M. Marwan¹, Eti Indarti², Rahul Dev Bairwan³, H.P.S. Abdul Khalil^3,4, C.K. Abdullah^3,4, Azfaralariff Ahmad^3,4

Dalam beberapa tahun terakhir, permintaan global terhadap bahan yang ramah lingkungan dan dapat terurai secara hayati semakin meningkat, sejalan dengan kesadaran akan dampak lingkungan dari penggunaan plastik berbasis petrokimia. Bahan biodegradable yang berasal dari sumber daya alam terbarukan menjadi fokus utama dalam upaya mengurangi limbah dan meminimalisir kerusakan lingkungan. Salah satu tantangan terbesar dalam pengembangan bahan biodegradable adalah mencapai kombinasi antara sifat mekanis yang baik dan biodegradabilitas. Untuk itu, penguatan serat alami dalam matriks polimer biodegradable telah menjadi pendekatan yang populer.

Serat bast yang diperoleh dari kulit pohon memiliki potensi besar sebagai bahan penguat dalam komposit biodegradable karena serat bast memiliki sifat mekanik yang baik, ketersediaan yang melimpah, dan keberlanjutan. Namun, serat bast memiliki keterbatasan seperti sifat hidrofobik yang rendah mengakibatkan adhesi matriks-polimer yang buruk. Untuk mengatasi masalah tersebut, modifikasi kimiawi serat bast sering kali dilakukan dengan menggunakan katalis yang dapat meningkatkan sifat fisik dan kimia serat sehingga dapat berinteraksi lebih baik dengan matriks polimer.

Di sisi lain, ampas kopi sebagai limbah padat dari industri kopi memiliki potensi yang belum banyak dimanfaatkan. Ampas kopi kaya akan senyawa organik yang dapat memberikan sifat pengisi mikro yang menguntungkan dalam komposit polimer. Namun, optimalisasi penggunaan ampas kopi dalam komposit memerlukan pemahaman yang lebih dalam mengenai interaksi antara pengisi mikro tersebut dengan serat yang dimodifikasi dan matriks polimer biodegradable.

Penelitian tersebut bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh penggunaan ampas kopi yang telah dimodifikasi sebagai pengisi mikro dalam komposit berbasis serat bast yang dimodifikasi secara kimiawi serta memahami bagaimana modifikasi kimiawi dari serat bast dan ampas kopi mempengaruhi sifat mekanis dan biodegradabilitas komposit yang dihasilkan.

Modifikasi kimiawi dari serat bast dan ampas kopi dilakukan untuk meningkatkan kompatibilitasnya dengan matriks polimer biodegradable (Gambar 1). Modifikasi dilakukan dengan menggunakan katalis kimia tertentu yang diketahui dapat meningkatkan sifat adhesi antara serat dan matriks. Hasil pengujian mekanik menunjukkan bahwa komposit dengan pengisi ampas kopi yang dimodifikasi memiliki kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan komposit tanpa pengisi atau dengan pengisi yang tidak dimodifikasi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa modifikasi kimiawi meningkatkan interaksi antara ampas kopi dan serat bast dalam matriks polimer. Peningkatan tersebut tidak hanya disebabkan oleh peningkatan adhesi, tetapi juga oleh distribusi pengisi mikro yang lebih merata dalam matriks polimer.

Gambar 1. Reaksi Kimia Serat Kulit Pohon dengan Anhidrida Propionat

Analisis morfologi permukaan menggunakan mikroskop elektron menunjukkan bahwa pengisi mikro dari ampas kopi yang dimodifikasi memiliki bentuk dan ukuran partikel yang lebih seragam, yang berkontribusi pada distribusi yang lebih baik dalam matriks polimer. Modifikasi kimiawi pada serat bast juga mengurangi sifat hidrofobik serat, sehingga serat lebih baik dalam mengikat matriks polimer, yang pada gilirannya meningkatkan kekuatan tarik komposit.

Penelitian tersebut juga mengevaluasi biodegradabilitas komposit dengan mengamati degradasi komposit dalam kondisi lingkungan yang terkendali. Hasilnya menunjukkan bahwa komposit dengan pengisi ampas kopi yang dimodifikasi memiliki laju biodegradasi yang lebih cepat dibandingkan dengan komposit tanpa pengisi. Hal tersebut menunjukkan bahwa pengisi mikro dari ampas kopi tidak hanya meningkatkan sifat mekanis tetapi juga mempercepat proses biodegradasi komposit, menjadikannya lebih ramah lingkungan.

Dari segi komposisi kimia, analisis spektroskopi Fourier transform infrared (FTIR) menunjukkan adanya perbedaan signifikan pada puncak serapan antara komposit dengan dan tanpa pengisi ampas kopi yang dimodifikasi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa terjadi interaksi kimia antara pengisi mikro dan matriks polimer, yang berkontribusi pada peningkatan sifat mekanis komposit.

Penelitian tersebut menunjukkan bahwa penggunaan ampas kopi yang dimodifikasi secara kimiawi sebagai pengisi mikro dalam komposit serat bast dapat meningkatkan sifat mekanis dan biodegradabilitas bahan tersebut. Modifikasi kimiawi tidak hanya meningkatkan adhesi antara pengisi mikro dan matriks polimer tetapi juga mempercepat proses degradasi, yang merupakan keuntungan signifikan dalam pengembangan bahan biodegradable. Serta membuka peluang baru dalam pemanfaatan limbah ampas kopi sebagai bahan bernilai tambah dalam produksi komposit biodegradable.

DOI: Enhancement micro filler spent coffee grounds in catalyst - chemically modified bast fibers reinforced biodegradable materials

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring