POLIMER PENGETAHUAN BAHAN AGROINDUSTRI (TIN250) Oleh: Tim Pengajar MK PBA Erliza Hambali, E. Gumbira Sa’id, Titi C. Sunarti, Ono Suparno Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor 2011

DEFINISI Polimer: senyawa yang disusun oleh molekul-molekul yang dicirikan oleh pengulangan berlipat ganda dari satu atau lebih jenis atom atau grup atom (biasa disebut unit penyusun)  memberikan seperangkat sifat yang tidak bervariasi oleh penambahan satu atau beberapa unit penyusunnya Polimer Alami = Biopolimer = Polimer Organik: Polimer yang dihasilkan atau diturunkan dari sumber daya alam yang dapat diperbarui, dapat diuraikan dan tidak menghasilkan racun Sumber : http://books.biopolymer.net/

Aplikasi Polimer Industri kemasan (plastik) Sandang (rayon, nilon, tekstil) Mekanis & elektronika (elastomer) Makanan (bahan tambahan, bahan pengawet, perasa) Farmasi (bahan tambahan, kemasan/ kapsul)

KETERTARIKAN INDUSTRI BIOPOLIMER Sumber daya alam yang tak terbatas Bio-compatible and biodegradable (dapat diuraikan) Mempunyai sifat mekanis yang baik Telah dirancang dan yang dioptimalkan secara alami untuk memenuhi suatu tugas tertentu Mudah untuk membuat turunannya dengan sifat seperti yang diinginkan

KATEGORI POLIMER ALAMI Starch Rubber Khitosan Cellulose Protein Lignin

Potensi bahan baku polimer dari sumberdaya terbarukan di Indonesia (1) Glikan/karbohidrat Selulosa Pati dan glikogen Khitin dan khitosan (2) Protein Kolagen Kasein Keratin (3) Gliserida Lesitin Sorbitan dan polisorbat (4) Polimer alami lainnya Karet Lignin Resin dan gum

Karet (Rubber)

Karet (Rubber) Nama lain: elastomer Karet dapat direnggangkan dan dapat kembali seperti bentuk semula Beberapa polimer yang termasuk dalam elastomer: polyisoprene atau natural rubber (polimer alami) polybutadiene polyisobutylene polyurethanes Polimer sintetik http://www.o2.org/ideas/cases/biopolymers.html

Polyisoprene - Natural Rubber Poliisoprena atau karet alami: salah satu polimer alami yang paling terkenal Bahan ini dapat dimanfaatkan untuk membuat sepatu boot tahan air, ban, peluru/bola, bola basket, dll.

Penyadapan getah karet Kebun karet Penyadapan getah karet

PERKEMBANGAN INDUSTRI PENGOLAHAN KARET DI INDONESIA Pada awal pengusahaannya, petani karet menghasilkan jenis produk karet konvensional, yakni Ribbed Smoked Sheet (RSS), berupa karet lembaran tipis yang diasap Unit-unit pengolahan mulai dari penggilingan sampai dengan rumah asap berada di sekitar lokasi kebun petani dan dilakukan sendiri oleh petani atau petani secara berkelompok Pola produksi seperti ini mendorong petani, baik secara individu maupun kelompok, mengintegrasikan usahataninya dengan unit pengolahan pada skala kecil Pada tingkat petani, bentuk produk karet yang diperdagangkan sudah dalam bentuk komoditas primer, yakni pada umumnya dalam bentuk RSS (produk setengah jadi relatif tahan simpan). A

A Pemerintah mulai mengintroduksi dan mendorong tumbuhnya industri karet remah (crumb rubber) yang merupakan jenis karet spesifik secara teknis (technically specified rubber) Jenis produk karet remah Indonesia disebut Standard Indonesian Rubber (SIR). Jenis mutu SIR : (1) karet kualitas tinggi (high grades)  SIR 3 L, SIR 3CV dan SIR 3WF yang dibuat dari bahan olah lateks di perkebunan besar (2) mutu rendah (low grades)  SIR 10 dan SIR 20 yang dibuat dari bahan olah karet yang membeku secara alami yang umumnya dihasilkan dari perkebunan rakyat Pusat-pusat pengolahan karet remah yang menggunakan bahan olah karet rakyat dibangun dengan kapasitas yang besar dan umumnya berada di sekitar kota besar (ibu kota provinsi atau kabupaten)

