Plastik Ramah Lingkungan

Plastik ramah lingkungan sangat diharapkan pada masa kini, terlebih dengan semakin meningkatnya beban lingkungan karena sampah, namun perkembangan plastik ramah lingkungan ini sangat lambat dalam menuju ke plastik komersial. Hal ini disebabkan oleh harganya yang masih mahal dan sifat yang agak lain dari plastik konvensional.

Meski demikian lambatnya degradasi dari plastik konvensional telah menjadi perhatian oleh banyak orang, sehingga penggunaan plastiik ramah lingkungan tetap menjadi harapan langkah-langkah perlindungan terhadap lingkungan.
Plastik ramah lingkungan sangat diharapkan pada masa kini, terlebih dengan semakin meningkatnya beban lingkungan karena sampah, namun perkembangan plastik ramah lingkungan ini sangat lambat dalam menuju ke plastik komersial. Hal ini disebabkan oleh harganya yang masih mahal dan sifat yang agak lain dari plastik konvensional. Meski demikian lambatnya degradasi dari plastik konvensional telah menjadi perhatian oleh banyak orang, sehingga penggunaan plastiik ramah lingkungan tetap menjadi harapan langkah-langkah perlindungan terhadap lingkungan

Biodegradabel yang berkembang sejak puluhan tahun lalu juga berkembang sangat lambat, namun dengan harga minyak yang semakin tinggi 145 usd per barel pada saat ini, maka harga bio plastik akan segera kompetitif dibanding plastik lainya. Kelebihan lain dari biodegradabel plastik adalah diproduksi dari sumber terbarukan dapat 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.

Banyak polimer yang disebut biodegradabel, namun pada kenyataannya polimer tersebut adalah ‘bioerodable’, ‘hydro-biodegradable’ atau ‘photo-biodegradable’. Untuk itu plastik yang ramah lingkungan dapat disimpulkan sebagai: terdegradasi karena ’biodegradable’, ’compostable’, ’hydro-biodegradable’, ’photo-biodegradable’, dan ’bioerodable’. Di pasaran jenis plastik tersebut dapat sebagai Fotodegradable Polymer, Polimer berbasis Pati, Polimer Terlarut dalam Air, Biodegradabel Poliester.


Fotodegradable Polymer

Foto degradasi pada plastik bisa disebabkan oleh ketidak beraturan dalam polimer atau ditambahkan bahan yang sensitive terhadap sinar UV atau sinar matahari. Kecepatan degradasi biasanya bertambah dengan adanya bahan tambahan ini yang disebut juga sebagai promotor. Promotor yang umum digunakan adalah dari gugus karbonil atau karbon, C, berikatan rangkap (double bonded) dengan Oksigen, O, dan logam komplek yaitu logam yang dicampurkan dengan berbagai kompon. Degradasi ini masih menyisakan pertanyaan apakah produk degradasi akan benar-benar menjadi produk non plastik atau hanya terdegradasi menjadi partikel kecil.

Bahan kopolimer yang ditambahkan untuk membantu proses fotodegradasi dapat sebagai monomer ketika proses kopolimerisasi. Komonomer yang ditambahkan biasanya yang mempunyai gugus keton dan karbonmonoksida. Bahan logam biasanya ditambahkan ketika proses sebagai aditif.

Kopolimer karbonil keton diperoleh dengan penambahan komonomer vinil keton dalam polimerisasi polietilena dan polistirena. Hasil kopolimer akan terdegradasi jika gugus karbonil mengabsorb sinar matahari. Selanjutnya hasil degradasi memerlukan bantuan mikroba untuk merubah menjadi CO2 dan air. Karena degradasi memerlukan sinar matahari langsung maka produk ini sesuai untuk penggunaan untuk film mulsa yang biasanya berakhir menjadi sampah.



Kopolimer dengan karbonmonoksida dikomersialisasikan oleh Dow chemical, Du Pont dan Union Carbide. Kopolimer yang diperoleh, biasanya dari jenis PE, kemudian dengan bantuan sinar matahari plastik akan terdegradasi.

