  plastik  yang  dibuang  setiap  tahun mengambang di laut. Setiap penduduk pesisir Indonesia bertanggung jawab atas 17,2 Kg sampah plastik yang mengapung dan meracuni satwa laut.
Untuk mengurangi terjadinya penimbunan sampah plastik maka dilakukan penelitian pembuatan  plastic  biodegradabel  dengan  menggunakan  bahan  alami yang dapat diperbaharui. Salah satu bahan alami tersebut yaitu pati ubi kayu.
Bioplastik  atau  yang  sering  disebut  plastik  biodegradable  adalah  polimer plastik yang tersusun atas monomer organic yang terdapat pada pati, selulosa, protein  dan  mikroorganisme.  Plastik  biodegradable  dapat  digunakan  layaknya plastik  konvensional  biasa  namun  akan  hancur  oleh  aktivitas  mikroorganisme dan  menghasilkan  air  dan  senyawa yang  tidak  berbahaya bagi  lingkungan dan kesehatan  ketika  dibuang  kelingkungan.  Karena  terbuat  dari  bahan-bahan organik, plastik biodegradable bersifat ramah lingkungan.
Salah  satu  metode  pembuatan  bioplastik  yaitu  melt  intercalation,  yang merupakan  metode  yang  ramah  lingkungan  karena  tidak  menggunakannya pelarut  organik  yang  nantinya  dapat  menjadi  limbah.  Melt  intercalation  juga kompatibel  dengan  proses  industri  seperti  pada  injection  molding.  Pada  melt intercalation,  pembuatan  biokomposit  dilakukan  dengan  tujuan  untuk menguatkan  material,  yaitu  dengan  cara  memanaskan  dan  mendinginkan material (Gibson, 1994).
Filler  yang  digunakan  selulosa  serat  daun  nanas.  Selulosa  (C 6 H 10 O 5 ) n adalah  polimer  berantai  panjang  polisakarida  karbohidrat,  dari  β-glukosa. Komposisi  kandungan  senyawa  kimia  serat  nanas  disajikan  pada  Tabel  1. Selulosa  merupakan  karbohidrat  utama  yang  disintesis  oleh  tanaman  dan menempati hampir 60% komponen penyusun struktur tanaman. Selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia dan tidak larut dalam air dan pelarut organik, tetapi larut  dalam  larutan  kuprik  hidroksida  Selulosa  tidak  memberikan  warna  biru dengan iodin (Artati, 2009).
Tabel 1. Komposisi kimia serat nanas Komposisi Kimia Serat Nanas (%) Alfa Selulosa 69,5 – 71,5 Pentosan 17,0 – 17,8 Lignin 4,40 – 4,70 Pektin 1,00 – 1,20 Lemak dan Wax 3,00 - 3,30 Abu 0,71 – 0,87
Selulosa tidak hanya merupakan polisakarida struktural ekstraseluler yang paling banyak dijumpai pada dunia tumbuhan, tetapi juga merupakan senyawa yang  paling  banyak  diantara  semua  biomolekul  pada  tumbuhan  atau  hewan. Stabilisasi  rantai-rantai  molekul  panjang  pada  selulosa  dalam  sistem  yang teratur, yaitu pembentukan struktur supra molekul, ditimbulkan adanya gugus gugus  fungsional  yang  dapat  mengadakan  interaksi  satu  dengan  yang  lainnya. Gugus-gugus  fungsional  tersebut  adalah  gugus  hidroksil.  Gugus-gugus  –OH tersebut tidak hanya menentukan  struktur supramolekul tapi juga menentukan sifat-sifat fisika dan kimia selulosa (Fengel, 1995).
Pada  penelitian  ini,  metode  yang  akan  digunakan  adalah  metode  melt intercalation  yaitu teknik inversi fasa dengan penguapan pelarut setelah proses pencetakkan  yang  dilakukan  pada  plat  kaca.  Metode  pembuatan  film  plastik biodegradable  ini  didasarkan  pada  prinsip  termodinamika  larutan  dimana keadaan  awal  larutan  stabil  kemudian  mengalami  ketidakstabilan  pada  proses perubahan  fasa  (demixing),  dari  air  menjadi  padat.  Proses  pemadatannya (solidifikasi)  diawali  transisi  fasa  cair  satu  ke  fasa  dua  cairan  (liquid  liquid demixing)  sehingga  pada  tahap  tertentu  fasa  (polimer  konsentrasi  tinggi)  akan membentuk  padatan.  Penggunaan  serat  daun  nanas  sebagai  penguat merupakan  kelebihan  bioplastik  ini  karena  akan  lebih  mudah  terurai dibandingkan dengan penggunaan plastik sintetis yang susah terurai.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu  neraca  analitik,  hot  plate, stirrer, wadah ice bath, termometer, gelas piala 250 ml, gelas kimia 500 ml, gelas ukur 100 ml, corong, pengaduk, oven, saringan cetakan kaca, kaca arloji, pipet tetes,  cawan  porselin,  pemotongan  dan  peralatan  plastik  (gelas,  wadah  dan pengaduk  plastik).  Peralatan  atau  instrumen  untuk  karakterisasi  antara  lain
penguji  kuat  tarik,  FTIR  spectrofotometer.  Rangkaian  alat  dapat  dilihat  pada Gambar 1.
Bahan  yang  digunakan  dalam  pembuatan  plastik  ini  adalah  serat  nanas yang  berasal  dari  Riau,  pati  ubi  kayu,  plasticizer  sebagai  filler  dan  bahan tambahan seperti akuades, asam asetat, NaOH, NaOCl, HCl.
3 Keterangan : 1. Hot Plate
2. Gelas Kimia 3. Termometer 4. Campuran Larutan Bioplastik 5. Statif 2 5 1 4

