BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Teori Umum Tentang Kayu
Kayu ataupun pohon dikategorikan atu diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu : kayu keras (hard wood) dan kayu lunak (soft wood). Secara botanis, pohon dari kayu- keras berbeda dengan pohon dari kayu lunak. Keduanya termasuk didalam divisi spermatophyta yang berarti tumbuh-tumbuhan berbiji. Daun jarum mencirikan kayu-lunak, pohon-pohon seperti itu umunya dikenal sebagai pohon yang selalu hijau karena memang selalu berdaun hijau sepanjang tahun dan hanya sebagian sebagian saja dari daunnya yang tanggal. Kebanyakan kayu-lunak mempunyai buah bersisik yang berbentuk seperti kerucut. Sedangkan kayu-keras dicirikan dengan kayu daun ini dikarenakan kayu-keras mempunyai daun yang lumayan lebar dan tidak seperti daun jarum contohnya adalah eucalyptus. Pohon daun lebar; 1. Umumnya berbentuk daun lebar 2. Tajuk besar dan membundar 3. Menggugurkan daun 4. Pertumbuhan lambat 5. Umumnya batang tidak lurus dan berbonggol 6. Umumnya memiliki kayu yang lebih keras Pohon daun jarum:
1. Umumnya bentuk daun seperti jarum 2. Tajuk berbentuk kerucut 3. Umunya tidak menggugurkan daun kecuali beberapa jenis pohon saja 4. Pertumbuhan sangat cepat dan lurus ke atas 5. Umumnya memiliki kayu lunak dan ringan Kayu daun lebbar mempunyai sruktur yang lebih lengkap, dari pada kayu daun jarum, memiliki pori-pori ( sel-sel pembuluh). Sedangkan daun kayu jarum tidak memiliki pori-pori melainkan sel trakeida yaitu sel yang berbentuk panjang dengan ujung-ujung yang yang kecil sampai meruncing. sel-sel itu merupakan jaringan dasar kayu jarum dan merupakan bagian yang terbesar dari volume kayu. Contohnya kayu pinus, agathis,jumuju. (Dumanauw, J.F, 1982) 2.2. sifat-sifat kayu Kayu berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat-sifat yang berbedabeda. Bahkan kayu berasal dari satu pohon
memiliki sifat agak berbeda, jika
dibandingkan dengan bagian ujung dan pangkalnya. Dalam hubungan itu maka ada baiknya jika sifat-sifat kayu tersebut diketahui terlebih dahulu, sebelum kayu dipergunakan sebagai bahan bangunan, industri kayu maupun untuk pembuatan perabot. Sifat dimaksud antara lain yang bersangkutan dengan sifat-sifat anomi kayu, sifat-sifat fisik , sifat-sifat mekanik dan sifat-sifat kimianya. Disamping sekian banyak sifat-sifat kayu yang berbeda satu sama lain, ada beberapa sifat yang umum terdapat pada semua kayu yaitu: a. Semua batang pohon mempunyai pengaturan vertikal dan sifat simetri radikal
b. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan dinding selnya terdiri dari senyawa-senyawa kimia berupa selulosa dan hemi selulosa (unsur karbohidrat) serta berupa lignin (non- karbohidrat). c. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, tangensial dan radial). Hal ini disebabkan oleh struktur dan orientasi selulosa dalam dinding sel, bentuk memanjang sel-sel kayu dan pengaturan sel terhadaop sumbu vertikal dan horizontal pada batang pohon. d. Kayu merupakan suatu bahan yang bersifat higroskopik, yaitu dapat kehilangan
atau
dapat
bertambah
kelembapannya
akibat
perubahan
kelembapan dan suhu udara disekitarnya. e. Kayu dapat diserang makhluk hidup perusak kayu, dapat juga terbakar, terutama jika keadaan kayu kering . (Dumanauw, J.F, 1982) Bila sebatang pohon dipotong melintang dan permukaan potongan mnelintang itu dihaluskan, maka akan tampak suatu gambaran unsur-unsur kayu yang tersusun dalam pola melingkar dengan suatu pusat ditengah batang serta deretan sel akyu dengan arah mirip jari-jari roda kepermukaan batang .
sebuah sumbu dapat
dibayangkan melewati pusat itu dan merupakan salah satu sumbu arah utama yang disebut sumbu longitudinal. Sumbu-sumbu arah utama yang lain dapat dibuat tegak lurus pada dan memotong sumbu longitudinal; sumbu ini disebut sumbu arah radian. Selanjutnya yang tegak lurus dengan jari-jari kayu, tetapi tidak memotong sumbu longitudinal, dinamakan sumbu arah tangensial. Ketiga sumbu arah utama ini sangat penting artinya bagi keperluan mengenal sifat-sifat kayu yang khas. Yaitu antara lain
sifat anisotropik yang telah disebut, perbedaan dalam kekuatan kayu, kembang susut kayu dan aliran zat cair di dalam kayu. Disamping itu mengenal kekuatan kayu yang menahan beban, ternyata lebih besar pada arah sumbu longitudinal dari pada arah-arah yang lain. Demikian pula aliran zat cair lebih cepat dan lebih mudah pada arah longitudinal dari pada arah sumbu radian dan tangensial. Sebaliknya kembang susut kayu tersbesar terdapat pada arah tangensial. 2.2.1.Sifat fisik kayu Beberapa hal yang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah: berat jenis, keawetan alami, warna, higroskopik, berat, kekerasan dll. Berat jenis: Kayu memiliki berat jenis yang berbeda- beda berkisar antara minimum 0,20 hinggga BJ 1,28 . Berat jenis merupakan petunjuk pentingbagi aneka sifat kayu. Makin berat kayu itu, umumnya makin kuat pula kayunya. Semakin ringan suatu jenis kayu, akan berkurang pula kekuatannya. Berat jenis ditentukan antara lain oleh tebal dinding sel, kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. Berat jenis diperoleh dari perbandingan antara berat dari suatu volume kayu tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standart. Umumnya berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu kering tanur atau kering udara dan volume kayu pada posisi kadar air tesebut. Keawetan alami kayu: Ternyata berbeda-beda pula. Yang dima ksud dengan keawetan alami , adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti: jamur, rayap, bubuk, cacing laut, dan makhluk lainnya yang diukur dengan jangka waktu tahunan. Keawetan kayu tersebut disebabkan oleh adanya suatu zat didalam
