Transcript 6. Teknologi Bio polimer

TEKNOLOGI BIO POLIMER
POLIMER
 Polimer


diklasifikasikan dalam:
Sintetik
Alami
 Polimer
sintetik diperoleh dari polimerisasi
minyak bumi melalui rekayasa proses
menggunakan katalis dan panas.
CONTOH POLIMER SINTETIK
Polyethylene
 Polypropylene
 Polytetrafluoroethylene
(Teflon®)
 Polyvinylchloride
 Polyvinylidenechloride
 Polystyrene
 Polyvinylacetate
 Polymethylmethacrylate
(Plexiglas®)
 Polyacrylonitrile

Polybutadiene
 Polyisoprene
 Polycarbonate
 Polyester
 Polyamide (nylons)
 Polyurethane
 Polyimide
 Polyureas
 Polysiloxanes
 Polysilanes
 Polyethers

POLIMER ALAMI
 Polimer
alami telah lama digunakan untuk:
pakaian, dekorasi, peralatan, perlindungan,
transportasi, dsb.
 Contoh polimer alami:
Pati
 Selulosa (kayu)
 Protein
 Rambut
 Sutera
 DNA and RNA
 Tanduk
 Karet

BIOPOLIMER
 Biopolimers
diperoleh dari polimerisasi bahan
baku bio dengan rekayasa proses industri.
 Bahan
baku Bioplomer diisolasi dari
tanaman, binatang atau disintesis dari
biomass menggunakan enzim/mikrobia.
CONTOH BIOPOLIMER

Polyesters



Polylactic acid
Polyhydroxyalkanoates


Silk
Soy protein
Corn protein (zein)







Xanthan
Gellan
Cellulose
Starch
Chitin


Lignin
Tannin
Humic acid
Lipids

Polysaccharides

Polyphenols

Proteins



Waxes
Surfactants
Specialty polymers



Shellac
Natural rubber
Nylon (from castor oil)
MENGAPA BIOPOLIMER?



Bahan bakar fosil (minyak, gas, batubara) semakin
mahal dan langka karena tidak dapat diperbaharui
sehingga diperlukan bahan baku yang terbaharui.
Kini mulai dikembangkan teknologi untuk biopolimer
baru menggunakan tanaman.
Sebagian besar polimer sintetik tidak biodegradable
BIODEGRADABLE POLYMERS
 Polimer
seperti polyethylene dan
polypropylene tahan di lingkungan sampai
beberapa tahun setelah pembuangan.
 Recycling
secara fisis terhadap plastik sering
tidak praktis dan tidak diinginkan
 Biodegradable
polymers mudah dirombak
secara enzimatis atau hidrolisis alami.
UNTUK APA POLIMER BIODEGRADABLE?
 Bahan
pengemas (mis, tas belanja, kemasan
makanan, karton untuk telur, dsb)
 Medik (mis alat suntik, wadah infus, dsb)
 Kosmetik
 Mainan anak,
 dsb
ADA TIGA KELOMPOK BIOPOLIMER YANG
MENJADI BAHAN DASAR DALAM PEMBUATAN
FILM KEMASAN BIODEGRADABLE

www.themegallery.com
Campuran biopolimer dengan polimer sintetis
Film jenis ini dibuat dari campuran granula pati
(5 – 20 %) dan polimer sintetis serta bahan
tambahan (prooksidan dan autooksidan). Bahan
ini memiliki nilai biodegradabilitas yang rendah
dan biofragmentasi sangat terbatas.
POLIMER MIKROBIOLOGI (POLYESTER)


www.themegallery.com

Biopolimer ini dihasilkan secara bioteknologis
atau fermentasi dengan mikroba genus
Alcaligenes .
Biopolimer jenis ini diantaranya polihidroksi
butirat (PHB), polihidroksi valerat (PHV), asam
polilaktat (polylactic acid) dan asam poliglikolat
(polyglycolic acid).
Bahan ini dapat terdegradasi secara penuh oleh
bakteri, jamur dan alga. Namun oleh karena
proses produksi bahan dasarnya yang rumit
mengakibatkan harga kemasan biodegradable ini
relatif mahal.
POLIMER
PERTANIAN
:
Biopolimer ini tidak dicampur dengan bahan
sintetis dan diperoleh secara murni dari hasil
pertanian. Polimer pertanian ini diantaranya
cellulose (bagian dari dinding sel tanaman),
cellophan, celluloseacetat, chitin (pada kulit
Crustaceae), pullulan (hasil fermentasi pati oleh
Pullularia pullulans ).
 Polimer hasil pertanian mempunyai sifat
termoplastik, sehingga mempunyai potensi
untuk dibentuk atau dicetak menjadi film
kemasan.