Aditif komplek logam ditambahkan dalam plastik untuk inisiasi proses dekomposisi. Kelebihan dari aditif ini tidak terlalu tergantung pada sinar matahari. Pada kenyataannya jika plastik ini telah menerima sinar UV yang cukup, ketika ditimbun dalam tanah, plastik dapat terdegradasi. Masalah yang menjadi perhatian dari jenis aditif ini adalah kemungkinan adanya sisa logam berat yang bersifat racun setelah proses degradasi. Aditif ini dikenal dengan ‘prodegradant’ konsentrat biasanya berupa katalis berbasis komponen logam transisi seperti Co-stearat, Mn-stearat. Bahan tersebut ditambahkan dalam jumlah 1-3% dan akan menambah biaya antara 10-35% dari harga polietilena.

Polimer berbasis Pati

Penambahan pati dalam plastik diharapkan akan terjadi proses degradasi yang diawali dengan proses biologi dilanjutkan dengan foto degradasi dan terakhir biodegradasi lagi. Degradasi pati akan meninggalkan ruang kosong dalam plastik sehingga memperluas permukaan kontak antara plastik dengan logam yang ada dalam tanah. Energji dari sinar matahari bersama katalis logam dalam tanah akan merusak polimer menjadi rantai yang lebih pendek. Jika molekul telah pendek maka mikroba akan dapat mencerna polimer sebagai sumber karbon. Pati diperoleh dari produk pertanian seperti jagung, kentang, beras yang mudah dicerna oleh mikroba. Setiap pati akan memberikan produk film dengan ketebalan berbeda. Ada tiga metoda untuk menambahkan pati dalam polimer.

Pati merupakan polimer linier dari monomer glukose membentuk polisakarida dihubungkan pada posisi karbon 1-4. panjang rantai pati bervariasi tergantung sumber tanaman antara 500-2000 unit glukose. Pada dasarnya ada dua macam molekul pati yaitu amilosa dan amilopektin. Ikatan pati alfa amilosa membuat menjadi fleksibel dan dapat dicerna.

Modifikasi permukaan pati sebagai aditif, dimana dilakukan proses dengan penambahan sedikit lemak tak jenuh atau oksidator asam lemak berasal dari minyak sayur. Bahan tersebut ditambahkan kedalam campuran untuk memperbaiki kompatibilitas dengan polimer. Campuran akan dapat dicetak dengan ’injection molding’, film blowing’, dan ’blow molding’. Waktu dan kecepatan degradasi tergantung dari polimer dan ketebalan dan suasana lingkungan.

Aditif Pati tergelatinisisasi didorong oleh pemerintah Amerika Serikat untuk fil PE ko-asam akrilat (EAA) dan dalam campuran EAA dan LDPE. Pencampuran dilakukan dengan 40% pati, 60% EAA dan air. Penambahan EAA harus diperlukan untuk membuat sejumlah besar pati kompatibel dengan PE. Bahan campuran bersifat transparan dan lentur, yang berguna untuk penggunaan mulsa.

Bahan termoplastis pati, biasanya pati dengan kandungan amilosa lebih besar dari 70% yang kemudian di-gelatinisasi dengan solven spesifik. Bahan ini tidak hanya mempergunakan pati dalam jumlah besar tetapi kelarutan dalam air bertambah. Selain itu bahan ini sangat mudah dikonsumsi oleh mikroba. Pati ini dapat kurang tahan terhadap air dengan melakukan asetilisasi, esterifikasi atau eterifikasi pada gugus OH yang terkandung pada pati. Jenis ini kemungkinan dapat digunakan untuk mulsa, tas, untuk makanan binatang, pupuk dan produk yang akan terbuang di saluran air atau fasilitas pengolahan air buangan.

Campuran pati dan poliester linier dilakukan untuk memproduksi lembaran film dengan kwalitas tinggi untuk pengemas dengan proses ekstrusi dengan rol dingin atau ’blown film’. Pati 100% akan sulit untuk dijadikan film untuk itu perlu dilakukan pencampuran tersebut. Pencampuran dilakukan dengan penambahan 50% poliester sintetis yang mempunyai harga sekitar 4 usd/kg dengan pati yang berharga 1,5 usd/kg, maka ini merupakan suatu cara untuk mengurangi harga. Poliester yang dipergunakan berasal dari 1,4-butandiol dengan asam adipat atau suksinat. Plastisiser ditambahkan pada pati terlebih dahulu agar mudah dicampur, lebih lentur dan mudah diproses. Usaha untuk mencampur pati dengan biodegradabel polimer lain juga dilakukan seperti dengan PLA, PCL, PBS, PVOH.