kayu (zzat ekstraktif) yang merupakan sebagian unsur racun bagi perusak-perusak kayu, sehingga perusak tersebut tidak sampai masuk dan tinggal didalamnya serta merusak kayu. Misalnya kayu jati memiliki tektoquinon, kayu ulin memiliki silica dll. Sehingga jenis-jenis ini
mempunyai cukup
keawetan secara alami. Indonesia
membedakan lima kelas keawetan kayu (lihat pada Bab pengawetan kayu). Zat ekstraktif pada kayu mulai terbentuk disaat kayu gubal berubah menjadi kayu teras. Oleh karena itu kayu teras pada semua jenis umumnya lebih awet dibandingkan dengan kayu gubalnya. Selain itu kayu gubal sel-selnya masih hidup dan sebagai tempat cadangan bahan makanan serta kayunya lunak, sehingga lebih mudah bagi perusak-perusak kayu untuk menembus dan merusak kayu tersebut. Warna kayu Ada
beraneka macam, antara lain warna kuning, keputih-putihan, coklat
muda, coklat tua, kehitam-hitaman, kemerah-merahan dan lain sebagainya. Hal ini disebabkan oleh zat-zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda. Warna sesuatu jenis kayu dap[at dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut : tempat didalam batang , umur pohon, kelembapan udara. Kayu teras umumnya memiliki warna yang lebih jelas atau lebih dari pada warna bagian kayu yang ada disebelah luar kayu teras, yaitu kayu gubal. Kayu yang lebih tua dapat lebih gelap dari kayu pohon yang lebih muda dari jenis yang sama. Kayu yang kering berbeda pula warnanya dari pada kayu yang basah. Kayu yang lama berada di luar dari lebih gelap, dapat juga lebih pucat dari pada kayu yang lebih segar dan kering udara. pada pengenalan kayu, warna kayu yang dipakai adalah warna kayu terasnya. Pada umumnya warna sesuatu jenis kayu bukanlah warna yang murni, tetapi warna campuran beberapa jenis warna.
Higroskopik Kayu mempun yai sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskanair atau kelembaban. Suatu petunjuk, bahwa kelembaban kayu sangat dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu udara pada suatu saat. Makin lembab udara di sekitar akan makin tinggi pula kelebaban kayu sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya. Kandungan air pada kayu serupa inidina makan kandungan air kesembangan (EMC= Equilibrium Moisture Content) dengan masuknya air kedalam kayu itu, maka berat kayu akan bertambah. Selanjutnya masuk dan keluarnya kayu menyebabkan kayu itu basah atau kering. Akibatnya kayu itu akan mengembang atau menyusut. Tekstur Tekstur adalah ukuran relatif sel-sel kayu. Yang dimaksud dengan sel-sel kayu adalah serat-serat kayu. Jadi dapat dikatakan tekstur adalah ukuran relatif serat-serat kayu. Berdasarkan teksturnya, jenis kayu digolongkan ke dalam: a. Kayu tekstur halus contoh: giam, lara, kulim dan lain-lain b. Kayu tekstur sedang contoh jati, sonokoling dan lain-lain c. Kayu tekstur kasar contoh : kempas, meranti dan lain-lain Serat Bagian ini terutama menyangkut sifat kayu, yang menunjukkan arah umum sel-sel kayu didalam kayu terhadap sumbu batang pohon asal pohon tadi. Arah serat dapat di tentukan oleh arah alur-alur yang terdapat pada permukaan kayu. Kayu dikatakan berserat lurus, jika arah sel-sel kayunya sejajar dengan sumbu batang. Jika
arah sel-sel itu menyimpang atau membentuk sudut terhadap sumbu panjang batang, dikatakan kayu tersebut berserat mencong. Berat kayu Berat sesuatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun, ronggga-rongga sel atau jumlah pori-pori, kadar a ir yang dikandung dan zat-zat ekstraktif di dalamnya. Berat suatu jenis kayu ditunjukkan dengan besarnya berat jenis kayu yang bersangkutan, dan dipakai sebagai patokan berat kayu. Kekerasan Pada umumnya terdapat hubungan langsung antara kekerasan kayu dan berat kayu. Kayu-kayu yang keras juga termasuk kayu-kayu yang berat. Sebaliknya kayu yang ringan juga kayu yan lunak. Kesan raba Kesan raba sesuatu jenis kayu adalah yang diperoleh pada saat kita meraba permukaan kayu tersebut. apakah kayu tersebut memberikan kesan kasar, halus, licin, dingin. Kesan raba yang berbeda- beda itu untuk tiap-tiap jenis kayu tergantung dari: tekstur kayu, besar kecilnya air yang dikandung, dan kadar ekstraktif di dalam kayu. Bau dan rasa Bau dan rasa kayu mudah hilang bila kayu itu lama tersimpan di udara luar. Untuk mengetahui bau dan rasa kayu perlu dilakukan pemotongan atau sayatan yang baru pada kayu atau dengan membasaho kayu tersebut. sebab ada jenis-jenis kayu yang mempunyai bau yang cepat hilang, atau memiliki bau yang cukup merangsang.