www.themegallery.com

www.themegallery.com
Keunggulan polimer jenis ini adalah tersedia
sepanjang tahun (renewable) dan mudah hancur
secara alami (biodegradable). Beberapa polimer
pertanian yang potensial untuk dikembangkan
adalah pati gandum, pati jagung, kentang,
casein, zein, konsentrat whey dan soy protein.
POLYHYDROXYALKANOATES
 Polyhydroxyalkanoates
(PHA) diakumulasi
sebagi granula dalam sitoplasma sel.
O
H[O C
 PHAs
 Sifat
O
(CH2)n C ] OH
adalah poliester termoplastik
dapat elastis seperti karet (rantai
panjang) dan kaku seperti plastik (rantai
pendek).
PRODUKSI PHA
Bahan Baku
Preparasi Media
Fermentasi
Sumber Karbon
Pertumbuhan Bakteri dan
akumulasi polimer
Penghancuran Sel
Pencucian
Sentrifugasi
Pengeringan
PHA
Pemurnian Polimer
POLYLACTIC ACID
 Polylactic
acid (PLA) didegradasi secara
hidrolisis dan tidak diserang mikrobia
 Serat
PLA halus seperti sutera dengan menjaga
kelembaban yang bagus.
 Kopolimer
asam laktat dan asam glikolat
digunakan dalam bidang kesehatan.
Bahan baku yang dapat digunakan dalam
pembuatan PLA adalah semua bahan yang
mengandung pati seperti singkong, ubi jalar,
jagung, dan gandum.
 Pati yang telah diperoleh diolah lebih lanjut
menjadi glukosa melalui proses hidrolisis.
Glukosa inilah yang nantinya akan difermentasi
oleh mikroorganisme seperti bakteri
Lactobacillus menjadi asam laktat sebagai
monomer.

www.themegallery.com
Selanjutnya asam laktat dipolimerisasi dengan
bantuan panas dan katalis logam menjadi PLA.
 Selain Lactobacillus, juga dikembangkan proses
fermentasi menggunakan ragi Sacharomieces
cerevisiae dan Escerecia coli.
 Keunggulan PLA adalah waktu penguraiannya
yang singkat hanya kurang lebih 2-6 minggu
serta sedikit dihasilkan residu CO2.

www.themegallery.com
METODE PEMBUATAN FILM
www.themegallery.com
A. Metode pembuatan film yang dikembangkan
oleh Isobe
 Bahan dasar (zein) dilarutkan dalam aceton dengan
air 30 % (v/v) atau etanol dengan air 20 % (v/v).
 Kemudian ditambahkan bahan pemlastik (lipida atau
gliserin), dipanaskan pada 50o c selama 10 menit.
 Selanjutnya dilakukan pencetakan pada casting
dengan menuangkan 10 ml campuran ke permukaan
plat polyethylene yang licin.
 Dibiarkan selama 5 jam pada suhu 30 sampai 45o c
dengan rh ruangan terkendali.
 Film yang terbentuk dilepas dari permukaan cetakan
(casting), dikeringkan dan disimpan pada suhu ruang
selama 24 jam
www.themegallery.com
B. Metode yang dikembangkan oleh Frinault
dengan bahan dasar (casein) menggunakan
pencetak ekstruder dengan tahap proses
terdiri dari :
1. pencampuran bahan dasar dengan
aceton/etanol- air,
2. penambahan plasticiser,
3. pencetakan dengan ekstruder kemudian
pengeringan film.
C. METODE YANG DIKEMBANGKAN YAMADA
1.
3.
4.
5.
6.
www.themegallery.com
2.
Bahan dasar (zein) dilarutkan dalam etanol 80
%.
Ditambahkan pemlastis, dipanaskan pada suhu
60 sampai 70o C selama 15 menit.
Campuran kemudian dicetak pada auto-casting
machine.
Selanjutnya dibiarkan selama 3 – 6 jam pada
suhu 35o c dengan rh ruangan 50 %.
Film kemudian dikeringkan selama 12 – 18 jam
pada suhu 30o c pada rh 50 %.
Dilanjutkan dengan conditioning dalam ruang
selama 24 jam pada suhu dan rh ambien.
BIODEGRADABILITAS
Alasan utama membuat kemasan plastik
berbahan dasar bioplimer adalah sifat
alamiahnya yang dapat hancur atau
terdegradasi dengan mudah..
 Umumnya setelah sampah kemasan dibuang ke
tanah (landfill), akan mengalami proses
penghancuran alami baik melalui proses
fotodegradasi (cahaya matahari, katalisa),
degradasi kimiawi (air, oksigen), biodegradasi
(bakteri, jamur, alga, enzim) atau degradasi
mekanik (angin, abrasi).