Polimer Terlarut dalam Air

Polimer Terlarut dalam Air, dikenal pada dasarnya dari jenis polimer PVOH, polivinil alkohol dan EVOH, etilen vinil alkohol. PVOH dengan mudah terdegradasi dalam air. PVOH tidak dapat diproses secara konvensional seperti ekstrusi karena suhu leleh 230 deg dan sebelum mencapai suhu tersebut polimer ini telah terdegradasi. Pada suhu 180-190 deg sebagian molekul telah terhidrolisis dan terdekomposisi. Produk film dapat dikembangkan dengan cara ’film casting’ larutan polimer, atau dapat juga dilakukan dengan menambahkan plastisiser sehingga mudah di-ekstrusi. Diproduksi oleh Air Product, Du Pont, Kuraray Co., Nippon Gohsei untuk dipergunakan sebagai film yang punya ’oxygen barrier’ tinggi.

Biodegradabel Poliester

Poliester dapat terbuat dari senyawa linier atau aromatik mempunyai peran sebagai biodegradabel plastik karena punya potensial untuk terhidrolisis. Poliester dari aromatik yang dikenal seperti PET mempunyai sifat mekanik yang bagus dan sangat kuat terhadap serangan mikroba. Sedang poliester linier mudah terdegradasi dengan mikroba namun kurang mempunyai kekutan mekanik. Macam degradabel poliester dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Kecepatan degradasi dalam tanah untuk Poly-(3-hydroxy–butyrate-valerate) (PHB/PHV), PCL, PBS, PBSA, dan PLA telah dilakukan penelitian selama waktu 12 bulan dan setiap 3 bulan diukur berat yang hilang. Hasilnya adalah kecepatan degradasi PBSA, PHB/PHV dan PCL sama dengan kecepatan PBS dan PLA yang berturut-turut lebih rendah.

Poliester alami diperoleh dengan cara fermentasi glukose, dikenal dengan ‘polyhydroxyalkanoates’ (PHA) mempunyai dua keluarga lain yaitu polyhydroxybutyrate (PHB) and polyhydroxyvalerate (PHV). Digunakan untuk botol ‘blow injection’, plastik film, yang dikenal dengan nama Biopol™. Resin Poly-hydroxybutyrate-co-polyhydroxyhexanoates (PHBHs) juga merupakan polyester alami diperoleh juga dari aktifitas mikroba. Polimer ini dipergunakan untuk film baik dengan proses ‘casting’ atau ‘blowing’. Mempunyai potensi untuk film multi lapis, dan ‘non woven’ pengemas kertas, dengan harga sebanding dengan PVOH.

Poliester dari sumber terbarukan dikenal dengan PLA atau poli asam laktat, merupakan polyester linier alifatik yang diproduksi dari polikondensasi asam laktat yang diproduksi dari fermentasi glukosa. Pada awalnya polikondensasi akan membentuk senyawa siklis laktida, kemudian dengan ROP, ‘ring opening polymerization’ menjadi PLA. Ikatan ester dari PLA sangat sensitive untuk hidrolisis kimia atau enzimatik. PLA sering dipergunakan dengan mencampur pati agar dapat menurunkan harga, untuk itu ditambahkan plastisiser seperti gliserin, sorbitol, atau trietilsitrat. PLA tidak memerlukan ijin untuk kontak dengan makanan karena berasal dari produk fermentasi. Diproduksi oleh Cargill Dow LLC, Shimazu dan Mitsui Toatsu. Resin digunakan untuk gelas minum, nampan pada restoran cepat saji, mulsa, mempunyai potesial untuk menggantikan PET dan PS.