Nilai dekoratif Umumnya menyangkut jenis kayu yang akan dibuat untuk tujuan tertentu yang hanya mementingkan keindahan pada kayu tersebut. 2.2.2. Sifat mekanik kayu Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu adalah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari uar. Yang dimaksud dengan muatan dari luar adalah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda. Kekuatan kayu memegang peranan penting dalam penggunaan kayu untuk bangunan, perkakas
dan lain penggunaan. Hakekatnya hampir pada semua
penggunaan kayu, dibutuhkan syarat kekuatan seperti keteguhan tarik, keteguhan kompressi, keteguhan geser, keteguhan lengkung, kekakuan, keuletan, kekerasan, dan keteguhan belah. 2.2.3. Sifat kimia kayu Komponen kimia didalam kayu, mempunyai arti yang penting, karena menentukan kegunaan sesuatu jenis kayu. Juga dengan mengetahuinya, kita dapat membedakan jenis-jenis kayu. Susunan kimia kayu digunakan sebagai pengenal ketahanan kayu terhadap serangan makhluk perusak kayu. Selain itu dapat pula menentukan penerjaan dan pengolahan kayu, sehingga di dapat hasil yang maksimal. (Dumanauw, J.F, 1982) 2.3. Bahan- Bahan yang Terdapat dalam Kayu Kandungan bahan yang terdapat dalam kayu dapat dibagi menjadi 4 bagian, yaitu:
1. Selulosa 2. Hemiselulosa 3. Lignin 4. Ekstraktif Distribusi komponen kimia tersebut dalam dinding sel kayu tidak merata. Kadar selulosa dan hemisellulosa banyak terdapat dalam dinding sekunder. Sedangkan lignin banyak terdapat dalam dinding primer dan lamela tengah. Zat ekstraktif terdapat di luar dinding sel kayu. Komposisi dan sifat-sifat kimia dari komponen-komponen ini sangat berperan dalam proses pembuatan pulp. Pada setiap pemasakan, kita ingin mengambil sebanyak mungkin selllulosa dan hemiselllulosanya, disisi lain lignin dan extractive tidak dibutuhkan/dipisahkan dari serat kayunya. Komposisi kimia kayu bervariasi untuk setiap spesies. Secara umum, hardwood atau kayu jarum (Gymnospermae) mengandung lebih banyak selllulosa, hemiselllulosa dan ekstraktif dibanding dengan softwood atau kayu daun (Angiospermae), tetapi kandungan lignin nya lebih sedikit.
Tabel 2.1.:Komposisi Typical Chemical Antara Hardwoods dan Softwoods.
Komponen
Softwoods
Hardwoods
42 ± 2 %
45 ± 2%
27 ± 2 %
30 ± 5 %
27 ± 2 %
20 ± 4 %
3±2%
5
Selulosa Hemiselulosa Lignin ±3%
Ekstraktif Sumber : Training manual PT. Toba Pulp Lestari, Tbk 2.3.1. Selulosa Selulosa merupakan bagian utama yang membentuk dinding sel daripada kayu. Merupakan polimerisasi yang sangat kompleks dari gugus karbohidrat yang mempunyai persen komposisi yang mirip dengan “starch” yaitu glukosa
yang
terhidrolisa oleh asam. Sifat – sifat polimer selulosa Sifat-sifat polimer selulosa biasanya dipelajari dalam keadaan larutan, menggunakan pelarut seperti CED atau Kadoksen. Berdasarkan sifat-sifat larutan kesimpulan dapat diperoleh mengenai berat molekul rata-rata, polidisperitas, dan konformasi polimer. Pengukuran-pengukuran berat molekul menunjukkan bahwa sellulosa kapas dalam keadaan asalnya mengandung kira-kira 15000 dan selulosa kayu mengandung kira-kira 10000 sisa glukosa (Sjostrom, E. 1995).
2.3.2. Hemiselulosa Hemiselllulosa
juga merupakan polimer-polimer gula. Berbeda dengan
glukosa yang terdiri hanya dari polimer glukosa, hemiselllulosa merupakan polimer dari lima bentuk gula yang berlainan yaitu : glukosa, mannose, galaktosa, xylosa dan arabinosa. Rantai hemiselulosa lebih pendek dibandingkan dengan rantai selllulosa, karena hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi yang lebih rendah. Molekul hemiselllulosa terdiri dari 300 unit gugus gula. Berbeda dengan selllulosa, polimer hemiselllulosa berbentuk tidak lurus, tapi merupakan polimer-polimer yang berarti hemiselllulosa tidak akan dapat membentuk struktur Kristal dan serat mikro seperti halnya selulosa. Pada proses pembuatan pulp hemiselllulosa bereaksi lebih cepat dibandingkan dengan selllulosa. Hemisellulosa dapat tersusun oleh gula dengan rumus C5H10O5 disebut pentosan atau gula dengan rumus C6H12O6 disebut hexosan. Zat-zat ini terdapat sebagai bahan bangunan dinding-dinding sel dan juga sebagai bahan cadangan. . (Dumanauw, J.F, 1982). 2.3.3. Lignin Lignin adalah suatu zat fenolit, terdiri atas susunan tak beraturan dari berbagai ikatan hidroksi dan metoksi yang tersubstitusi pada satuan-satuan fenil propana. Adanya lignin didalam pulp menyebabkan warna pada pembuatan kertas untuk maksud tertentu seperti kertas cetak. Lignin perlu dipisahkan dari pulp melalui proses pemutihan. Lignin adalah polimer yang sangat kompleks, juga merupakan komponen utama penyusun kayu dengan kandungan antara 17-32% berat kayu kering.
