HMTKTT FTI UII

Ditulis oleh: Syah Johan A. Nasiri

Sumber: Majalah Sentra POLIMER, Tahun VII nomor 27

Polimer biodegradable telah berkembang lebih dari 10 tahun lalu, dan perkembangan kearah plastik komersial sangat lambat. Hal ini disebabkan umumnya krena harga mahal dan sifat agak lain ari plastik konvensional. Namun dengan harga minyak yang semakin tinggi, yang berkisar sekitar 140 USD per barel maka harga bioplastik akan segera menjadi kompetitif dibanding plastik lainnya. Kelebihan lain dari biodegradable plastik adalah diproduksi dari sumber terbarukan bukan dari minyak dan mempunyai sifat degradable secara alami. Komisi eropa untuk studi teknologi prospektif menyimpulkan kebutuhan plastik ini akan mencapai 1-2% dari pasar polimer keseluruhan hingga tahun 2010 dan menjadi 5% ditahun 2020.

Pengemas makanan merupakan kebanyakan penggunaan dari biodegradable plastik. Dalam bentuk film dan bentuk foam digunakan untuk pengemas daging, produk susu, atau roti. Dapat juga digunakan dalam bentuk botol dan cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus dan minuman lainnya. Piring, mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan penggunaan lain dari jenis plastik ini.

Polylactic acid (PLA) merupakan salah satu jenis polyester alifatik, yang diperoleh dari asam laktat dari sumber yang terbarukan seperti gula, pati-patian, selulosa dan gliserin sisa biodiesel. Jenis polimer ini mempunyai potensi untuk dapat berkembang pada saat ini. Sifat mekanik, barier, fisik, dan kimia mempunyai kombinasi cocok untuk digunakan sebagai bahan sekali pakai atau sebagai pengemas makanan. PLA diharapkan dapat menggantikan plastik konvensional karena mempunyai emisi gas CO2 lebih rendah sehingga mengurangi pemanasan global. PLA sering dicampur dengan pati-patian untuk menambah sifat biodegradable dan menurunkan harga. Namun campuran ini menjadi mudah pecah, untuk itu ditambahkan plastisiser seperti gliserin, atau sorbitol agar lebih lentur. Selain itu dapat pula dilakukan pencampuran dengan polyester degradable untuk menggantikan plastisiser.

ASAM LAKTAT

Asam laktat atau 2-hydroxypropanoic acid, juga dikenal dengan asam susu, merupakan bahan kimia yang diperoleh dari proses kimia. Bahan ini ditemukan oleh Carl Wilhem Scheele, tahun 1780, merupakan asam karboksilat dengan formula kimia C3H6O3, mempunyai hidroksil dekat dengan gugus karboksil membentuk Alfa Asam Hidroksi (AHA). Di dalam larutan air, material ini dapat kehilangan proton dari gugus asam menjadi ion laktat CH3CH(OH)COO-, larut dalam air atau etanol dan bersifat higroskopis. Asam laktat merupakan kiral dan mempunyai dua isomer optik, salah satunya sebagai L-(+)-asam laktat atau (S)-asam laktat, dan yang lain adalah D-(-)-asam laktat atau (R)-asam laktat. L-(+)asam laktat merupakan isomer biologi yang penting.


Dalam skala industri, fermentasi asam laktat diperoleh diantaranya dengan bantuan bakteri lactobacillus. Bakteri ini ada dalam mulut manusia, dimana asam yang terbentuk menyebabkan gigi rusak atau dikenal dengan karies. Asam laktat dapat diperoleh dari laktosa atau gula susu dengan bantuan Bacillus acidilact. Karbohidrat non susu seperti jagung, kentang dan molasses dapat dirubah menjadi asam laktat dengan fermentasi mempergunakan Lactobacillus delbueckii atau Lactobacillus bulgarikus. Dua molekul asam laktat dapat di-dehidrasi menjadi laktida merupakan siklis laktone. Dengan bantuan katalis dapat terpolimerisasi menjadi heterotactic atau syndiotactic biodegradable yang berguna untuk bidang kedokteran.

POLIMERISASI

Polylactic Acid (PLA) merupakan poliester alifatik linear yang diperoleh dari asam laktat yang diproduksi secara alami. Asam laktat kemudian mengalami polikondensasi menjadi laktida dan selanjutnya dengan katalis terjadi dimerisasi untuk membentuk monomer laktida siklis. Air yang terbentuk harus dipisahkan sebelum dilakukan polomerisasi. PLA dengan berat molekul tinggi dilakukan dengan ring opening dari laktida menggunakan katalis umumnya SN-oktoat. Untuk skala laboratorium dipergunakan katalis Sn-Cl2, dengan kelebihan tidak memproduksi tambahan air dan diperoleh berbagai berat molekul yang mempermudah penelitian.

The skeletal formula of polylactic acid

Ring-opening polymerization of lactide to polylactide

Polimerisasi campuran dari L- dan D-laktida biasanya akan menghasilkan poli-D-laktida (PDLLA) yang lebih amorp dan kristalin. Dengan katalis stereospesifik dapat diperoleh heterotaktik PLA yang memberikan sifat kristalin. Derajat kristalinitas merupakan sifat yang penting, dan dapat diperoleh dengan mengatur rasio enansiomer D dan L. Oleh karena sifat kiral dari asam laktat ini maka dikenal pula bentuk poli-L-laktida (PLLA) yang diperoleh dari polimerisasi L,L-laktida. PLLA mempunyai kristalitas 37%, suhu gelas transisi antara 50-80 deg dan suhu leleh antara 173-178 deg. Suhu leleh dari PLLA dapat dinaikan lebih dari 40-50 deg dan HDT dapat dinaikan 60 deg menjadi 190 deg dengan cara pencampuran polimer dengan PDLA. PDLA dan PLLA membentuk stereo komplek regular dengan meningkatkan kristalitas. Suhu tabilitas dapat dimaksimumkan jika campuran 50:50, walaupun dengan konsentrasi PDLA 3-10% akan diperoleh perbaikan. Sejumlah kecil PDLA dapat bertindak sebagai nucleating agent sehingga meningkatkan jumlah kristalitas. Biodegradasi dari PDLA lebih lambat disbanding PLA karena tingginya kristalitas PDLA. Selanjutnya PDLA mempunyai kelebihan lain yaitu sifat optik yang transparan.

