karakterisasi kemasan kertas berbasis komposit ramah
TRANSCRIPT
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT
RAMAH LINGKUNGAN DARI CAMPURAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) DAN KANJI
Disusun oleh:
RYO MAYTANA
M0212067
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2019
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul
“KARAKTERISISASI KEMASAN KERTAS BERBASIS KOMPOSIT RAMAH
LINGKUNGAN DARI CAMPURAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) DAN
KANJI” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi
tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi
yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas
Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka
Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian
ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas
tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 3 Januari 2019
Ryo Maytana
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
MOTTO
“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau
sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu.”
(Q.S Al Insyirah : 6-8)
“The one who follows the crowd will usually get no further than the crowd.
The one who walks alone, is likely to find himself in places no one has
ever been before”
Albert Einstein
“Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan ?”
(QS. Ar-Rahman: 13)
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
Karakterisasi Kemasan Kertas Berbasis Komposit Ramah Lingkungan dari
Campuran Polyvinyl Alcohol (PVA) dan Kanji
RYO MAYTANA
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang karakteristik kemasan kertas berbasis
komposit ramah lingkungan dari campuran polyvinyl alcohol (PVA) dan kanji.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui proses pengolahan kanji
singkong dan pencampurannya dengan bahan polimer polyvinyl alcohol, sehingga
dapat dihasilkan lapisan kertas kemasan, mengetahui pengaruh penambahan
polyvinyl alcohol pada sifat kanji singkong yang meliputi sifat perintang uap air dan
minyak, sifat biodegradable serta sifat mekanik dari lapisan komposit kanji
singkong/polyvinyl alcohol yang terbentuk. Komposit dibuat dengan metode
solvent casting dengan mencampurkan PVA dengan kanji dimana campuran
PVA/kanji di variasi pada konsentrasi 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70%
dan 90% b/b. Hasil uji payne cup analysis (water vapor transmision rate (WVTR))
menunjukkan sifat perintang uap air dari komposit tersebut semakin meningkat
dengan peningkatan konsentrasi PVA, seperti yang ditunjukkan pada konsentrasi
PVA 0% b/b (kanji saja) dengan nilai WVTR sebesar 853,33 gram/m2hari menurun
menjadi 485,33 gram/m2hari saat konsentrasi PVA 90% b/b. Komposit yang
dihasilkan memiliki sifat perintang minyak yang sangat baik yang ditunjukkan
dengan tidak adanya minyak yang dapat melewati lapisan. Uji biodegradable
menunjukkan laju biodegradable menurun seiring dengan penambahan konsentrasi
PVA, seperti ditunjukkan oleh penurunan massa komposit selama 4 minggu sebesar
21,621% ketika di tambahkan PVA sebesar 90 % b/b, sementara penurunan massa
tanpa PVA (kanji saja) adalah sebesar 56,41%. Penambahan PVA 90% b/b pada
komposit kanji/PVA merubah modulus young sebesar 24,267 MPa dari 26,667 MPa
menjadi 2,4 MPa, yield strength sebesar 6,2 MPa dari 15,8 MPa menjadi 22 MPa
dan tensile strength sebesar 4,6821 MPa dari 32,8473 MPa menjadi 28,1652 MPa.
