OPTICAL BRIGHTENING AGENT (OBA) KARAKTERISTIK DAN PEMANFAATANNYA DALAM INDUSTRI KERTAS Daisy Ade Riany Diem* Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas PGRI Palembang Jl. A. Yani Lr. Gotong Royong 9/10 Ulu Palembang E-mail:
[email protected]
Abstrak Optical Brightening Agent (OBA) mengambil peranan yang sangat penting karena senyawa ini memiliki karakteristik dan cara kerja yang unik yang tidak dimiliki oleh senyawa lain. OBA memperlakukan cahaya sedemikian rupa sehingga apabila kita menyinari suatu objek yang telah ditambahkan OBA akan didapatkan nuansa warna putih yang diinginkan pada objek tersebut. Sebelum OBA banyak dikenal, orang membuat kertas lebih putih dengan cara-cara konvensional, seperti (1) menggunakan pulp yang memiliki derajat keputihan yang tinggi, (2) menggunakan pewarna biru dan violet, (3) menggunakan pigment putih seperti kapur (CaCO3). Namun, penggunaan metode-metode tersebut dirasakan kurang maksimal karena berbagai keterbatasan sehingga seringkali derajat keputihan yang diinginkan belum tercapai saat kondisi pemakaiaan bahan kimia tersebut sudah jenuh. Dengan mengkombinasikan OBA pada ketiga bahan kimia tersebut, maka kertas dengan tingkat kecerahan dan keputihan yang sangat tinggi dapat dihasilkan, seperti yang banyak kita temukan pada jenis kertas tulis, kertas cetak dan kertas poto kopi. Dengan memahami berbagai macam karakteristik OBA serta pemanfaatannnya dalam industri kertas, maka pengembangan produk ini baik dari segi kualitas maupun dari segi proses pembuatannya dapat dioptimalkan sehingga derajat kecerahan dan keputihan kertas yang diinginkan dapat terpenuhi. Kata kunci: Optical Brightening Agent (OBA), colorimetri, brightness, whiteness
Abstract Optical Brightening Agent (OBA) takes a very important role because this compound has a characteristic and a unique way of working that is not owned by other compounds. OBA treat light in such a way that if we irradiate an object that has been added OBA shades of white will get the desired object. Before OBA is widely known, people make paper whiter by conventional means, such as (1) using a pulp with a high degree of whiteness, (2) using the blue and violet dyes, (3) use of white pigment such as chalk (CaCO3). However, the use of these methods is felt less than the maximum because of various limitations that the desired degree of whiteness is often not achieved when the conditions of use of such chemicals is already saturated. By combining OBA in all three of these chemicals, the paper with the brightness and whiteness can be generated very high, as we find in many types of writing paper, printing paper and photograph paper coffee. By understanding the different characteristics of the OBA and their use in the paper industry, the development of these products in terms of quality and in terms of the manufacturing process can be optimized so that the degree of brightness and whiteness desired paper can be met. Keywords: Optical Brightening Agent (OBA), colorimetry, brightness, whiteness
Page 10
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
1.
PENDAHULUAN
Optical Brightening Agent (OBA) adalah suatu senyawa yang dapat memberikan efek cahaya pada suatu objek yang terkena sinar, sehingga objek tersebut akan lebih terlihat lebih putih dan bercahaya. Pemanfaatan OBA telah dikenal sejak dahulu pada abad ke-18, dimana orang pertama kali memanfaatkan OBA alami dalam industri tekstil. Sejak tahun 1940, sintesa OBA berhasil dilakukan dengan mereaksikan diamino stilbene disulphonic acid dengan cyanuric chloride. Sejak saat itu pemanfaatan OBA dilakukan secara besar-besaran pada berbagai aplikasi industri seperti tekstil, deterjen, kertas dan kosmetik (Ullman’s Encyclopedia Of Industrial Chemistry, 2002). Pemanfaatan OBA pada industri kertas semakin meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan kertas putih, terutama jenis kertas tulis, kertas cetak dan kertas poto kopi yang membutuhkan derajat keputihan yang cukup tinggi. Pemanfaatan pulp yang telah dibleaching serta pemanfaatan pewarna dan bahan mineral pengisi seperti kapur, dirasa kurang maksimal dalam memenuhi kebutuhan tersebut dikarenakan masih adanya warna kekuningan pada pulp dari sisa lignin yang tidak seluruhnya hilang pada proses pulping dan bleaching. Dengan kondisisi tersebut, OBA mengambil peranan yang sangat penting karena senyawa ini memiliki karakteristik dan cara kerja yang unik yang tidak dimiliki oleh senyawa-senyawa lain. Untuk memahami OBA, akan lebih efektif apabila kita mengerti sifat kimia dan cara kerja senyawa ini dalam memperlakukan cahaya sehingga apabila menyinari suatu objek yang telah ditambahkan OBA akan didapatkan nuansa warna putih yang diinginkan pada objek tersebut. Sebelumnya, kita perlu mengetahui terlebih dahulu teori sensasi warna yang ditimbulkan suatu objek dengan memahami teori dasar pengukuran warna (colorimetri).