Struktur molekul lignin sangat berbeda bila dibandingkan dengan polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenil propana. Dalam kayu lunak kandungan lignin lebih banyak bila dibandingkan dalam kayu keras. Sifat kimia lignin sangat rumit oleh karena itu tidak banyak ahli yang menjelaskan tentang lignin. Lignin merupakan senyawa yang tidak diharapkan dalam pembuatan pulp karena akan membuat lembaran kaku dan mengurangi aktivitas ikatan permukaan antara serat dan akan menghalangi pengembangan serta sehingga menurunkan kualitas pulp yang dihasilkan. Sifat-sifat lignin secara umum antara lain tidak larut dalam air, berat molekul berkisar antara 2000-15000, molekul lignin mengandung gugus hidroksil, metoksil dan karboksil dan bila didegradasi oleh basa akan membentuk turunan benzene (Fessenden,1992). Lignin merupakan suatu polimer alami yang sukar yang berkaitan dengan struktur dan heterogenitasnya. Dalam kebanyakan penggunaan kayu lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam pembuatan pulp dan pengelantangan lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegredasi dan berubah, dan merupakan sumber karbon lebih dari 35 juta Ton tiap tahun diseluruh dunia yang sangat potensial untuk keperluan kimia dan energi.Yang disebut lignin klason diperoleh setelah penghilangan polisakarida yang dari kayu yang ekstraksi (bebas damar) dengan hidrolisis dengan asam sulfat 72%. Lignin juga larut sebagai alkali lignin bila kayu diperlukukan pada suhu tinggi (170oC) dengan natrium hidroksida atau lebih baik, dengan campuran Natrium Hidroksida dan Natrium Sulfida ( lignin sulfat atau lignin kraft) lignin lebih
lanjut diubah menjadi turunan yang larut dalam alkali dengan larutan asam klorida (HCl) dan asam Tioglikolal pada 100oC. Lignin kayu lunak dapat ditentukan secara gravimetri dengan metoda Klakson. Kayu lunak normal mengandung 26-36% lignin sedangkan kandungan lignin kayu keras adalah 35-40%. Lignin yang terdapat dalam kayu keras, sebagian larut selama hidrolisis asam dan karena itu harga-harga gravimetri harus dikoreksi untuk “Lignin” yang larut dalam asam dengan menggunakan spektrofotometri UV (Wegener, 1985). Polisakarida dapat dihilangkan dengan enzim-enzim dari bubukkayu yang digiling halus. Metodenya menjemukan, akan tetapi “lignin enzim sellulotik (CEL)” yang dihasilkan pada dasarnya tetap mempertahankan struktur aslinya tanpa perubahan. Lignin juga dapat diekstraksi dari kayu dengan menggunakan air dan asam klorida, tetapi terjadi perubahan struktur yang cukup besar. Disamping enzim sellulotik, lignin yang disebut lignin Bjorman, juga disebut lignin kayu yang digiling sejauh ini merupakan bahan yang paling baik, dan telah digunakan secara luas untuk strudy struktur (Sjostrom, E.1995) 2.3.4. Ekstraktif Ekstraktif mencakup sejumlah senyawa kimia yang luas, meskipun terdapatnya dalam kayu biasanya dalam jumlah yang kecil. Ekstraktif sampel kayu yang telah diisolasi dapat digunakan untuk menentukan struktur dan komposisi komponen-komponen penyusunnya. Dalam analisis kayu secara umum, hanya kuantitasnya yang ditentukan secara isolasi. Dengan cara ini diperoleh kayu bebasekstraktif yang dapat digunakan sebagai bahan awal untuk mengisolasi dan menganalisis komponen dan dinding sel makromolekul.
Ekstraktif terdiri atas jumlah yang sangat besar dari senyawa-senyawa tunggal tipe lipofil maupun hidrofil. Ekstraktif dapat dipandang sebagai konstituen kayu yang tidak struktural, hampir seluruhnya terbentuk dari senyawa-senyawa ekstraselluler dan berat molekul rendah. Kandungan ekstraktif biasanya kurang dari 10%, tetapi ia dapat bervariasi dari dari jejak hingga sampai 40% berat kayu kering. Untuk tujuan analitik dan untuk identifikasi komponen-komponen individual, maka metode kromatografi cairan-gas yang digabung dengan spektrofotometri massa memainkan peranan penting. (Sjostrom, E.1995) Umumnya adalah zat yang mudah larut dalam pelarut seperti; eter, alkohol, bensin dan air. Zat ekstraktif tidak merupakan bagian struktur dinding sel, tetapi terdapat dalam rongga sel. Zat ekstraktif memiliki arti yang penting dalam kayu karena : -
Dapat mempengaruhi sifat keawetan, warna, bau, dan rasa sesuatu jenis kayu.
-
Dapat digunakan untuk mengenal sesuatu jenis kayu
-
Dapat menyulitkan dalam pengerjaan dan mengakibatkan kerusakan pada alatalat pertukangan. (Dumanauw, J.F, 1982).
2.4. Bleaching (pengelantangan) Warna pada pulp yang belum diputihkan umumnya disebabkan oleh lignin yang tersisa. Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat, jadi menghasilkan kualitas pulp yang rendah. Oleh karena itu, proses pemasakan agar benar-benar cukup dimana proses penghilangan lignin dengan bahan kimia, umumnya memiliki suatu dampak terhadap dekomposisi dari lignin.
Pada normalnya proses penghilangan lignin adalah melarutkan pulp ke bentuk yang larut dalam air. Penghilangan bentuk-bentuk lignin merupakan kehilangan sebahagian dari hasil pada proses pemutihan, yang mana ini adalah antara 5% sampai dengan 10% (dihitung mulai dari pulp yang telah selesai dimasak), tergantung pada metode pemasakan dan sasaran brighness dari pulp. Lignin pada pulp kelihatan dalam berbagai macam bentuk tergantung kepada kondisi-kondisi proses pulp yang berlangsung. Lignin ini sangat reaktif yang berarti bahwa ini mudah dipengaruhi oleh bahan kimia seperti klorin (Cl2), hipoklorit (OCl), hidrogen peroksida (H2O2), dan lain-lain.Kemudian molekul lignin terurai menjadi partikel-partikel yang lebih kecil yang larut dalam air, dan dapat dihilangkan dari pulp. Variabel-variabel dasar pada proses pemutihan adalah bahan kimia, kekuatan, waktu, temperatur, dan pH. 2.4.1. Bahan Kimia Proses Pemutihan (Bleaching) 1.Sodium Hidroksida (NaOH) Pada saat klorin bereaksi dengan lignin dan resin, sebahagian besar saja yang dihasilkan tersebut larut dengan air. Karena klorinat lignin dan resin sangat mudah larut dalam larutan alkali, perlakuan alkali menyusun setelah proses korinasi. Sodium Hidroksida (NaOH) (caustic soda) merupakan salah satu alkali kuat yang ada. Ini merupakan bahan kimia yang dapat menyebabkan luka bakar pada kulit. Penanganan caustic soda harus memperhatikan keseluruhan tindakan pencegahan. Pada proses pemutihan normalnya digunakan alkali encer dengan konsentrasi kira-kira 120 gram/Liter.