Tidak terddapat kotoran Tidak terdapat kotoran SPESIFIKASI PERSYARATAN MUTU BAHAN OLAH KARET (BOKAR), SNI 06-2047-1998 No Jenis Uji Satuan Persyaratan Lateks Kebun Sit Slab Lump 1 Karet kering (K) (min) Mutu I Mutu II % 28 20 - 2 Ketebalan (T) (maks) Mutu III mm 3 5 10 50 100 150 Kebersihan (B) Tidak terddapat kotoran Tidak terdapat kotoran 4 Koagulan Asam semut Asam semut/ alamiah Alamiah

SKEMA STANDAR INDONESIAN RUBBER (SIR) 1988 Surat Keputusan Menteri Perdagangan No. 184/Kp/VI/88 Tanggal 25 Juni 1988 SKEMA SIR 3CV SIR 3L SIR 3WF SIR 5 SIR 10 SIR 20 Lateks Koagulum Lateks Tipis lapangan Lapangan Spesifikasi Kadar kotoran, % maks (b/b) 0.03 0.05 0.10 0.20 Kadar abu, % maks (b/b) 0.50 .0.50 0.75 1.00 Kadar zat menguap, % maks (b/b) 0.80 Nitrogen, (%) maks (b/b) 0.60 Plastisitas awal (Po), min 30 Plastisity Retention Indeks (PRI), min 60 75 70 50 Uji kemantapan viskositas/ASHT (satuan Wallace maks.) 8 - Viskositas Money ML(1 + 4’) 100oC) *) Warna (lovibond) 6.0 Cure **) Warna lambang Hijau Hijau bergaris coklat Coklat Merah Warna pembungkus plastik Trasnsparan Transparan Warna pita plastik Jingga Putih susu Tebal plastik pembungkus (mm) 0,03  0,01 Titik leleh plastik pembungkus bandela,maks 108oC

Bokar di lokasi pabrik karet Banjarmasin

Industri Pengolahan Karet Alam di Palembang

Industri Pengolahan Karet Alam di Pekanbaru

EKSPOR KARET ALAM INDONESIA (Rata-rata per tahun) Jenis Mutu Volume (Ton) Proporsi (%) Lateks Pekat 16.460 1,13 RSS 52.100 3,58 SIR-crumb rubber : SIR 3 SIR 5 SIR 10 SIR 20 SIR Lainnya 36.262 7.332 67.602 1.251.811 28.478 2,49 0,50 4,65 86,12 1,95 Lain-lain 3.790 0,26 Total 1.453.509 100,00

Polyisoprene (Natural rubber) 400 K Latex Polyisoprene (Natural rubber)

RUBBER PRODUCT Molded Rubber Products Extruded Rubber Products Rubber Sheets Inflatable Seals Food Grade Products PTFE (Polytetrafluoroethylene) Products

Chitosan

Chitosan Produk terdeasetilasi dari kitin yang merupakan biopolimer alami kedua terbanyak di alam setelah selulosa Terdapat dalam serangga, krustasea, dan fungi (Sanford dan Hutchings, 1987) Kitosan potensial sebagai: Antimikroba; senyawa ini merupakan polimer alami diharapkan aman bagi manusia sebagai bahan pengawet makanan pengganti formalin http://www.ristek.go.id/

Struktur Khitosan O H OH NH2 CH2OH Sumber: Knorr (1984)

Proses Pembuatan Khitosan dari Kulit Udang (Suptijah et. All., 1992)

Chitin Poly  (1,4)-N-asetil-D-glukosamin atau yang lebih dikenal dengan nama khitin merupakan salah satu biopolimer polisakarida yang tersedia sangat banyak di alam

Chitin Chitin merupakan bahan alami yang tahan air yang diperoleh dari hewat berkulit keras seperti ketam, udang, bermacam kutu busuk, dan dinding sel jamur Sumber-sumber chitin di alam : Fungi 5-20% Worms 20-38% Squids/Octopus 3-20% Scorpions 30% Spiders          38% Cockroaches      35% Water Beetle     37% Shrimps          40% Silk Worm        44% Hermit Crab      69% Edible Crab      70% http://www.ristek.go.id/

Struktur Kimia Chitin (Knorr, 1984)

Karakteristik Khitin Berbentuk kristal putih Tidak larut dalam air, tidak larut dalam asam organik, basa pekat dan pelarut organik lainnya Khitin larut dalam asam pekat, seperti asam sulfat, asam nitrit, asam fosfat, dan asam formiat anhidrida Sumber: Muzzarelli (1986)

Jenis-Jenis Khitin Bentuk , , dan -khitin -khitin Sumber : Rudall, 1969 -khitin Kristal polimorf dengan susunan rantai molekul yang tidak sejajar dengan ikatan sangat kuat -khitin rantai molekulnya tersusun sejajar -khitin disusun oleh tiga buah rantai molekul yang terdiri dari dua rantai molekul yang terdiri dari dua rantai sejajar dan satu rantai tidak sejajar -khitin -khitin -khitin Bentuk , , dan -khitin