Kata kunci: polyvinyl alcohol, kanji, biodegradasi, sifat perintang uap air dan
minyak, sifat mekanik.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
Characterization of Environmentally Friendly Composite Based Paper
Packaging from Polyvinyl Alcohol (PVA) and Starch
RYO MAYTANA
Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The research about characterization of environmentally friendly composite
based paper packaging from polyvinyl alcohol (PVA) and starch has been done in
the present studies. The purpose of this research was to determine starch processing
and when mixing with PVA, to produce packaging based paper coating, to find out
the effect of PVA on starch properties. These included water vapor and oil barier,
biodegredation rate and mechanic properties. The composites were prepared by
solvent casting method by mixing PVA with starch. The composition of starch/PVA
mixture was 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70% and 90% w/w. Payne cup
analysis (water vapor transmission rate (WVTR)) showed that the water vapor
barrier properties increased with the increase of PVA concentrations, as shown by
the WVTR value was 853,33 g/m2 day when starch only ( 0% PVA), and the
WVTR was 485,33 g/m2 day when PVA concentration was 90% w/w. The
composites showed very good grease resistances as indicated by oil pass through
the composites. The biodegradable test showed that the biodegradable rate
decreased with the increase of PVA concentration. As shown by the mass loss after
4 weeks was 21,621% when PVA 90% w/w was presence while the mass loss was
56,41% when no PVA was presences. The incorporation of PVA 90% w/w changed
young modulus 24,267 MPa from 26,667 MPa to 2,4 MPa, yield strength 6,2 MPa
from 15,8 MPa to 22 MPa, and tensile strength 4,6821 MPa from 32,8473 MPa to
28,1652 MPa.
Keywords: polyvinyl alcohol, starch, water barier properties, grease resistence,
mechanical properties.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
KATA PENGANTAR
Assalamuallaikum Wr. Wb.
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Karakterisasi
Kemasan Kertas Berbasis Komposit Ramah Lingkungan dari Campuran Polyvinyl
Alcohol (PVA) dan Kanji” yang merupakan salah satu persyaratan memperoleh
gelar sarjana Sains. Dengan segala suka dukanya, pada akhirnya skripsi ini dapat
terselesaikan. Penulis secara khusus menyampaikan ucapan terimakasih kepada
seluruh pihak yang telah membantu dan memberi motivasi dalam penulisan skripsi
ini baik secara langsung maupun tidak langsung, oleh sebab itu penulis ingin
mengungkapkan rasa terima kasih kepada:
1. Ayah, Ibu dan adik Bela Fitriana atas kasih sayang dan didikan selama ini.
Bagi penulis keluarga adalah harta paling berharga yang penulis miliki.
2. Bapak Khairuddin, S.Si., M.Phil., Ph.D, selaku pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, motivasi, saran dan mengingatkan penulis selama
penelitian dan penyusunan skripsi.
3. Bapak Chandra Purnawan, S.Si, M.Sc. selaku pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan dan arahan yang baik, motivasi dan saran yang
bermanfaat.
4. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si, M.Si. selaku pembimbing akademik
yang telah memberikan bimbingan dan arahan serta motivasi selama
penelitian dan penyusunan skripsi.
5. Ibu Dr. Yofentina Iriani, S.Si.,M.Si. selaku komisi yang selalu memberikan
motivasi, bimbingan dan arahan agar segera menyelasikan studi S1.
6. Teman - teman seperjuangan grup polimer: Imam, Mbak Tina, Diani, Resti,
Desi, Silvi, Dzaki, Juna yang bersama-sama berdiskusi dan bertukar
informasi.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
7. Ega, Elsa (Pras), Gesit, Farizky, Slamet, Imam, R. Kusuma, Susi yang selalu
memberikan motivasi untuk segera menyelesaikan studi S1.
8. Seluruh keluarga FISIKA MIPA UNS khususnya angkatan 2012 (CFC) atas
kekompakan serta menjadi keluarga baru bagi penulis.
9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu oleh penulis yang turut
membantu baik langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian karya
ini.
Semoga Allah SWT senantiasa membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah
diberikan dengan balasan yang lebih baik.
Penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan
bagi pembaca pada umumnya.