2.Oksigen (O2) Gas oksigen (O2) digunakan seabagai suatu zat pemutih bersama-sama dengan alkali pada tahap ekstraksi. Gas oksigen (O2) memperkuat sifat-sifat pulp yang diputihkan. Hal ini membuat berkurangnya emisi yang dapat mengganggu terhadap lingkungan. 3.Sodium Hipoklorit (NaOCl) Hipoklorit (NaOCl) adalah persenyawaan klorin yang pertama digunakan untuk proses pemutihan (biasanya disebut”hypo”). Rumus kimia sodium hipoklorit adalah NaOCl. Sodium hipoklorit (NaOCl) dibuat dari klorin (Cl2) dan caustic soda. Senyawa ini merupakan larutan yang sangat tidak stabil dan cenderung terurai yang meningkat dengan kenaikan konsentrasi dan temperatur serta berkurangnya sifat alkali. Hipoklorit (OCl) biasanya dibuat dengan konsentrasi alkali yang berlebihan (kira-kira 4 gr/liter) untuk menjaga kesetabilan larutan. Kandungan klorin(Cl2) pada larutan hipoklorit (OCl) diperkirakan sebesar 4044 gr/liter. Tujuan utama perlakuan dengan mengunakan hipoklorit (OCl) adalah untuk meningkatkan brightness pada pulp. Ini dicapai dengan tindakan oksidasi dari hipoklorit (OCl) pada lignin dan bahan-bahan berwarna yang lain yang terdapat pada pulp dengan cara mengubahnya menjadi tidak berwarna. Bagaimanapun reaksi ini, sangat serius merusak serat selulosa kecuali bila kondisi-kondisi operasi seperti pH, temperatur, waktu tinggal, dan jumlah hipoklorit (OCl) yang digunakan dikendalikan secara hati-hati. Degredasi ini dikendalikan bertujuan untuk mencapai kekuatan pulp yang dikehendaki (kendala viskositas).
4.Klorin Dioksida (ClO2) Klorin dioksida (ClO2) adalah salah satu bahan kimia pengoksidasi kuat, kerja dari proses pemutihan ini umumnya dengan cara oksidadi terhadap lignin dan bahanbahan berwarna yang lainnya. Ini digunakan untuk memutihkan pulp yang berkualitas sebab ini memiliki keunikan yang sanggup mengoksidasi yang bukan selulosa dengan kerusakan pada selllulosa (C6H10O5)n yang minimum. Brightness tinggi yang dihasilkan dengan klorin dioksida adalah stabil. Pada bleaching plant, klorin dioksida(ClO2) digunakan sebagai suatu larutan gas dalam air (Sirait,2003). 5.Hidrogen peroksida (H2O2) Bahan kimia pengelantang yang utama dan praktis satu-satunya dengan sifat-sifat oksidatif yang digunakan untuk pengelantang yang melindungi lignin adalah hidrogen peroksida atau garam natriumnya yaitu natrium peroksida. Hidrogen peroksida merupakan asam lemah dan bagian-bagian pengelantang yang aktif adalah anion peroksida nukleofil (H2O-), yang menyerang struktur-struktur karbonil yang mengubah mereka menjadi sistem-sistem yang kurang bersifat kromofor tanpa terjadi degradasi yang ekstensif dan pelarutan lignin. Dalam praktek, pengelantangan peroksida dilakukan pada suhu 50-60oC dan harga pH awal sekitar 11, yang pada bagian akhir akan turun menjadi sekitar pH 9. Untuk mencegah peruraian peroksida, yang terjadi dengan adanya ion-ion logam berat perlu menambah penstabil yaitu magnesium silikat. Pada kondisi-kondisi yang dioptimasi dapat diperoleh E.1995)
kenaikan derajat putih ISO sekitar 20%. (Sjostrom,
2.4.2.Tahap – Tahap Proses Pemutihan (Bleaching) Operasi pemutihan (Bleaching) terdiri dari 4 tahap, untuk 2 tahap yang pertama pada BKP dan DKP adalah sama, tahap pertama adalah perlakuan pengolahan terhadap pulp dengan menggunakan Khlorine Dioksida (ClO2) yang diikuti dengan Ekstraksi oleh Kaustik/Oksigen pada tahap yang kedua. Pemutihan (Bleaching) pada tahap ketiga dan keempat pada BKP adalah perlakuan dengan Khlorine Dioksida (ClO2). Untuk DKP tahap yang ketiga adalah perlakuan pengelolahan dengan Klorin Dioksida (ClO2) yang diikuti dengan sodium Hypo-Khlorite (NaOCl) pada tahap yang terakhir. Pulp dari bagian pemutihan (Bleaching) disimpan di dalam Bleach High Density Stored Tower dengan konsistensi 12%.Pulp tersebut kemudian dikirim ke unit penyaringan dan Centri-Cleaner sebelum dijadikan ke dalam bentuk lembaran pada pulp machine dan dikeringkan di dalam sebuah alat pengeringan dengan nama Air Borne Flakt Drier, sesudah itu, lembaran tersebut dipotong-potong, ditimbang, dibungkus, diikat dengan kawat dan diberi tanda serta disimpan di Gudang. Cairan lindi hitam (Black Liquor) berkonsentrasi rendah yang berasal dari unit pencucian dipekatkan dengan menggunakan Evaporator jenis failling film plate dan Konsentrator. Cairan yang sudah dipekatkan dengan konsentrasi 65% padatan selanjutnya dibakar didalam sebuah Ketel Uap dan pemutih bahan kimia. Uap air tekanan tinggi diproduksi dengan membakar bahan organik yang dapat di dalam cairan, ini digunakan untuk menghasilkan sumber elektrik pada Turbo Generator dan kelebihan steam digunakan untuk tujuan pemanasan pada proses (PT TPL,2002) Pengelantangan modern biasanya dilakukan dengan rangkaian tahap-tahap dengan menggunakan bahan kimia dan kondisi yang berbeda pada masing-masing
stage.Biasanya perlakuan bahan-bahan kimia dituliskan dengan simbol-simbol berikut seperti dibawah ini: 1. Klorinasi (C), yaitu reaksi dengan klorin dalam media asam 2. Ekstraksi alkali (E), yaitu pelarutan hasil reaksi dengan kaustik. 3. Ekstraksi Oksidasi (EO). 4. Ekstraksi Oksidasi yang diperkuat dengan peroksida 5. Hipoklorit (H), yaitu reaksi dengan hipoklorit dalam media alkali 6. Klorin dioksida (DO),reaksi dengan klorin dioksida dalam media alkali 7. Oksidasi (O) yaitu reaksi dengan oksigen dalam media alkali.
