Bioplastik Berkelanjutan Yang Diperoleh Dari Jerami Padi.docx

Bioplastik Berkelanjutan yang diperoleh dari Jerami Padi

Abstrak Bioplastik baru dihasilkan dari jerami padi, limbah pertanian yang umumnya tidak dipulihkan. Untuk sintesis sampel diperlakukan dengan menggunakan ekstraktor Naviglio, kemudian dilarutkan oleh asam trifluoroacetic. Bahan menunjukkan sifat mekanik yang baik, dengan kekuatan tarik dan perpanjangan putus sama dengan 45 MPa dan 6.1% dan 10 MPa dan 63% masing-masing untuk dumbel kering dan basah. Hasilnya adalah sifat mekanik dari bioplastik yang dihasilkan, dalam keadaan kering, sebanding dengan polistiren, sedangkan bioplastik cor dalam keadaan basah mirip dengan poli plastik (vinil klorida). Ini menunjukkan tingginya kinerja mekanis bioplastik yang baru diperoleh baik dalam status kering dan basah. Morfologi biobased bahan, diselidiki oleh pemindaian mikroskop elektron, menunjukkan permukaan yang seragam dan kompak struktur. Analisis Difraksi Sinar-X 2D mengungkapkan bahwa bioplastik pada dasarnya amorf. Uji kehilangan massa dicatat bahwa itu benar-benar membusuk setelah tertanam di tanah selama 105 hari. Industri dan lingkungan keuntungan dari biomaterial yang baru diperoleh dievaluasi dalam hal energi yang terkandung dan jejak CO2 produksi dan dibandingkan dengan pati termoplastik dan plastik lainnya. Akhirnya, bentuk tes memori mengungkapkan efek bentuk ganda yang menjanjikan dari biomaterial, dengan pemulihan bentuk yang parsial tetapi signifikan. Diringkasan, tergantung pada kelembaban lingkungan, bahan menunjukkan perilaku mekanis ganda itu dapat dieksploitasi untuk mendapatkan shrink film dan sheet atau untuk mendorong efek memori bentuk. Karena itu, kami sarankan nasi jerami bioplastik sebagai bahan ramah lingkungan potensial baru untuk bidang aplikasi yang berbeda. 1. Perkenalan Plastik digunakan untuk membuat berbagai produk dalam bidang aplikasi yang berbeda berkat sifatnya yang fleksibel. Akibatnya, produksi plastik telah meningkat secara substansial selama 70 tahun terakhir dari hampir 0,5 juta ton pada tahun 1950 menjadi lebih dari 365 juta ton pada tahun 2016 di seluruh dunia, dan hampir hingga 66 juta ton diproduksi di Eropa (PlasticsEurope, 2017; Thompson et al ., 2009). Polimer konvensional mengandung aditif seperti stabilisator, pigmen, dan komponen kimia beracun seperti penghambat api, antioksidan, dan zat peniup (Bach et al., 2013; Hahladakis et al., 2018; Hermabessiere et al., 2017;;). Meskipun ada banyak keuntungan dari aplikasi plastik dibandingkan dengan bahan lain (Andrady dan Neal, 2009) kelemahannya menjadi semakin jelas. Saat ini, jumlah besar produksi limbah plastik adalah salah satu masalah yang paling dihadapi dunia baik untuk masalah lingkungan dan ancaman kesehatan manusia. Plastik adalah komponen utama dalam limbah kota. Kekhawatiran lain adalah karena non-biodegradabilitas. Karena plastik bersifat persisten selama bertahun-tahun, limbah mereka harus ditangani dengan perlakuan manajemen yang memadai (Teuten et al., 2009). Untuk alasan ini, wajib untuk mendorong permintaan untuk solusi material baru dan inovatif, yang harus hemat biaya dan ramah lingkungan. Biokomposit ramah lingkungan dari serat nabati (alami / biofibre) dan plastik