Wassalamuallaikum Wr. Wb
Surakarta, 3 Januari 2019
Penulis
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya dengan judul “Karakterisasi Kemasan Kertas Berbasis
Komposit Ramah Lingkungan dari Campuran Polyvinyl Alcohol (PVA) dan Kanji”
telah dipublikasikan pada repository digilib Universitas Seblas Maret.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iii
HALAMAN PERNYATAAN .......................................................................... iv
HALAMAN MOTTO ...................................................................................... v
HALAMAN ABSTRAK .................................................................................. vi
HALAMAN ABSTRACT ................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii
HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ x
DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv
DAFTAR SIMBOL .......................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................... 1
1.2. Batasan Masalah ............................................................................ 3
1.3. Perumusan Masalah ....................................................................... 3
1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 4
1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 5
2.1. Kanji ............................................................................................... 5
2.2. Karakteristik Kanji ......................................................................... 6
2.3. Polyvinyl Alcohol ........................................................................... 7
2.4. Kanji Polyvinyl Alcohol (PVA) Nanokomposit ............................. 8
2.5. Interaksi Kemasan Dengan Lingkungan ........................................ 9
2.6. Teori Perembesan .......................................................................... 11
2.7. Karakteristik Sifat Perintang Uap Air (WVTR) ............................ 14
2.8. Uji Tarik Bahan ............................................................................. 16
2.9. Plastik Biodegredable .................................................................... 19
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 21
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 21
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................. 21
3.2.1. Alat Penelitian ....................................................................... 21
3.2.2. Bahan Penelitian .................................................................... 22
3.3. Metode Penelitian ............................................................................. 22
3.3.1. Penentuan Proses Pemasakan Kanji ....................................... 25
3.3.1.1. Penentuan Waktu Pemasakan ................................... 25
3.3.1.2. Penentuan Suhu Pemasakan ..................................... 25
3.3.2. Pembuatan Larutan Kanji Singkong + PVA ........................... 25
3.3.3. Proses Pengolahan Campuran Larutan .................................. 26
3.3.4. Pembuatan Lapisan ................................................................. 26
3.3.5. Karakterisasi .......................................................................... 26
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
3.3.5.1. Uji Water Vapor Transmitter Rate (WVTR) ............ 27
3.3.5.2 Uji Biodegradable Plastik .......................................... 27
3.3.5.3 Mechanical Properties (Uji Sifat Mekanik) .............. 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 28
4.1. Sifat Perintang Uap Air Kanji Singkong ......................................... 29
4.2. Sifat Perintang Uap Air Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA) .................................................................................. 33
4.3. Uji Sifat Perintang Minyak .............................................................. 36
4.4. Uji Biodegradable Lapisan Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA) ................................................................................. 37
4.5. Uji Mekanik .................................................................................... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 46
5.1. Kesimpulan....................................................................................... 46
5.2. Saran ................................................................................................. 47
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 48
LAMPIRAN ....................................................................................................... 51
1. Alat dan Bahan ................................................................................... 51
2. Data Uji WVTR Kanji Variasi Waktu ................................................ 52
3. Data Uji WVTR Kanji Variasi Suhu ................................................. 53
4. Data Uji WVTR Variasi Konsentrasi PVA ........................................ 53
5. Data Uji Biodegredable ...................................................................... 55
6. Data Uji Mekanik .............................................................................. 56
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur kimia kanji (a) amilosa dan (b) amilopektin .................... 5
Gambar 2.2. Proses Gelatinisasi Kanji ............................................................. 6
Gambar 2.3. Reaksi kimia pembentukan polyvinyl alcohol (PVA) .................... 7
Gambar 2.4. Struktur molekul Polyvinyl alcohol (PVA) dimana R adalah H atau
COCH3 .......................................................................................... 8
Gambar 2.5. Proses difusi pada bahan kemasan ................................................. 9
Gambar 2.6. Mekanisme interaksi dalam plastik kemasan ................................. 13
Gambar 2.7. Relatif permeabilitas dari beberapa material penembus ................ 14
Gambar 2.8. Koefisien solubilitas pada suhu 350 °C dari beberapa material
penembus ...................................................................................... 15
Gambar 2.9. Efek ukuran penembus pada koefisien difusi. ............................... 15
Gambar 2.10. Kurva tegangan – regangan (stress - strain) ............................... 18
Gambar 3.1. Diagram alir proses penentuan suhu & waktu pengolahan kanji .. 23
Gambar 3.2. Diagram alir proses pengolahan komposit kanji + PVA .............. 24
Gambar 4.1. Grafik peyerapan uap air kanji singkong dengan suhu pemasakan
95°C variasi waktu 30, 60 dan 80 menit. ....................................... 30
Gambar 4.2. Grafik penyerapan uap air pengolahan kanji singkong dengan waktu
pemasakan 60 menit dan variasi suhu 60,70 dan 80°C.................. 31
Gambar 4.3. Grafik Penyerapan uap air komposisi kanji singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA). .............................................................................. 33
Gambar 4.4. Grafik Pengaruh penambahan konsentrasi Polyvinyl Alcohol
terhadap nilai WVTR ..................................................................... 35
Gambar 4.5. Grafik Penurunan Massa komposit kanji singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA) dengan penkondisian 20 ml EM4. ........................ 38
Gambar 4.6. Grafik Penurunan Massa komposit kanji singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA) dengan penkondisian 40 ml EM4. ........................ 40
Gambar 4.7. Diagram Perbandingan Rata – Rata Nilai Kuat Tarik (tensile
strength) Terhadap Variasi Konsentrasi Komposit Kanji Singkong
dan PVA. ........................................................................................ 43
Gambar 4.8. Diagram perbandingan rataan nilai elongation terhadap variasi
konsentrasi kanji singkong dan PVA ............................................. 43
Gambar 4.9. Diagram perbandingan nilai yield point terhadap variasi komposit
kanji singkong dan PVA ................................................................ 44
Gambar 4.10.Diagram perbandingan Nilai modulus young terhadap variasi
komposit kanji singkong dan PVA ................................................ 45
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Perbandingan pencampuran konsentrasi kanji dan PVA ................... 26
Tabel 4.1. Presentase variasi konsentrasi kanji dan PVA ................................... 28
Tabel 4.2. Nilai WVTR lapisan kanji singkong dengan suhu pemasakan 95°C
variasi waktu .................................................................................. 30
Tabel 4.3. Nilai WVTR kanji singkong variasi suhu dan pemasakan selama 60
menit .............................................................................................. 32
Tabel 4.4. Nilai WVTR komposit Kanji singkong – Polyvinyl Alcohol (PVA) . 34
Tabel 4.5. Nilai sifat perintang minyak ............................................................... 36
Tabel 4.6. Tabel Presentase Penurunan massa setelah 4 minggu komposit Kanji
Singkong dan Polyvinyl Alcohol (PVA) EM4 20 ml ..................... 39
Tabel 4.7. Tabel Presentase Penurunan massa setelah 4 minggu komposit Kanji
Singkong dan Polyvinyl Alcohol (PVA) EM4 40 ml ..................... 40
Tabel 4.8. Tabel Hasil Uji Tarik Bahan Komposit Kanji Singkong dan Polyvinyl
Alcohol (PVA) dengan variasi konsentrasi .................................... 42
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xv
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
𝜎 Tegangan N/m2
A Luas penampang benda bekerja m2
m Pertambahan berat dalam waktu satu jam Mg
s Luas permukaan cm2
t Waktu Menit
𝜀 Regangan
E Energi Joule
h Konstanta Plank J.s
c Konsentrasi mol/cm3
𝑣 Frekuensi Hz
d Jarak antar kisi Å
𝜃 Sudut difraksi Derajat
D Difusivitas cm2/s
p Tekanan Atm
S Koefisien Solubilitas Mol/cm3atm
F Laju difusi Mol/cm2.s
q Jumlah aliran penembus Mol
n Orde difraksi
l Ketebalan m2
L0 Panjang awal M
L Panjang setelah di kenai beban M
Wi Berat kering awal sebelum degradasi gram
Wf Berat kering akhit setelah degradasi gram
ξ Koefisien aktivitas
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Alat dan Bahan ............................................................................... 51
Lampiran 2. Data Uji WVTR Kanji Variasi Waktu ........................................... 52
Lampiran 3. Data Uji WVTR Kanji Variasi Suhu ............................................. 53
Lampiran 4. Data Uji WVTR Variasi Konsentrasi PVA ................................... 53
Lampiran 5. Data Uji Biodegredable ................................................................. 55
Lampiran 6. Data Uji Mekanik ......................................................................... 56