Sintesis Poli Asam Laktat

Poli (asam laktat) merupakan merupakan poliester yang dapat diproduksi menggunakan bahan baku sumberdaya alam terbarukan seperti pati dan selulosa melalui fermentasi asam laktat. Polimerisasi secara kimiawi untuk menghasilkan PLA dari asam laktat dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu secara langsung dari asam laktat dan secara tidak langsung melalui pembentukan laktida (dimer asam laktat) terlebih dahulu dan diikuti dengan polimerisasi menjadi PLA.

Sintesis Poli (asam laktat) melalui pembentukan laktida secara umum dibagi dalam beberapa tahap, yaitu fermentasi bahan baku membentuk asam laktat, dimerisasi asam laktat membentuk laktida dan langkah terakhir berupa polimerisasi laktida membentuk PLA. Proses secara terperinci diperlihatkan pada gambar.

Dalam proses tersebut ada beberapa aspek yang perlu diperhatikan yaitu preparasi media fermentasi menggunakan materi organik, fermentasi asam laktat dan pemisahan asam laktat.

Media fermentasi dipreparasi menggunakan biomassa yang mengandung sekitar 40-50 %. Biomassa tersebut disentrifugasi untuk menghilangkan material yang tak larut dan kemudian diencerkan dengan air hingga konsentrasi glukosa 7-10 %. Media tersebut kemudian diperkaya dengan sumber-sumber nitrogen dan faktor-faktor pertumbuhan lain. Pada skala besar dapat ditambahkan 2-5% larutan eksrak jagung dan ekstrak yeast.

Media fermentasi diinokulasi dengan bakteri asam laktat pada kondisi anaerobik. Bakteri yang digunakan biasanya berasal di genus laktobacillus. Bakteri yang digunakan biasanya Laktobacillus delbruechi. pH dari media fermentasi di jaga. pH nya 5.0-6,0 menggunakan larutan karbamat atau amonia dan temperaturnya pada 370 hingga 450. Fermentasi dilakukan selama 24-48 jam. Pada proses fermentasi ini diharapkan glukosa yang terdapat pada media dapat dikonversi oleh bakteri melalui glikolisis anaerob membentuk asam laktat. Setelah itu, hasil fermentasi dipisahkan dengan sentrifugasi untuk proses lebih lanjut.


Hasil fermentasi selanjutnya diekstraksi menggunakan pelarut organik seperti isoamil alkohol, butanol, sikloheksanon dan metil asetat pada rasio 1:1 hingga 1:5. Ekstrak diambil untuk proses lebih lanjut. Asam laktat yang terkandung dalam ekstra dikontakkan dengan larutan basa seperti amonia atau kaustik soda pada rasio 1:3 hingga 1:10. Penambahan basa ini bertujuan untuk membentuk garam laktat. Garam laktat bersifat polar sehingga mudah dipisahkan dari pengotor yang terdapat pada pelarut organik yang bersifat nonpolar. Campuran diaduk selama 1 jam dan dibiarkan selama 2 jam agar kedua fasa yang terbentuk dapat terpisah. Fase air mengandung garam laktat dipisahkan dari ekstrak. Fase organik diekstraksi beberapa kali dengan air. Fase aquos mengandung garam asam laktat kemudian direaksikan dengan asam mineral encer. Garam laktat akan terprotonasi kembali dengan adanya asam encer. Proses tersebut menghasilkan asam laktat kembali. Asam laktat bersifat nonpolar dan segera terpisah dari larutan air. Pemisahan kedua fase yang berbeda dapat dilakukan dengan corong pisah. Asam laktat tersebut dilewatkan pada resin kationik untuk menghilangkan ion metal yang mungkin masih ada. Pemurniaan asam laktat selanjutnya dilakukan dengan destilasi vakum.

Asam laktat yang kemudian dikonversi menjadi laktida pada reaktor dengan penyaluran tekanan dan suhu. Sintesis polimer dengan intermediet laktida ini lebih menguntungkan karena dapat dihasilkan polimer dengan berat molekul tinggi. Hal tersebut dapat terjadi sebab polimerisasi dapat dilakukan terhadap laktida dalam kondisi bebas pelarut. Reaksi yang terjadi sebenarnya adalah reaksi esterifikasi. Asam laktat memiliki gugus hidroksil dan karboksil. Kedua gugus ini yang dimanfaatkan dalam pembentukan laktida.

Reaksi dilakukan pada suhu 120-150 C untuk menghilangkan air. Katalis ditambahkan pada konsentrasi 0,05-2,0 %. Katalis yang digunakan dapat berupa senyawa organologam misalnya dibutil timah oksida. Reaksi berlangsung selama 5-24 jam dimana suhu ditingkatkan secara bertahap dari 140-275 C dan tekanan dari 1-20 mmHg. Pada awal mula reaksi semula terbentuk polimer dengan berat molekul rendah, namun polimer tersebut segera terdepolimerisasi membentuk laktida. Laktida yang terbentuk didestilasi dan dikumpulkan dalam penampung. Destilasi menjadi sangat penting sebab kemurnian laktida dapat menentukan panjang rantai polimer yang terbentuk.

Proses selanjutnya adalah polimerisasi laktida membentuk PLA. Polimerisasi dilakukan secara kondensasi dengan pembukaan cincin laktida. Polimerisasi dilakukan dengan katalis berupa senyawa seng, timah atau kalsium pada reaktor yang memiliki pengaduk pengatur suhu. Suhu yang digunakan sekitar 110-185°C selama 15-20 jam. Polimer yang diperoleh kemudian dilarutkan dalam pelarut yang sesuai dan dikoagulasi dan dikeringkan dalam pelarut lain.

Beberapa sintesis yang dilakukan misalnya, menggunakan laktida dengan tingkat keasaman 0,01 % berat perberat (dalam bentuk asam laktat). Kelembaban mencapai 180 ppm diperoleh dengan memanaskan laktida pada suhu 80°C selama 3 jam. Setelah itu, katalis berupa timah oksoat ditambahkan sebanyak 0,2 % berdasarkan berat laktida. Suhu ditingkatkan secara perlahan hingga 180°C. Polimerisasi dilakukan selama 2 jam diikuti pada suhu 150°C selama 4 jam dan 120°C selama 13 jam. Polimerisasi tersebut mengahasilkan poli (asam laktat) dengan rendemen cukup tinggi yaitu 90%. Poli (asam laktat) yang diperoleh memiliki berat molekul 235.000, viskositas intrinsik 0,69, titik leleh 170°C dan kalor pembentukan 29 kkal/mol.

Ramakrishna, S.V., Rangaswamy, V., Jain, D., Jagdambalal , R.J., Patel, S., Kar, S., Ramachandran, S., Ganeshpure, P.A., Satpathy, U.S., 2006, Process for the Production of Polylactic Acid from Renewable Feedstock,US Patent Publication, US 2006/003062A1.