## Gambar 1. Rangkaian Alat Pembuatan Bioplastik Variabel
Variabel berubah pada penelitian ini adalah konsetrasi selulosa serat daun nanas 0,3, 0,6, 0,9, 1,2 dan 1,5 gram, kecepatan pengadukan 250 rpm dan 300 rpm,  kemudian  dilakukan  pengujian  pada  bioplastik  uji  sifat  mekanik  (kuat tarik,  elongasi,  modulus  young),  uji  biodegrabilitas.  Nilai  kuat  tarik  dapat dihitung  dengan  persamaan  1.  Nilai  elongasi  dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan.
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ (𝑀𝑃𝑎) = 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐾𝑢𝑎𝑡 𝑇𝑎𝑟𝑖𝑘 (𝐹) 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛 (𝐴)
(1) % 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑠𝑖 = 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑢𝑡𝑢𝑠−𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑥100% (2)

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengaruh  Variasi  Serat  Daun  Nanas  dan  Pengadukan  Terhadap  Sifat  Kuat Tarik
Penambahan  selulosa  serat  daun  nanas  pada  pembuatan  bioplastik  yang digunakan  sebagai  filler  (bahan  pengikat)  bertujuan  untuk  memperkuat  sifat mekanik bioplastik yang dihasilkan. Hasil kuat tarik dapat dilihat pada Gambar 2.

## Gambar  2.  Hubungan  variasi  konsentrasi  selulosa  nanas  dan  kecepatan
pengadukan  pada  pati  ubi  kayu 10  gram  dan  plasticizer  gliserol 2 ml terhadap kuat tarik
Gambar 2 menunjukkan nilai kuat tarik tersebut berbanding lurus dengan jumlah selulosa nanas yang ditambahkan, semakin banyak selulosa nanas yang ditambahkan  dan  semakin  tinggi  kecepatan  pengadukan  maka  nilai  kuat tariknya cenderung meningkat. Peningkatan kekuatan tarik dari bioplastik yang dihasilkan, dari selulosa nanas yang memberikan modulus young dan kekuatan tarik yang tinggi (Kottaisamy et al., 2015).
Selulosa  itu  sendiri  memiliki  ikatan  hidrogen  inter  dan  intra  molekuler, ikatan hidrogen diantara selulosa nanas dengan matriks pati dan menyebabkan peningkatan  kekuatan  tarik  dari  bioplastik.  Perbedaan  nilai  kuat  tarik  yang dihasilkan  tersebut  disebabkan  oleh  perbedaan  konsentrasi  serat  daun  nanas yang  ditambahkan  pada  pembuatan  plastik  biodegradable.  Penambahan  serat daun  nanas  pada  konsentrasi  1,5  gram  memberikan  nilai  kuat  tarik  tertinggi, hal ini diduga pati dan serat daun nanas mampu berikatan dengan baik dengan adanya bantuan dari kecepatan pengadukan, faktor penting yang mempengaruhi kuat tarik plastik biodegradable adalah affinitas antara komponen penyusunnya. Affinitas  merupakan  suatu  fenomena  dimana  molekul  tertentu  memiliki kecenderungan untuk bersatu dan berikatan.