www.themegallery.com

www.themegallery.com
Proses-proses tersebut dapat berlansung secara
tunggal maupun kombinasi. Beberapa faktor
yang mempengaruhi tingkat biodegradabilitas
kemasan setelah kontak dengan
mikroorganisme, yakni : sifat hidrofobik, bahan
aditif, proses produksi, struktur polimer,
morfologi dan berat molekul bahan kemasan
(Griffin, 1994).
PROSES TERJADINYA BIODEGRADASI FILM
KEMASAN PADA LINGKUNGAN ALAM
Dimulai dengan tahap degradasi kimia yaitu
dengan proses oksidasi molekul, menghasilkan
polimer dengan berat molekul yang rendah.
 Proses berikutnya (secondary process)
adalah serangan mikroorganisme (bakteri,
jamur dan alga) dan aktivitas enzim
(intracellular, extracellular).

www.themegallery.com
Contoh mikroorganisme diantaranya bakteri
phototrop (Rhodospirillium, Rhodopseudomonas,
Chromatium, Thiocystis), pembentuk endospora
(Bacillus, Clostridium), gram negatif aerob
(Pseudomonas, Zoogloa, Azotobacter, Rhizobium),
Actynomycetes, Alcaligenes
 Umumnya kecepatan degradasi pada
lingkungan limbah cair anaerob lebih besar dari
pada limbah cair aerob, kemudian dalam tanah
dan air laut.

www.themegallery.com
Kendala utama yang dihadapi dalam pemasaran
kemasan ini adalah harganya yang relatif tinggi
dibandingkan film kemasan PE.
 Sebagai perbandingan untuk PHBV sekitar US$
8 – 10/lb, sedangkan untuk film PE hanya US$
0.30 – 0.45/lb.

www.themegallery.com

www.themegallery.com
Biaya produksi yang tinggi berasal dari
komponen bahan baku (sumber karbon), proses
fermentasi (isolasi dan purifikasi polimer) dan
investasi modal. Upaya untuk menekan harga
tersebut adalah menggunakan substrat dari
methanol, molasses dan hemicellulose
hydrolysate
Di Indonesia penelitian dan pengembangan
teknologi kemasan plastik biodegradable masih
sangat terbatas.
 Hal ini terjadi karena selain kemampuan sumber
daya manusia dalam penguasaan ilmu dan
teknologi bahan, juga dukungan dana penelitian
yang terbatas. Dipahami bahwa penelitian
dalam bidang ilmu dasar memerlukan waktu
lama dan dana yang besar.

www.themegallery.com
Prospek pengembangan biopolimer untuk
kemasan plastik biodegradable di Indonesia
sangat potensial.
 Alasan ini didukung oleh adanya sumber daya
alam, khususnya hasil pertanian yang melimpah
dan dapat diperoleh sepanjang tahun. Berbagai
hasil pertanian yang potensial untuk
dikembangkan menjadi biopolimer adalah
jagung, sagu, kacang kedele, kentang, tepung
tapioka, ubi kayu (nabati) dan chitin dari kulit
udang (hewani) dan lain sebagainya

www.themegallery.com
www.themegallery.com
www.themegallery.com
www.themegallery.com
www.themegallery.com
www.themegallery.com