Stereo komplek dari campuran PDLA dan PLLA mempunyai banyak manfaat, seperti baju yang dapat di setrika, nampan untuk microwave, pengemas untuk pengisian bahan-bahan panas, bahkan dapat dipergunakan sebagai plastik engineering jika dicampur dengan ABS. Campuran dengan ABS dapat memperoleh plastik dengan dimensi stabil dan transparan, sehingga dapat digunakan sebagai pengemas makanan murah. Proses bioteknologi dapat memperoleh bentuk D(-) secara komersial yang selama ini sulit diperoleh. Dibidang kedokteran PLA dapat dipergunakan sebagai suture atau benag jahit operasi, stent untuk jantung koroner, media dialysis, alat pengukur distribusi obat (slow release) dan juga untuk tisu engineering karena dapat diadsorb oleh tubuh.

Kelebihan dan kekurangan PLA

PLA dapat terdegradasi dengan cara terkompos pada kondisi pembuangan sampah (sanitary land fill) pada suhu 60 deg atau lebih. Pada tahap pertama PLA terdegradasi melalui proses hidrolisis selama 2 minggu sehingga menjadi komponen terlarut dalam air. Pada tahap kedua dengan bantuan mikroba, terjadi metabolism secara cepat atau pengomposan, menjadi gas CO2, air dan biomassa. Proses biodegradasi akan lebih cepat terjadi diatas suhu gelas transisi PLA 60 deg, dimana pada suhu tersebut plastik melunak dan memudahkan berinteraksi dengan sekelilingnya. Proses pengomposan sampah organic dengan bantuan mikroba termifilik, biasanya berlangsung pada suhu 70 deg.

Pada umumnya PLA dipergunakan untuk menggantikan bahan yang transparan dengan densitas dan harga tinggi. Bahan plastik yang digantikan dari jenis PET (1.4 g/cc, 1.4 USD/kg), PVC lentur (1.3 g/cc, 1 USD/kg) dan selofan film. Dibanding PP (0.9 g/cc, 0.7 USD/kg) dan HIPS (1.05 g/cc, 1 USD/kg), PLA dapat dikatakan kurang menguntungkan, namun mempunyai kelebihan lain yaitu ramah lingkungan. PP dan HIPS berasal dari minyak bumi dan jika dibakar akan menimbulkan efek pemanasan global.

Kelebihan PLA jenis BOPLA (bioriented PLA atau bentuk stretch dua arah) dimana twist dan deadfold mirip seperti selofan dan PVC, karena BOPLA mempunyai barier yang bagus untuk menahan aroma, bau, molekul solven dan lemak sebanding dengan PET atau nilon 6. Sebagai bahan polar PLA mempunyai tegangan permukaan 38 dynes/cm2 sehingga mudah untuk di-print dengan bernagai tinta tanpa proses ‘lame dan corona’ seperti halnya BOPP atau film yang lain. PLA merupakan penyekat yang bagus dengan suhu gelas Tg 55-65 dge, inisiasi sealing bias mulai pada suhu 80 deg sama dengan sealant dari 18% EVA. Gabungan antara kemudahan untuk di-seal dan tingginya berier untuk aroma dan bau maka PLA dapat digunakan sebagai lapisan paling dalam untuk pengemas makanan.

Kekurangan dari PLA adalah densitas lebih tinggi (1.25 g/cc) disbanding PP dan PS dan mempunyai polaritas yang lebih tinggi sehingga sulit direkatkan dengan PE dan PP yang non polar dalam system film multi lapis. PP mempunyai densitas 0.9 g/cc, harga 0.7 USD/kg dan HIPS mempunyai densitas 1.05 g.cc dan harga 1 USD/kg. PLA jugamempunyai ketahanan panas, moisture dan gas barier kurang bagus disbanding PET. Hal lain yang paling penting adalah harga yang masih tinggi yaitu 2.6 USD/kg. usaha untuk menurunkan harga dilakukan oleh Cargill Dow hingga 2 USD/kg supaya kompetitif. Sifat barier terhadap uap air, oksigen dan CO2 lebih rendah disbanding PET, PP atau PVC. Untuk lebih lengkap, selanjutnya lihat table 2. Perbaikan sifat barier dapat dilakukan dengan system laminasi dengan jenis film lain seperti PE, PVOH, Alufoil, Nanopartikel dan lainnya.

Untuk memperbaiki kekurangan sifat keuletan dari PLA dapat dilakukan dengan penambahan aditif BPM untuk memodifikasi sifat impak seperti yang disarankan oleh Rohm and Haas.

Sumber:

Plastic Technology, www.PTOnline.com
http://en.wikipwdia.org/wiki/Polylactide
Environment Australia, Biodegradable Plastic – Developments and Enviromental Impacts, NOLAN-ITU Pty Ltd, October, 2002.
http://en.wikipwdia.org/wiki