diserap. Spektrum yang tampak pada mata kita adalah spektrum dengan panjang gelombang antara 400 ~ 700 nm (visible wavelength), sedangkan panjang gelombang diluar interval tersebut tidak dapat terlihat oleh mata (invisible wavelength). Untuk panjang gelombang dibawah 400 nm disebut gelombang ultraviolet sedangkan untuk gelombang diatas 700 nm disebut gelombang infra merah (Rigg, 1997).
Gambar 1. Spektrum Pantulan Cahaya (Rigg, 1997) Gambar 1 memberikan gambaran spektrum pantulan cahaya pada area panjang gelombang tampak (visible wavelength). Warna-warna yang dihasilkan suatu objek akan sangat tergantung pada intensitas maksimum cahaya yang dipantulkan pada panjang gelombangnya. Sebagai ilustrasi, diambil contoh warna biru (Gambar 2). Warna ini disebabkan oleh sebagian besar cahaya diserap pada panjang gelombang diatas 500 nm (hijau sampai merah) dan sebagian lagi dipantulkan pada panjang gelombang area biru, 400 – 500 nm.
100
2. PEMBAHASAN
80 60
Colorimetri 40
Sensasi warna yang ditimbulkan suatu objek dapat terjadi apabila tiga syarat terpenuhi, yaitu: 1. Adanya sumber cahaya (illuminant) 2. Objek yang menerima cahaya 3. Media Pengamat (observer/Viewer) Cahaya yang menyinari suatu objek merupakan bentuk energi, dimana sebagian dihamburkan, dipantulkan dan dilepaskan pada spektrum panjang gelombang. dan sebagian lagi
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
20 0 400
500 600 700 Panjang Gelombang (nm)
Gambar 2. Kurva Pantulan Cahaya Biru
Page 11
Secara umum sumber cahaya yang dipakai untuk menyinari objek diambil dari illuminant standar. Illuminant standar merupakan standar yang diambil dari korelasi antara temperatur cahaya dengan warna yang dihasilkan, dimana masing-masing illuminant standar memiliki temperatur warna tertentu. Ada berbagai macam illuminant standar yang dipakai dalam pengukuran warna (Gambar 3), diantaranya: a. D50, D65, dan D75 (Daylight) yang dikategorikan sebagai sinar yang mirip dengan sinar matahari pada cuaca cerah. Illuminant ini memiliki temperatur warna 5000 K, 6500 K dan 7500 K. b. C (Sunlight) yang memiliki temperatur warna 4800 K. c. A (Incandescent) cahaya yang timbul dari lampu pijar yang memiliki temperatur warna 2854 K.
Gambar 4. Pengukuran Warna (Rigg, 1997) Perbedaan persepsi warna dari dua objek dapat diukur dengan nilai toleransi penyimpangan warna dengan formula : ∆E = ( L*2 + a*2 + b*2 )1/2
Tabel 1. Evaluasi Nilai Toleransi Persepsi Warna (Silicann Technologies)
Gambar 3. Perbedaan Intensitas Pantulan Cahaya (Rosenberg, 2002) Sistim Pengukuran Warna Ilmuwan berusaha untuk melakukan pengukuran warna secara numerik sehingga ada acuan standar dalam penetapan kesamaan persepsi terhadap suatu warna. Acuan standar yang banyak dipakai adalah sistim CIE L, a, b, yang bisa memberikan nilai numerik dari kecenderungan objek memiliki arah warna tertentu. L* adalah nilai 0 – 100 yang menunjukkan bahwa semakin tinggi nilai L maka objek akan semakin putih, nilai L* 0 menunjukkan warna objek yang hitam sempurna. Nilai a* menunjukkan arah warna ke merah apabila ia bernilai positif dan ke arah hijau apabila nilainya negatif. Sedangkan nilai b* positif menunjukkan arah warna kuning dan negatif untuk arah warna biru (Rigg, 1997).