## Pengaruh Variasi Serat Daun Nanas dan Pengadukan Terhadap Elongasi
Elongasi merupakan regangan maksimum yang dialami bahan saat dikenai gaya.  Pengujian  elongasi  dilakukan  dengan  membandingkan  penambahan panjang yang  terjadi dengan  panjang  bahan  sebelum  dilakukan uji  tarik. Hasil uji persen elongasi ditunjukkan pada Gambar 3.
0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 Kuat T eka n ( M Pa ) 250 rpm 300 rpm Selulosa Nanas (Gram)
Gambar  3.  Hubungan  variasi  konsentrasi  selulosa  nanas  dan  kecepatan pengadukan pada pati ubi kayu 10gram dan plasticizer gliserol 2 ml terhadap elongasi
Gambar 3 menunjukkan nilai elongasi mengalami kenaikan seiring dengan penambahan konsentrasi selulosa nanas dan  kecepatan  pengadukan. Namun, nilai elongasi meningkat seiring dengan penambahan gliserol karena fleksibilitas film  semakin  meningkat  dan  kekakuan  film  semakin  menurun. Menurut  Darni dkk  (2009),  penambahan  selulosa  sebagai  filler  cenderung  menurunkan  nilai elongasi  bioplastik.  Hal  ini  dikarenakan  fleksibilitas  yang  tinggi  pada  selulosa sehingga  memberikan  pengaruh  terhadap  perpanjangan  elongasi  pada  sampel bioplastik. Selain itu, selulosa sebagai filler juga akan menurunkan jarak ikatan antarmolekul  yang  disebabkan  oleh  semakin  banyak  terbentuknya  ikatan hidrogen sehingga bioplastik yang dihasilkan semakin kaku dan kurang elastis.

## Pengaruh Variasi Selulosa Nanas dan Pengadukan Terhadap Modulus Young
Modulus  Young  adalah  nilai  ketahanan  suatu  bahan  ketika  dikenai  gaya sampai  terjadinya  deformasi.  Modulus  Young  berbanding  lurus  dengan  kuat tarik. Modulus young menurun seiring dengan meningkatnya fleksibilitas. Hasil uji  modulus  young  ditunjukkan  pada  Gambar  4.  Semakin  besar  selulosa  yang digunakan  dan  semakin  tinggi  kecepatan  pengadukan  maka  nilai  modulus young  juga  akan  semakin  meningkat.  Nilai  modulus  young  berbanding  lurus dengan nilai tensile strength dan berbanding terbalik dengan nilai elongasi.
4.9 4.95 5 5.05 5.1 5.15 5.2 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 250 rpm 300 rpm El ong as i (% ) Selulosa Nanas (Gram)
Gambar  4.  Hubungan  variasi  konsentrasi  selulosa  nanas  dan  kecepatan pengadukan pada pati ubi kayu 10gram dan plasticizer gliserol 2 ml terhadap modulus young

## Uji Biodegrabilitas
Biodegrabilitas film adalah kemampuan film untuk dapat terdegradasi oleh mikroorganisme  atau  cuaca  panas  dan  hujan.  Degradasi  memperlihatkan perubahan  fisik  film  karena  adanya  pemutusan  ikatan  kimia  sehingga  berat molekul menurun dan pemendekan rantai. Biodegradasi sampel bioplastik pada tiap variasi di uji dengan menggunakan metode soil burial test atau lebih dikenal dengan  metode  penguburan  sampel  dalam  tanah.  Sampel  yang  telah  dipotong dengan ukuran  2x2  cm  ditanam  pada  tanah  yang ditempatkan  didalam  wadah dengan  asumsi  komposisi  tanah  sama,  kemudian  diamati  dari  hari  ke  hari sampai sampel terdegradasi sempurna.
Gambar  5.  Hasil  Uji  Pengaruh  Penambahan  Selulosa  terhadap  Biodegradasi Bioplastik
0 200 400 600 800 1000 1200 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 250 rpm 300 rpm M od u lu s Yo u ng ( M P a) Selulosa Nanas (Gram)
0 5 10 15 20 25 30 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 B io deg ra bil it a s (%) Selulosa serat daun nanas 250 rpm 300 rpm
Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  laju  biodegradasi  tertinggi  yaitu  30,00% pada  variasi  selulosa 1,5  gram  dan  kecepatan  pengadukan  300  rpm,  degradasi polimer digunakan untuk menyatakan perubahan fisik akibat reaksi kimia yang mencakup  pemutusan  ikatan  dalam  molekul.  Reaksi  degradasi  kimia  dalam polimer linear menyebabkan turunnya berat molekul atau pemendekan panjang rantai  yang  dikatalisis  oleh  mikroorganisme.  Laju  degradasi  juga  dipengaruhi oleh  tingkat  absorbsi  air  oleh  bahan  polimer,  karena  air  dapat  memberikan ruang  kondusif  bagi  mikroorganisme  yang  ada  pada  lingkungan  untuk memasuki matriks film plastik.
Pati ubi kayu sebagai matriks dan gliserol sebagai plasticizer memiliki sifat hidrofilik sehingga dengan penambahan bahan tersebut tingkat penyerapan air semakin  menurun dan dapat memberikan ruang kondusif untuk perkembangan mikroorganisme.  Gambar  5  juga  memperlihatkan  bahwa  semakin  besar konsentrasi selulosa yang digunakan maka laju biodegradasi juga akan semakin meningkat.
Menurut Behjat et al (2009), semakin banyak selulosa yang dikandung oleh suatu  plastik,  maka  semakin  cepat  plastik  tersebut  untuk  terdegradasi.  Jadi, yang  berperan  dalam  faktor  biodegradabilitas  suatu  plastik  adalah  selulosa. Karena  selulosa  serat  daun  nanas  merupakan  bahan  alam  yang  dapat terdegradasi  di  alam  akibat  dari  aktivitas  mikroorganisme  yang  ada  di  dalam tanah.

