Green Plastics Part 4-Biopolimer

Bahasan selanjutnya yakni tentang biopolimer. Biopolimer merupakan polimer alam yang memiliki ciri adanya atom oksigen atau nitrogen di dalam rangkanya. Keberadaan dua atom ini sangat penting untuk bertanggung jawab terhadap sifatnya yang dapat terbiodegradasi. Lawan dari biopolimer adalah polimer sintetis yang hanya terdapat rantai karbon tunggal sehingga sukar terdegradasi. Jadi, sesuai penjelasan sebelumnya bahwa polimer yang dapat terdegradasi umumnya memiliki atom oksigen atau nitrogen di dalam rangkanya serta rantai karbon yang bercabang dan tidak tunggal. Beberapa contoh biopolimer yang diabahsa adalah Carrageenan  yang berfungsi sebagai emulsifier pada makanan, alginate untuk mengatur ketebalan, serta agarose. Ketiga bahan ini disebut gelling polysaccharides. Contoh lain dari biopolimer yang saat ini juga banyak dikembangkan sebagai agen bioplastik adalah hyaluronan yang diekstraksi dari roosters combs. Senyawa ini juga dapat ditemukan para polisakarida kompleks. Polisakarida dari bakteri meliputi xanthan, dextran, gellan, welan, rhamsan, curdlan, plygalactosamine, dan levan. Senyawa xanthan sendiri banyak diproduksi oleh mikroorganisme Xanthamonas campestris dan banyak berfungsi sebagai agen penstabil. Sementara senyawa dextran digunakan utnuk aplikasi medis sebagai blood plasma extender. Lalu senyawa gellan sesuai namanya digunakan utk agen pembentuk gel. Polikasarida lain dari jamur yaitu pullulan yang berfungsi sebagai food additive (untuk meningkatkan tekstur).

Selain dari jenis polisakardia, biopolimer juag ada yang berasal dari rantai polipeptida. Tiap rantai polipeptida terdiri dari perulangan tripeptida yang umumnya adalah residu glisin dengan susunan glysin-proline-hydroxyproline. Ketiga susunan tersebut membentuk struktur heliks yang menyusun rangkanya secara berkelompok membentuk fibril yang memberikan kekuatan untuk rangka dan memungkinkan senyawa polipetida tersebut bersifat fleksibel. Contoh dari polipeptida dengan sifat di atas yaitu gelatin  yang terdenaturasi dari kolagen yang mana triple helices dari kolagen terusak dan secara parsial terhidrolisis meninggalkan rantai polimernya. Polimerisasi dari tigliserida baru-baru ini diterima sebagai koneksi yang perlu diperhatikan dalam memproduksi material bioplastik baru. Material yang mengandung polimer dari polipeptida diantaranya adalah woll dan silk.Kain woll yang umum kita kenal terdiri dari 80% protein keratin, 3% polisakarida dan molekul air serta 17% jenis protein lainnya. Semenatra silk  terdiri dari 78% protein fibroin dan 22% sericin (sericulture) yang merupakan adhesive protein atau dikelan dengan silk glue. Perlu diketahui bahwa silkworm silk memiliki kekuatan seperti nilon. Sementara itu spider silk lebih kuat daripada nilon. Pada polipeptida missal protein keratin, jaringan molekul helical keratin membentuk sambungan menjadi double helix. Dari two double helices menggabungkan diri satu sama lain tetapi berlawanan arah membentuk protofibril. Grup dari 8 protofibril bergabung membanentuk mikrofibril yang menjadi pembangun struktur dasar di dalam jaringan yang ada pada keratin.  

Serat industri diperuntukkan kebutuhan nontekstil di dalamnya termasuk flax, hemp, sisal, ramie, juke, bagasse (residu sugar cane) yang mengandung selulosa. Berdasarkan sifat selulosa tersbut yang emmang banyak dijumpai di tanaman, riset pada buku ini menjelaskan tentang tahapan biodegradasi suatu kayu, yang dapat menjadi ukuran kemudahan polimer berbahan atau bersturktur selulosa terdegradasi. Tahapan pertama yaitu degradasi hemiselulosa, lalu diikuti selulosa itu sendiri. Terakhir adalah degradasi dari lignin yang memang memiliki laju relatif lebih lambat. Adanya laju dan tahapan biodegradasi dari tanaman menunjukkan pentingnya stabilisasi tanah yang mengatur kandungan bahan organik dan tingkat kelembaban.

Bahasan spesifik dari bioplastik dimulai, diterangkan bahwa bioplastik merupakan biodegradable plastics yang komponennya untuk keseluruhan lapisan berasal dari material (bahan baku) yang dapat diperbaruhi dan menganding satu atau lebih senyawa biopolimer sebagai essential ingredient. Rumus umum bioplastik yaitu:

Biopolimer (s) + plasticizer (s) + other additive (s) = bioplastik

Beberapa biopolimer bersifat thermoplast meski diproses dengan metode sama (ekstrusi, compression molding) seperti polimer sintetis. Untuk biopolimer yang tidak bersifat thermoplast maka lembaran-lembaran dapat dibuat melalui casting. Pada teknik ini ketika pelarut dihilangkan maka fasa gel akan segera dihasilkan dan seiring dengan penghilangan pelarut secara continue maka menghasilkan material bioplastik padat. Beberapa secara tak sengaja biomolekul dengan berat molekul rendah dapat mengalami polimerisasi saat itu juga dan membentuk material thermoplast. Di dalam kasus lain, polimerisasi di tahap akhir melibatkan tautan silang (cross-linking) untuk menghasilkan material thermoset yang kuat.

Beberapa biopolimer yang dibahas pada buku ini dalah Camphor yang berfunsgi sebagai plasticizer yang mana membuat bioplastik memadat naun dapat tercetak serta bersifat thermoplast. Biopolimer lain lebih banyak dibahas adalah kasein. Kasein banyak digunakan untuk beberapa keperluan salah satunya untuk painting yang bersifat durable dan waterproof. Penggunaan lain kasein yaitu sebagai lem yang lebih baik dari gelatin. Serat kasein ketika dilarutkan salam larutan basa lalu direndam dengan formaldeihda akan membentuk tautan silang molekul selanjutnya dinetralkan dengan asam sulfat lalu ditambahkan glukosa sebagai plasticizer. Serat kasein yang terbentuk murah namun tetap awet. Aplikasi lain dari kasein contoh pada protein kedelai yang direaksikan dengan formaldehida juga digunakan untuk pembuatan bioplastik.  Sebagai tambahan informasi bahwa kedelai dan olahan yang mengandung kedelai terdiri dari 50% protein dan 50% karbohidrat.