yang berasal dari tanaman adalah bahan baru yang diproduksi oleh limbah nabati (Bayer et al., 2014). Bioplastik didefinisikan sebagai generasi plastik baru yang secara signifikan mengurangi dampak lingkungan dalam hal efek rumah kaca dan konsumsi energi (Mohanty et al., 2002). Jerami padi adalah limbah sayuran dengan selulosa berlimpah (32-47%), hemiselulosa (19-27%) dan lignin (5-24%) (Garrote et al., 2002; Saha, 2003). Ini dikenal sebagai bahan baku potensial untuk produksi etanol bahan bakar (Binodet al., 2010). Dilaporkan bahwa untuk hampir setiap kg panen, sekitar 1-1,5 kg jerami diproduksi. Karena padi dikenal sebagai tanaman biji-bijian yang paling banyak diproduksi ketiga, dimungkinkan untuk memperkirakan produksi sedotan padi global sekitar 1.000 juta ton per tahun (Maiorella, 1985). Namun, jerami padi dianggap sebagai limbah pertanian, dan di beberapa negara, jerami tersebut dibuang ke sungai atau dibakar di ladang menyebabkan emisi, kontaminasi, dan polusi gas rumah kaca (Sangon et al., 2018). Saat ini, beberapa produk sampingan pertanian dan sisa makanan yang tidak dapat dimakan dipertimbangkan dalam produksi beberapa bahan ramah lingkungan: kulit kentang, ampas tebu, protein whey, kulit udang, kulit telur, serat lignoselulosa yang berasal dari ekstraksi jus apel dan jeruk, adalah beberapa di antaranya. contoh (Tiimob et al., 2017; Chiellini et al., 2001; Moro et al., 2017). Penting juga untuk diingat bahwa kategori limbah makanan yang berbeda sulit untuk dipisahkan, oleh karena itu, kemungkinan untuk mendapatkan bioplastik dari residu ini harus digabungkan dengan strategi pengelolaan limbah yang sesuai. Mengenai jerami padi, limbah ini dapat dengan mudah dikelola karena tidak memerlukan pemisahan dari limbah lain (DominguezEscriba dan Porcar, 2010). Bidang aplikasi bioplastik ada banyak: kemasan makanan, perawatan medis, hortikultura, pertanian, elektronik, dll. Kemasan makanan adalah bidang yang paling penting (Gilbert, 2017), yang membutuhkan ketahanan terhadap kelembaban dan lemak atau minyak. Kinerja yang diharapkan oleh bioplastik dalam bidang aplikasi ini adalah melindungi makanan dari lingkungan dan menjamin keamanan dan kualitas makanan (Siracusa et al., 2008). Meskipun perbaikan signifikan telah dicapai, masih ada beberapa batasan yang harus diatasi. Beberapa sifat seperti sealabilitas panas yang buruk, ketidakstabilan termal, uap air yang tinggi, kerapuhan, dan kekuatan leleh rendah perlu dioptimalkan. Memang, kelemahan di atas telah membuka peluang penelitian untuk meningkatkan fungsionalitas bioplastik. Pelapisan, pencampuran, penambahan nanopartikel, penambahan selulosa, dan modifikasi kimia / fisik adalah beberapa metode yang diusulkan untuk mengatasi keterbatasan bioplastik yang disebutkan sebelumnya (Sartore, 2015; Sartore, 2016). Namun, sangat sulit untuk mengusulkan bioplastik dengan biaya rendah dengan sifat mekanik yang sebanding dengan bahan plastik, seperti polietilen (PE) dan polipropilen (PP). Berbagai tes yang dilakukan pada bioplastik menunjukkan keunggulan lain dibandingkan dengan plastik konvensional, kemampuan memori bentuknya. Ini berarti bahwa mereka dapat mengubah bentuknya pada penerapan stimulus eksternal. Fenomena ini diamati dalam berbagai polimer dengan perbedaan signifikan dalam komposisi kimianya, tetapi memiliki unsur-unsur umum berdasarkan struktur. Faktanya diketahui bahwa struktur molekul bertanggung jawab atas sifat-sifat memori bentuk polimer dan dalam kasus polimer

memori bentuk khas itu terdiri dari fase-fase yang dapat dibalik dan diperbaiki. Fase reversibel, yang bertanggung jawab atas variasi bentuk, dapat berupa kristal atau amorf, sementara fase pemasangan, yang bertanggung jawab untuk bentuk permanen, dapat berupa titik-titik yang saling terkait secara fisik atau kimia (Bai et al., 2016). Berdasarkan studi literatur, panas, cahaya dan perendaman dalam air digunakan sebagai rangsangan eksternal untuk menyebabkan perubahan bentuk (Behl dan Lendlein, 2007; Huang et al., 2005; Lendlein dan Kelch, 2002). Sudah terbukti bahwa polimer memori bentuk mengalami siklus deformasi dan pemulihan di bawah tingkat regangan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan paduan logam, di mana deformasi maksimum hanya 8% antara bentuk permanen dan sementara (Lendlein dan Kelch, 2002; Wei et al., 1998 ). Dalam penelitian ini, jerami padi digunakan untuk memproduksi bahan bioplastik berbasis selulosa baru. Setelah pretreatment ekstraksi, hadir selulosa dalam jerami beras berinteraksi dengan asam trifluoroacetic (TFA) (Bayer et al., 2014), untuk menghasilkan bahan bioplastik berbasis selulosa. TFA adalah asam organik yang mudah menguap dan telah terbukti sebagai salah satu pelarut non-air yang mungkin untuk pembengkakan selulosa (Zhao et al., 2007). Selain itu, mudah didaur ulang dengan distilasi dan larut dengan banyak pelarut organik, serta air, kualitas yang jarang diamati dalam asam mineral lainnya. Sejauh yang kita tahu, tidak ada yang berusaha untuk mendapatkan bioplastik dari jerami padi melalui pendekatan yang diusulkan. Sifat mekanik dipelajari melalui uji tarik spesimen halter kering dan basah. Bentuk kemampuan memori juga dipertimbangkan. Uji kehilangan material di bawah kelembaban tanah dilakukan di luar. Akhirnya, keberlanjutan usulan bioplastik dalam hal energi dan emisi yang dibutuhkan untuk sintesis dievaluasi.Tujuan dari penelitian ini adalah mengusulkan metode untuk merealisasikan bioplastik baru dari jerami padi dan untuk menyelidiki properti bahan ramah lingkungan yang baru diperoleh 2. Bagian Eksperimental 2.1. Prosedur Ekstraksi Sekitar 200 g sampel jerami padi kering ditempatkan dalam kantong membran dan dipindahkan ke ruang Naviglio Extractor, 2000 mL (Naviglio extractor ®, Atlas Filtri Ltd., Padua, Italia). Ekstraksi didasarkan pada generasi gradien tekanan negatif dari dalam ke luar matriks padat. Sekitar 1 L air Milli-Q ditambahkan. Dua ruang ekstraksi dihubungkan oleh pipa dengan katup listrik, yang ditutup selama proses hidrasi dan dibuka untuk mengevakuasi cairan dari sistem (Naviglio et al., 2007; Naviglio et al., 2013). Ekstraksi total dilakukan dengan menggunakan ekstraktor padat-cair dinamis cepat dengan menerapkan tekanan siklus terhadap cairan yang bersentuhan dengan bahan jerami padi selama sekitar 3 jam dan dengan 30 siklus dan 12 serangan per siklus dan fase statis selama 10 menit, seperti yang dilaporkan dalam manual instrumen. Gradien tekanan mulai dari 0 hingga 10 bar diterapkan, dan sistem mencapai kesetimbangan pada tekanan 8,5 bar. Setelah ekstraksi, sampel dicuci dan dikeringkan di bawah kap laminar pada suhu kamar. Penting untuk digarisbawahi bahwa proses ini tidak merusak menanam sel dan lebih cepat, lebih mudah dan lebih lengkap berkenaan dengan maserasi. Dari sudut pandang ekonomis, instrumen ini lebih murah dan