## KESIMPULAN
Bioplastik dapat diperoleh dengan menggunakan selulosa serat daun nanas sebagai filler dan pati ubi kayu sebagai matrik. Pada Penelitian ini penambahan selulosa  serat  nanas  dan  pengaruh  kecepatan  pengadukan  dengan  variasi selulosa  nanas  0,3  gram  0,6  gram  0,9  gram  1,2  gram  dan  1,5  gram  serta kecepatan  pengadukan  250  rpm  dan  300  rpm  memberikan  nilai  sifat  mekanik yang semakin meningkat.

## DAFTAR PUSTAKA
Afrozi,  A.  S.  2010.  Sintesis  dan  karakterisasi  katalis  nanokomposit  berbasis titania untuk Produksi Hidrogen dari Gliserol dan Air. Depok: Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia.
ASTM,  American  Society  for  Testing  and  Methode.1999.  ASTM  Standards Pertaining  to  The  Biodegradability  and  Compostbility  of  Plastic.  Weat Conshocken: Author
Anggraini S., 2014,  Sifat Mekanik Plastik, Bandung, Nuansa Cendekia Artati  E.  K,  2009,    Pengaruh    Konsentrasi    Larutan    Pemasak    pada    Proses Delignifikasi Eceng Gondok dengan Proses Organosolv,  Jurnal Ekuilibrium, 8 (1) : 25-28
Averous L., 2008,   Biodegradable  multiphase  systems  based  on  plasticized starch: A review, Journal of Macromolecular Science, 12: 123-130
Darni, Y. dan Herti U. 2010. Studi Pembuatan Dan Karakteristik Sifat Mekanik Dan Hidrofobilitas Bioplastik Dari Pati Sorgum. Jurnal Rekayasa Kimia Dan Lingkungan. 7 (4): 190-195.
Domenek,S., 2004,  Pierre  Feuilloley,  Jean  Gratraud,  MarieHeeleene  Morel, ,Steephane  Guilbert.  Biodegradability  of  wheat  gluten  based  bioplastics. Chemosphere 54: 551-559
Gibson  R.  F,  1994,  Principles  Of  Composite  Material  Mechanics,  Mc  Graw  Hill: New York
Gounga  M.  E,  2007,    Whey  protein  isolate-based  edible  films  as  affected  by protein    concentration,    glycerol    ratio    and    pullulan    addition    in    film formation, J. Food Engineering, 83: 521 - 530
Harper W, 1996, Komposit, Erlangga, Jakarta
Hidayat,    P.,    2008,  Teknologi  Pemanfataan    Serat    Daun    Nanas    sebagai
Alternatif Bahan Baku Tekstil, Teknoin, 13: 31-35.
http://rizkiazahra.blogspot.co.id/2013/07/interkalasi. Html
Lazuardi    G.    P,    2013,    Pembuatan    dan    karakterisasi    bioplastik    berbahan dasar kitosan  dan  pati  singkong  dengan  plasticizer  gliserol,  Journal  of Chemistry, 2 (3)
Sumaryono,  2012, Perilaku Pengujian Tarik Polimer Polistiren dan Polipropilen,

## Pendidikan Teknik Mesin  Otomotif IKIP Veteran Semarang, 1 (1)
Wang, Z. L. 2004.   Semiconducting  and  piezoelectric  oxide  nanostructures induced by polar surfaces. Advanced Functional Materials, 14 (943)
Wardani, 2009, Plastik, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Winarno  F.G, 1992, Kimia Pangan dan Gizi, Gramedia Pustaka Utama,  Jakarta,