Pada tahap klorinasi, lignin diklorinasi menjadi khlorolignin ( yang akan menjadi terlarut pada tahap ekstraksi ), sehingga proses delignifikasi terjadi. Untuk mencapai pengelantangan penuh dengan derajat putih (brightness) 8990% ISO,mula-mula pengelantangan dilakukan dengan 4 stage yaitu DO-EO-D1-D2.. Tahap I, Klorin Dioksida (Do) Pulp hasil pencucian dan pennyaringan dialirkan dengan stock pump menuju unbleach tower yang berkapasitas 2000 m3. Klorin dioksida (ClO2) dicampur didalam stock tank kemudian dialirkan keunbleach tower. Campuran pulp dengan bahan kimia ClO2 (klorin dioksida) dialirkan ke blow stock blending tank, dan didalamnya campuran pulp dan bahan kimia tersebut akan bereaksi. Kemudian pulp dipompakan menuju Do tower(menara klorinasi) melalui sebuah pipa. Dan didalam pipa, ClO2 (klorin dioksida) diinjeksikan lagi dan juga terdapat mixer untuk mencampurnya.
Campuran bahan kimia dan pulp ini masuk kedalam Do tower yang berkapasitas 335 m3, pada bagian bawah dan keluar melalui bagian atas. • Temperatur reaksi
: 60-65oC
• Brightness akhir
: 55-60% ISO
• Waktu
: ± 45 menit
• pH reaksi
: 2-4
1. Tahap II, ekstraksi oksidasi Peroksida( E/O/P) Konsistensi pulp pada tahap ini adalah 10% dan alkali/caustic soda (NaOH (sodium hidroksida)) akan ditambah sebelum pulp masuk ke ekstrak tower atau menara ekstraksi. Jumlah NaOH (sodium hidroksida) yang ditambahkan diatur melalui katub PH. Bahan kimia yang digunakan adalah NaOH (Sodium Hidroksida), O2 (oksigen), H2O2 (peroksida). •
Temperatur reaksi
: 70-75 oC
•
Brightness akhir
: 65-75% ISO
•
Waktu
: 45-60 menit
•
PH reaksi
: 10,8-11
2. Tahap III, Dioksida I (DI) Tahap lanjutan ini juga memakai klorin dioksida (ClO2) sebagai bahan pengelantang dan NaOCl ( sodium hipoklorit) juka diperlukan. Tujuan utama dalah untuk menaikkan brightness pulp sesuai dengan target yang ingin dicapai. Proses pada tahap ini berlangsung :
•
Temperatur reaksi
: (HYPO) 40- 50 oC (ClO2) 78- 80oC
•
Brightness akhir
: 85-88% ISO
•
Waktu
: 180 menit
•
pH reaksi
: 3,0-3,5
3. Tahap IV, Peroksida (DII) Pulp dari tahap dioksida pertama diproses selanjutnya ditahap peroksida (H2O2). Prinsip perlakuan kimia pada tahap ini sama dengan tahap dioksida pertama. Tujuannya adalah untuk penyempurnaan kemurnian pulp dan tercapainya brightness pulp. Bahan kimia yang dipakai juga menggunakan ClO2 (Klorin dioksida). •
Temperatur reaksi
: 78-80oC
•
Brightness akhir
: 89-90% ISO
•
Waktu
: 240 menit
•
pH reaksi
: 3,0-3,5
2.4.3.Pemutihan Menggunakan Klorin dioksida (ClO2) Warna dari pulp yang belum diputihkan umumnya disebabkan oleh lignin yang tersida di dalam pulp setelah proses pemasakan.Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat, sehingga menghasilkan kualitas pulp yang rendah. Klorin dioksida (ClO2) adalah salah satu bahan kimia pengoksidasi yang kuat, berwarna hijau kekuning-kuningan pada konsentrasi tinggi warnanya berubah menjadi
orange, dapat larut dengan air dingin, merupakan campuran yang terdiri dari air dan ±16% Cl2 memiliki titik beku -59oC , dan titik didihnya +11oC. Kerja dari cara proses pemutihan ini umumnya dengan cara mengoksidasi lignin dan bahan-bahan berwarna lain yang terdapat didalam pulp. Digunakan untuk memutihkan pulp yang berkualitas sebab dapat mengoksidasi bahan yang bukan merupakan selulosa dengan kerusakan pada selulosa yang minimum, dan brightness tinggi yang dihasilkan dengan klorin dioksida (ClO2) adalah (Sirait,2003).
Tabel 2.2. Sifat-sifat fisis Klorin Dioksida No. Sifat-sifat fisis
Nilai
1.
Berat molekul
67,46
2.
Titik leleh (oC)
-59
3.
Titik didih (oC)
11
4.
Densitas (gr/cm3)
5.
6.
7.