Proses Pembuatan Khitin dari Kulit Udang (Bastaman, 1989)

Manfaat Khitin sebagai bioaktivitas atau surfaktan dapat memacu pertumbuhan bakteri penghasil laktase yang biasa hidup di dalam organ pencernaan bayi (Austin et al., 1981) sebagai sumber zat makanan khitin dapat menurunkan kadar kolesterol (Knorr, 1984) dapat dimanfaatkan untuk menangani cemaran logam beracun dan zat pewarna tekstil yang terakumulasi dalam perairan berpotensi sebagai bahan antibiotika dan benang operasi yang aman (Austin et al., 1981) dapat menyerap bahan berprotein yang terdapat dalam air limbah industri pengolahan pangan (Bough, 1975)

Kandungan Khitin dari Berbagai Macam Sumber No. Jenis Kandungan Khitin (%) 1. Golongan Crustaceae   Kepiting biru 14a Kepiting merah 1,3-1,8b Lobster Nephros 69,8c Lobster Nomarus 60,8-77,0c Udang 69,1c 2. Golongan Insecta Lipas 35c Kumbang 27-35c Belalang 20c Ulat Sutra 33,7c

Jenis Kandungan Khitin (%) 6,1 3,6 41 42d 18,5d 20,1d 2,9d No. Jenis Kandungan Khitin (%) 3. Golongan Molusca   Clam shell 6,1 Kulit Kerang 3,6 Rangka dalam cumi-cumi 41 4. Golongan Mikroorganisme Aspergillus niger 42d Penicillium notatum 18,5d Penicillium chrysogenum 20,1d Saccharomyces cerevisiae 2,9d Keterangan : a = berdasar berat basah b = berdasar berat kering c = berdasar berat bahan organik pada kulit luar d = berdasar berat kering dari dinding sel Sumber : Naczk dan Shiroshi (1981)

Lignin

Definisi Lignin: senyawa polymer tiga dimensi yang terdiri dari unit phenil propane yang diikat dengan C-O-C dan C-C Polymer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasar Lignin yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisis disebabkan oleh adanya ikatan alkil dan ikatan eter Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain. Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989)

Struktur Lignin

Manfaat Lignin Lignin yang dapat dimanfaatkan sebagai: bahan perekat bahan pengisi karet bahan baku vanilin

Komposisi Lignin pada lindi hitam kraft kayu lunak Bagian/Komponen Kandungan (% padatan kering) Lignin Asam-asam hidroksi Asam format Asam asetat Ekstraktif Senyawa-senyawa lain 46 30 8 5 7 4 Sumber : Sjostrom (1981) dalam Damat (1989)

2004 World production totalled 60 million t PRODUKSI DUNIA Starch 2004 World production totalled 60 million t

PRODUKSI DUNIA Sugar Produksi Konsumsi 2004/05 2005/06 2005 2006 WORLD   Produksi Konsumsi 2004/05 2005/06 2005 2006 WORLD 142.5 147.8 145.1 148.0 Developing countries 99.6 106.0 97.4 100.1 Latin America & Caribbean 49.9 50.7 26.5 27.0 Africa 5.3 5.0 8.1 8.3 Near East 6.1 6.3 11.1 11.4 Far East 37.9 43.7 51.6 53.2 Oceania 0.4 0.1 Developed countries 43.0 41.8 47.8 48.0 Europe 21.8 20.4 20.2 EU (25) 21.0 19.7 18.1 North America 7.4 8.0 10.4 CIS in Europe 4.5 11.5 5.6 1.4 Others 3.2 3.6

PRODUKSI DUNIA Rubber Year Production Consumption Natural Rubber Synthetic Total Synthetic Rubber 1996 6,440 9,760 16,200 6,110 9,590 15,700 1997 6,470 10,080 16,550 10,010 16,480 1998 6,850 9,880 16,730 6,570 9,870 16,440 1999 6,872 10,336 17,208 6,646 10,196 16,842 2000 6,739 10,819 17,558 7,315 10,764 18,079 2001 7,261 10,485 17,746 7,223 10,253 17,476 2002 7,345 10,882 18,227 7,546 10,723 18,269 2003 7,992 11,448 19,440 7,967 11,381 19,348 2004 8,645 11,978 20,623 8,319 11,860 20,179 2005 8,682 11,965 20,647 8,742 11,917 20,659 http://www.lgm.gov.my/nrstat/T1.htm