Karakteristik dan Sifat Biokomposit Pektin Kulit Jeruk dan Pati Sagu Terisi Selulosa Nanokristal (NCC) dari Kulit Rotan Menggunakan Plasticizer Gliserol

Abstract

The purpose of this study is to obtain the effect of nanocrystalline cellulose (NCC) and plasticizer contents on biocomposite based on pectin and starch. In this research, NCC was obtained from rattan biomass by using sulphuric acid (H2SO4) with the concentrations around 50%, 55%, 60% and 65%. Pectin was extracted from orange peel waste, while sago starch was used as main starch. Casting solution was used to produce bioplastic and biocomposite which included 1–4 (wt%) of NCC as filler and 10-40 (wt%) of glycerol as plasticizer. The XRD results indicated that crystallinity index increased by sulfuric acid addition until 60% of sulfuric acid concentration. FTIR showed that NCC have the typical chemical structure of cellulose. The average size of NCC was around 10-70 nm with rod shaped that had been obtained from TEM characteristic. Based on titrimetric methods, pectin can be classified as low methoxyl pectin (LMP). The tensile strength values of bioplastic based on sago starch and bioplastic based on pectin from orange peel waste were 1.61 MPa and 0.97 MPa. The tensile strength value of bioplastic based on sago starch was supported by SEM that showed the higher tangled surface. It was found from FTIR that there are slightly sharper peaks by the addition of NCC and glycerol. The optimum results of the tensile strength and the density of biocomposites were 11.18 MPa and 0.068 gr/cm3 that were reached at 2 wt% of CNC and 30 wt% of glycerol additions. It was supported by SEM results, where the surface morphology of biocomposite showed a better NCC dispersion. The optimum result of elongation at break of biocomposite was 28.99% that was obtained at 1 wt% of NCC and 40 wt% of glycerol. The optimum results of water uptake and water vapor transmission rate were 12.5% and 6.88% which obtained at 2 wt% of NCC and 10 wt% of glycerol. The thermal stability of biocomposite based on pectin and starch is slightly better than biocomposite based on pectin.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan selulosa nanokristal (NCC) dan gliserol pada biokomposit berbasis pektin dan pati. Pada penelitian ini, NCC yang diperoleh dari kulit rotan dihidrolisis menggunakan asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 50%, 55%, 60% dan 65%. Pektin yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dari proses ekstraksi limbah kulit jeruk, sedangkan pati yang digunakan berasal dari pati sagu. Metode casting digunakan pada pembuatan bioplastik dan biokomposit dengan penambahan NCC sebagai pengisi sebesar 1-4 (%b) dan gliserol sebagai plasticizer sebesar 10-40 (%b). Hasil analisis XRD menunjukkan indeks kristalinitas semakin meningkat seiring peningkatan konsentrasi H2SO4 hingga 60%. Analisis FTIR menunjukkan bahwa NCC yang dihasilkan memiliki kesamaan struktur dengan selulosa. Hasil TEM menunjukkan bahwa NCC berbentuk batang dengan ukuran rata-rata 10-70 nm. Berdasarkan perolehan titrimetri, pektin kulit jeruk yang dihasilkan termasuk kategori pektin bermetoksil rendah (low methoxyl pectin). Bioplastik pati sagu memiliki kekuatan tarik sebesar 1,61 MPa sedangkan bioplastik pektin kulit sebesar 0,97 MPa. Perolehan kekuatan tarik bioplastik sagu ini didukung oleh hasil analisis SEM yang menunjukkan kekusutan yang lebih tinggi dibandingkan bioplastik pektin kulit jeruk. Hasil FTIR pada biokomposit menunjukkan puncak-puncak serapan yang lebih tajam seiring peningkatan komposisi NCC dan gliserol. Perolehan terbaik pada kekuatan tarik dan densitas adalah 11,18 MPa dan 0,068 gram/cm3 yang diperoleh pada penambahan NCC 2% dan gliserol 30%. Hal ini didukung oleh hasil analisis SEM dimana morfologi biokomposit menunjukkan dispersi NCC yang lebih baik. Nilai terbaik dari pemanjangan saat putus adalah 28,99% yang diperoleh pada penambahan NCC 1% dan gliserol 40%. Nilai terbaik dari uji penyerapan air dan laju penguapan air yang terbaik adalah dengan penambahan NCC 2% dan 10% gliserol dengan nilai sebesar 12,5% dan 6,88%. Ketahanan termal biokomposit pektin kulit jeruk dan pati sagu sedikit lebih baik dibandingkan ketahanan termal biokomposit pektin kulit jeruk.