Pada temperatur -56oC
1.765
Pada temperatur 11oC
1.620
Entalpi Pada temperatur 298,15oK(kj/mol)
102.6
Pada temperatur 298,15oK (Kcal/mol)
24,5
Energi bebas Pada temperatur 298.15oK (kj/mol)
120.6
Pada temperatur 298.15oK (Kcal/mol)
28.8
Energi potensial Pada PH 4-7 (V)
0,95
Sumber : Module Bleaching PT.Toba Pulp Lestari,Tbk Tahun 2003 Selain dari sifat-sifat fisis diatas, klorin dioksida (ClO2) juga memiliki sifat-sifat kimia yang dominan, yaitu:
1. Klorin dioksida (ClO2) merupakan oksidator yang kuat 2. Memiliki reaktivitas yang tinggi dalam fase gas 3. Reaksinya sangat lambat terhadap karbohidrat (C6H12O6) 4. Dalam bentuk murni cenderung terurai dan mudah meledak 5. Dalam pulp, klorin dioksida (ClO2) hanya bereaksi dengan lignin
2.4.4.Proses Kimiawi Pemutihan Dengan Klorin Dioksida (ClO2) Klorin dioksida (ClO2) dapat dibuat dari Natrium Klorat (NaClO3) dengan adanya senyawa-senyawa pereduksi, misalnya Belerang dioksida (SO2): 2NaClO3 +
H2SO4
2 ClO2 + 2NaHSO4
Pada saat pulp diberikan perlakuan dengan klorin dioksida (ClO2), ini bereaksi dengan air dan komponen-komponen pulp, umumnya lignin dan resin melengkapi reaksi. Klorin dioksida (ClO2) bereaksi dengan air sesuai dengan persamaan reaksi berikut ini : 2ClO2 + H2O
HClO +
HClO2
Reaksi ini lambat pada kondisi asam, agak baik pada temperatur tinggi, akan tetapi kecepatan reaksi meningkat dengan suatu kenaikan terhadap pH 1. Asam klorat (HClO3) tidak reaktif diatas pH 6, akan tetapi ini menjadi suatu zat pemutih yang efektif seperti berkurangnya pH dan sangat reaktif dibawah pH 3. Bagaimanapun, kecepatan reaksi antara klorin dioksida (ClO2) dan komponenkomponen pulp adalah lebih cepat. Langkah pertama adalah satu elektron
memindahkan klorin dioksida (ClO2) yang tereduksi menjadi sebuah ion klorin (Cl-) dan mengoksidasi lignin pada pulp. ClO2
+
ClO2-
e
Selama pH turun dibawah 7, ion korit bereaksi dengan sebuah ion hydrogen (H+) membentuk asam klorat pada keseimbangan reaksi berikut ini : ClO2- + H+
HClO2
Asam klorat (ClO3) pada filtrat menunjukkan suatu kehilangan sebahagian kekuatan pengoksidasi dari ClO2 (klorin dioksida). 2.4.5.Reaksi Klorin Dioksida (ClO2) dengan Lignin Pada proses pengelantangan pulp, korin dioksida (ClO2) akan bereaksi dengan komponen-komponen pulp terutama lignin dengan mengikuti persamaan reaksi berikut : Substitusi Cl2 + (Lignin) + H+
(Lignin)-Cl + HCl
Oksidasi Cl2 + (Lignin)
(Lignin teroksidasi) + 2HCl
Pada proses pemutihan pulp, lignin yang bereaksi dengan klorin dioksida (ClO2) larut dalam air dengan reaksi oksidasi penghancuran molekul-molekul lignin
yang besar. Klorin dioksida (ClO2) tidak bereaksi pada kecepatan reaksi yang berarti terhadap kelompok alifatik jenuh. Dengan demikian karbohidrat (H6C12O6) tidak akan mengalami kerusakan yang berarti dengan ClO2 (klorin dioksida).
2.5. Bilangan Kappa (Kappa number) Agar supaya pengendalian tahapan pemutihan berjalan dengan efesien untuk mendapatkan pulp dengan kualitas yang diharapkan maka dilakukan beberapa pengujian, yaitu: •
Kappa number (bilangan kappa) yaitu : pengujian untuk mengetahui tingkat delignifikasi, kekuatan relatif dari pulp dan kesanggupannya untuk diputihkan.
•
Brightness (Kecerahan) yaitu : sifat lembaran pulp untuk memantulkan cahaya yang diukur pada suatu kondisi yang baku, digunakan sebagai indikasi tingkat keputihan. Keputihan pulp diukur dengan kemampuan memantulkan cahaya monokromatik dan diperbandingkan dengan standar yang telah diketahui (biasanya Magnesium Oksida),dan diukur dengan alat Brightnessmeter (Elrepho)
•
Viskositas yaitu : pengujian terhadap kekuatan dari pada pulp, pengujian mengevaluasi derajat polimerisasi dari pada selulosa atau dengan kata lain degradasi dari pada selulosa. (Sirait, 2003).
Pengukuran lignin (kappa number) pada proses pembuatan pulp merupakan kunci sukses dalam mengoptimumkan prosespembuatan pulp. Informasi kappa number ini sangat berguna untuk mengontrol parameter selama proses pemasakan
berlangsung seperti : H-Factor, Liquor to wood ratio, jumlah konsumsi WL, kadar air kayu, efisiensi pencucian, temperatur dan sebagainya. Dalam skala industri, telah dipasang sensor kappa number untuk melihat nilai kappa number. Sebenarnya kappa number on-line mengukur sampel dengan menggunakan teknik optik berdasarkan absorbsi sinar UV. Kemampuan lainnya adalah mengukur parameter lain seperti konsistensi, temperatur dan pH yang dikenali oleh alat dan akan menyalakan alarm jika hasil yang diinginkan menyimpang dari standar. Kunci untuk monitoring dan control pemasakan dengan menggunakan kappa number on-line ini sangat penting untuk mengontrol proses delignifikasi. Juga sangat berguna untuk mengontrol beberapa parameter untuk bleaching. Untuk digester, semakin sering analisa kappa number dilakukan dapat meningkatkan variasi kappa number hingga level 20% dan menjaga kappa number tetap dalam target (masuk standar).