PlA terdegradasi pada suhu diatas 60 deg, diawali dengan proses hidrolisis sehingga PLA terlarut dalam air atau menjadi asam laktat, proses ini membutuhkan waktu 2 minggu. Kemudian diikuti dengan metabolisasi dengan cepat menjadi gas CO2 dan air dengan bantuan mikroba. PLA tidak mengalami biodegradasi pada suhu kurang dari 60 deg, atau pada suhu gelasnya, sedang suhu pengomposan dialam biasanya terjadi pada suhu 70 deg.

Poliester sintetis alifatis biodegradabel dikenal dengan PCL polikaprolakton. PCL dibuat monomer e-caprolactone dengan proses ROP, produk mempunyai suhu leleh 58-60 deg, mempunyai viskositas yang rendah dan mudah diproses. Dipergunakan dengan mencampurkan pati jagung dengan maksud untuk menurunkan harga. PCL tanpa aditif dapat terdegradasi selama 6 minggu dalam proses lumpur aktif. Penambahan aditif akan memperkuat sifat mekanik namun kurang cepat untuk terdegradasi. Degradasi PCL terjadi cepat didalam air laut dibanding suasana ‘buffer’. Pada suasana air laut PCL terdekomposisi seluruhnya setelah 8 bulan, sedang pada suasana air garam pada waktu yang sama hanya kehilangan berat 20%. Diproduksi oleh Union Carbide, Solvay dan Daicel Chemical Industry, digunakan untuk nampan busa, pengisi, tas film.



Poliester sintetis alifatis biodegradabel lain adalah PBS, polibutilen suksinat, mempunyai sifat seperti halnya PET. Sering dicampur dengan pati dan kopolimer adipat membentuk PBS-A dengan tujuan lebih ekonomis. Dibuat oleh Showa Highpolymer, dan SK Polymer. Mempunyai kekuatan mekanik bagus, dapat diproses dengan teknik konvensional, digunakan untuk film mulsa, tas dan benda yang dapat dimasukkan dalam limbah air. Degradasi diawali dengan hidrolisis yang memutuskan ikatan ester dan menurunkan berat molekul dan selanjutnya diikuti dengan degradasi karena aktifitas mikroba. Data dari SK chemical produsen PBS, kecepatan degradasi adalah 50% setelah waktu 1 bulan untuk film dengan ketebalan 40 mikron dalam tanah.

Alifatik Aromatik Kopoliester, merupakan kombinasi antara poliester alifatik yang mudah terdegradasi dan Aromatik poliester yang mempunyai kekuatan mekanik. Untuk mengurangi harga plastik dilakukan pencampuran dengan pati sebagai ’filler’. Polimer ini merupakan jawaban dari kebutuhan polimer yang dapat terdegradasi dan mempunyai kekuatan seperti PE. Dikembangkan oleh BASF dengan nama Ecoflex™, dan Eastman dengan nama Eastar Bio™. Produk mempunyai sifat seperti PE, dapat sebagai ’cling film’ transparan, fleksibel, dan anti kabut. Digunakan untuk pengemas film untuk makanan, buah dan sayuran. Terdegradasi sempurna setelah 12 bulan, tergantung dari kelembaban, suhu, luas permukaan dan metoda pembuatan.

Modifikasi PET, polietilen tereftalat, yang mengandung komonomer seperti eter, amida atau monomer alifatik, diharapkan akan memberikan ikatan yang lemah sehingga mudah terhidrolisis dan kemudian terdegradasi dengan mikroba. Macam modifikasi PET adalah PBAT, polibutilen adipat/tereftalat, dan PMAT, politetrametilen adipat/tereftalat. Dikembangkan oleh Du Pont dengan nama Biomax™. Kecepatan degradasi dapat dilakukan dengan mengatur jenis dan jumlah monomer yang akan digunakan.


Daftar Pustaka:

NOLAN-ITU Pty Ltd, Environment Australia, Biodegradable Plastics –Developments and Environmental Impacts, 2002.

Garthe, J. W., Kowal P., D., C17, The Chemical Composition of Degradable Plastics, College of Agricultural Sciences, The Pennsylvania State University.

- 15 Januari 2009


Sumber :
http://www.sentrapolimer.com/index.php?option=com_content&task=view&id=33&Itemid=1
17 September 2009