membutuhkan konsumsi energi minimum dibandingkan dengan ekstraksi yang dilakukan oleh teknik lain seperti cairan superkritis (Motohashi et al., 2000).

2.2. Persiapan sampel Jerami beras kering ditumbuk menjadi bubuk halus menggunakan mortar batu akik dan disaring melalui saringan 300 μm. Sekitar 10 g jerami padi bubuk dicampur dengan 200 mL TFA. Rasio padat / cair dioptimalkan hingga 1:20 (w / v). Kemudian, itu dipertahankan di bawah pengadukan magnet (sekitar 800 rpm) pada suhu kamar selama tiga hari dalam lab gelas laboratorium (Pyrex®, 1 L) dan dituangkan ke dalam wadah kristalisasi tepi rendah (Pyrex®, dengan diameter 19,2 cm dan 2 cm) di ketinggian). Setelah itu, wadah dipertahankan di bawah kap laminar dan ditutup menggunakan wadah gelas untuk perlahanlahan menghilangkan TFA.. 4. Kesimpulan Dalam studi ini, aplikasi jerami padi, diklasifikasikan sebagai limbah pertanian, untuk produksi bioplastik dilaporkan.Jerami padi, limbah sayuran yang kaya akan selulosa, digunakan untuk menghasilkan biomaterial baru. Ekstraktor Naviglio, sudah digunakan dalam aplikasi industri, digunakan untuk pertama kalinya dalam pekerjaan ini untuk pramengolah jerami padi. Setelah ekstraksi, matriks padat diperlakukan hanya dengan TFA, yang mampu melarutkan selulosa dengan bahan organik lainnya dalam jerami padi. Analisis SEM menunjukkan bahwa bahan yang dihasilkan ditandai dengan matriks yang seragam dan kompak. Setelah penguapan TFA, film dan lembaran pelarut yang diperoleh bersifat kontinu, tanpa cacat, fleksibel dan tahan sobek. Bioplastik berbasis selulosa memiliki fitur mekanik yang sangat baik, dengan kekuatan tarik dan perpanjangan putus lebih dari 43 MPa dan hampir 6% untuk dumbel kering dan 11 MPa dan 63% untuk sampel basah, masingmasing. Berdasarkan hasil kami, bioplastik yang diusulkan menunjukkan efek memori bentuk ganda yang menjanjikan. Meskipun tingkat pemulihan antara 60 dan 80%, studi lebih lanjut diperlukan untuk menyelidiki dan meningkatkan prosedur produksi bioplastik. Memang, hanya tes yang digerakkan air dilakukan untuk mengevaluasi efek memori bentuk, dan rangsangan eksternal lainnya seperti perubahan suhu belum dieksplorasi. Mengenai tes kehilangan massa, bioplastik baru terbukti benar-benar terurai di dalam 105 hari setelah terkubur di tanah. Dalam hal keberlanjutan bahan ini, data menunjukkan bahwa emisi dan energi yang terlibat dalam produksinya sebanding dengan pati dan kertas termoplastik (berbasis selulosa). Hasil ini menyoroti kemungkinan untuk mendapatkan bioplastik berkelanjutan baru. Jerami padi juga dapat dengan mudah dikelola, karena tidak memerlukan pemisahan dari limbah lain. Karena itu, aplikasi jerami padi untuk produksi bioplastik tampaknya realistis.