Ketelitian dari analisa kappa number ini akan membantu operator digester untuk mengontrol jalannya digester, mulai dari start up, proses berjalan, penukaran material dan sebagainya.Kappa number menggunakan sejumlah larutan permanganat dengan jumlah tertentu yang ditambahkan ke dalam pulp sampel. Setelah beberapa waktu, permanganat bereaksi dengan pulp yang ditentukan dengan metoda titrasi. Kappa number kemudian ditentukan sebagai jumlah ml 0,1 N larutan KMnO4 yang dikonsumsi oleh 1 gram pulp dalam waktu 10 menit dengan suhu 25 oC. Untuk proses kraft pulp hubungan antara lignin dan kappa number adalah Lignin (%) = 0.147 x Kappa number. Metode-metode yang lain tidak familiar digunakan di Indonesia adalah permanganate number (K-number) yang secara luas digunakan di daerah Amerika Utara. Roe number (hypo test) dan chlorine number adalah dua test yang
tidak digunakan lagi untuk test lignin karena reagen yang digunakan sangat berbahaya dan banyak permasalahan dalam penanganannya. Bilangan kappa merupakan pengujian kimia yang diperlakukan terhadap pulp untuk
menentukan
tingkat
delignifikasi,
kekuatan
relatif
dari
pulp
dan
kesanggupannya untuk diputihkan. Pulp merupakan serat dari mana kertas dibuat, terutama sellulosa. Pengujian bilangan kappa mengindikasikan kandungan lignin dan kemampuan pulp tersebut untuk diputihkan. Pengujian didasarkan kepada reaksi dengan potasium permanganat (KmnO4). Normalnya pulp coklat dan pulp setelah ,melewati tahap proses alkali ekstraksi diperiksa bilangan kappanya di laboratorium.Untuk proses kraft pulp hubungan antara lignin dan kappa number adalah Lignin (%) = 0.147 X Kappa number. 2.6.Brightness Brightness pulp diukur pada tahap yang berbeda-beda didalam proses pemutihan, sebagaimana salah satu tujuan yang paling penting daripada proses pemutihan adalah untuk mencapai brightness yang spesifik terhadap pulp yang dihasilkan. Sebuah alat pengukur tingkat refleksi atau pengukur brightness digunakan di laboratorium untuk mengukur brightness contoh pulp yang dibuat dalam bentuk lembaran. Ini memantulkan cahaya yang diukur dan dinyatakan sebagai persen daripada (seperti magnesium oksida). Jadi, nilai brightness 90 ISO artinya, pada kondisi yang standar dari cahaya dan pengamatan, suatu kekuatan memantulkan adalah (pada panjang gelombang sebesar 457 mm) 90% dari batangan magnesium oksida. Pulp setelah tahap hipoklorit, tahap klorin dioksida dan pulp yang keluar dari tahap akhir proses pemutihan secara normal diperiksa brightnessnya.
Pada bleaching plant dengan sistem pengendali yang bekerja secara otomatis, ada instrumen yang terpasang pada jalur tersebut untuk mengukur brightness pulp stock pada tahap-tahap klorinasi, hipoklrit dan klorin dioksida. Pengukuran ini dipergunakan untuk mengendalikan dosis bahan kimia didalam tahap tersebut. 2.7.Konsistensi Konsistensi merupakan berat kering serat dalam 100 gram campuran pulp/air. Ini adalah subuah ukuran terhadap konsentrasi bubur pulp. Konsistensi 5 % artinya bahwa 5 bagian dari pulp kering bergabung dengan 95 bagian air.
Konsistensi =
x 100%. (Sirait, 2003)
2.7.1. Pengaruh konsistensi Pengaruh konsistensi terhadap efisiensi pemutihan dengan klorin dioksida adalah kecil, akan tetapi biaya pemanasan air daripada pulp menjadi 70oC membuatnya setinggi mungkin. Konsistensi yang optimum proses pemutihan untuk pencampuran klorin dioksida adalah 11-12%. Konsistensi stock pulp yang masuk ke tahap Klorinasi dan stock yang meninggalkan menara pemutihan menuju Pulp machine diukur dan dicatat oleh instrumen – instrumen yang terpasang dijalur tersebut. Pengukuran ini adalah untuk dibandingkan terhadap hasil pemeriksaan di laboratorium. Sebagai tambahan, contoh yang dikumpulkan dari tahap yang berbedabeda didalam proses akan diperiksa konsistensinya di laboratorium.
2.8.Titrasi Redoks Titrasi redoks banyak digunakan dalam pemerikasaan kimia berbagai zat organik dan zat anorganik. Untuk pemeriksaan suatu senyawa terlebih dahulu senyawa yang ditentukan diubah kebentuk tereduksi atau oksidasi pendahuluan. Oksidasi adalah reaksi yang menaikkan bilangan oksidasi suatu unsur dalam zat yang mengalami oksidasi; dapat juga dilihat sebagai kenaikan muatan positif ( penurunan muatan negatif) dan umumnya juga kenaikan valensi. Sebaliknya ialah reduksi, yaitu reaksi yang menurunkan bilangan oksidasi atau muatan positif ( menaikkan muatan negatif) dan umumnya menurunkan valensi unsur dalam zat yang tereduksi. Jadi sekalipun mereduksi atau mengoksidasi suatu persenyawaan, sebenarnya dioksidasi ataupun direduksi itu adalah unsusr tertentu yang terdapat didalam persenyawaan tersebut. Dalam reaksi redoks selalu harus ada oksidator dan reduktor bersama-sama sebab, bila ada satu bertambah bilangan oksidasinya (melepas elektron) , maka harus ada yang menangkap elektron itu (turun bilangan oksidasinya). Jadi, tidak mungkin hanya ada oksidator saja ataupun hanya reduktor saja. Dengan perkataan lain. Dengan perkataan lain, dalam reaksi redoks pasti ditemukan unsur yang naik bilangan oksidasinya dan unsur lain yang turun bilangan oksidasinya pada waktu yang bersamaan. Setelah zat yang diperiksa dipersiapkan dengan cara oksidasi atau reduksi dengan memakai oksidator atau reduktor diatas, maka titrasi redoks dapat dilakukan. Cara titrasi redoks tergantung pada zat yang akan ditentukan. salah satu zat pengoksidasi yang digunakan adalah (KmnO4). Kalium permanganat merupakan salah atu oksidator kuat dalam larutan yang bersifat asam. Setengah reaksinya sebagai berikut :
MnO4- + 5 e + 8 H+
Mn2+ + 4H2O
Titrasi ini dilakukan pada larutan yang bersifat asam. Meskipun demikian, kalium permanganat juga merupakan oksidator kuat dalam larutan yang bersifat asam lemah, netral atau basa lemah. Dalam titrasi apabila larutan standart yang digunakan adalah iodine maka disebut metode iodometri. Pada titrasi iodometri digunakan cara yang tidak langsung. Dalam reaksi iodometri analat harus berbentuk suatu oksidator kuat, karena dalam metode ini analat selalu direduksi terlebih dahulu oleh KI sehingga di peroleh I2. Dalam hal ini oksidator ditambah sengan KI berlebihan dan iodium (I-) yang dibebaskan akan dititrasi dengan larutan baku natrium tiosulfat. I2 + 2Na2S2O3
2NaI + Na2S4O6
Titrasi dapat dilakukan tanpa indikator dari luar karena warna I2, yang dititrasi itu akan lenyap bila titik akhir tercapai (Day, R.A. & Underwood, A.L.1993)