Page 12
Derajat Kecerahan (Brightness) dan Keputihan (Whiteness) Suatu Objek Derajat Kecerahan (Brightness) Derajat kecerahan adalah suatu sebutan nilai untuk mendefinisikan persepsi visual yang berkenaan dengan tinggi rendahnya intensitas pantulan cahaya pada suatu area objek. Jadi, objek diukur dari kekilauannya walaupun objek tersebut tidak berwarna putih, akan tetapi apabila objek semakin putih maka kecerahannya akan semakin tinggi pula karena intensitas cahaya yang dipantulkan pada objek berwarna putih akan lebih tinggi dari warna lain. Derajat Keputihan (Whiteness) Suatu objek berwarna putih akan kelihatan tetap putih walaupun kecerahannnya Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
berkurang, kecerahan sangat tergantung pada level intensitas cahaya yang dipantulkan, sedangkan warna putih timbul karena cahaya dipantulkan dengan intensitas yang sama pada sepanjang gelombang tampak (400 – 700 nm), akan tetapi warna objek akan terlihat lebih putih apabila kecerahannya meningkat. Mengukur Derajat Keputihan dan Derajat Kecerahan Kertas Seperti halnya pada pengukuran warna, derajat keputihan dan kecerahan suatu objek juga memiliki nilai numeric yang menunjukkan tinggi rendahnya keputihan objek tersebut. Semakin tinggi nilainya maka semakin putih dan cerah objek tersebut terlihat. Nilai kecerahan dan keputihan didapat dengan mengembangkan rumus dari CIE L* a* b* yaitu:
Penggunaan metode-metode tersebut dirasakan kurang maksimal karena berbagai keterbatasan. Seringkali derajat keputihan yang diinginkan belum tercapai pada saat kondisi pemakaiaan bahan kimia tersebut diatas sudah jenuh. Hal ini disebabkan antara lain: 1. Pulp dengan derajat keputihan yang tinggi masih terlihat kekuningan karena tidak seluruh lignin dalam kayu bisa dihilangkan pada proses pulping dan bleachingnya, sehingga warna kekuningan akan selalu ada. 2. Penggunaan pewarna biru dan violet dilakukan untuk mengurangi warna kekuningan pada pulp akan tetapi penggunaan yang berlebihan akan mengurangi intensitas pantul cahaya sehingga kecerahannya berkurang walaupun derajat keputihannya meningkat. 3. Penggunaan pigment juga terbatas karena dapat mempengaruhi kwalitas kertas yang lain juga kelancaran produksi dan kebersihan sistim sirkulasi air di mesin kertas.
(Whiteness Formula, Axiphos Gmbh)
Dengan berbagai permasalahan diatas, pemanfaatan OBA merupakan suatu alternatif yang bisa digunakan. Kombinasi OBA dan ketiga bahan kimia diatas dapat menghasilkan kertas dengan tingkat kecerahan dan keputihan yang sangat tinggi seperti yang banyak kita temukan pada jenis kertas tulis, kertas cetak dan kertas poto kopi.
(STFI-Packforsk AB) Dimana: W = derajat keputihan R457 = nilai kecerahan R = reflectance pada panjang gelombang λi = panjang gelombang F = weighting factor yang didapatkan pada setiap panjang gelombang pengukuran
Membuat Kertas Lebih Putih dan Lebih Cerah dengan Memanfaatkan OBA Sebelum OBA banyak dikenal, orang membuat kertas lebih putih dengan cara-cara konvensional, seperti: 1. Menggunakan pulp (bubur kertas) yang memiliki derajat keputihan yang tinggi. 2. Menggunakan pewarna biru dan violet sehingga kertas dengan warna putih kebiruan akan terlihat lebih putih dibandingkan dengan kertas putih biasa 3. Menggunakan pigment putih seperti kapur (CaCO3). Bahan ini selain menambah derajat keputihan juga berfungsi sebagai bahan pengisi pada kertas.
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
Mekanisme kerja OBA OBA mempunyai struktur kimia yang apabila terkena sinar akan menyerap cahaya. Cahaya yang diserap pada panjang gelombang ultraviolet (panjang gelombang tidak tampak) akan dipantulkan pada gelombang tampak di area spectrum panjang gelombang biru, sehingga jumlah intensitas cahaya pada panjang gelombang ini akan lebih besar dari keadaan semula. Semakin besar jumlah cahaya yang diserap pada panjang gelombang tak tampak akan semakin besar pula jumlah intensitas cahaya yang dipantulkan pada area spektrum biru tersebut sehingga nilai derajat keputihan dan kecerahannya meningkat (Smook, 2003).
Page 13
1 and 2 = -RSO3Na, maka ada empat gugus sulphonic Isomerisasi OBA Struktur molekul OBA diatas apabila kena sinar secara terus menerus akan terisomerisasi. Hal ini akan menyebabkan OBA menjadi tidak atif dan tidak mampu lagi untuk menyerap cahaya. OBA akan aktif apabila struktur molekulnya selalu dalam keadaan trans dan akan menjadi tidak aktif jika strukturnya berubah menjadi cis. a. Spektrum cahaya pada Objek yang belum ditambahkan OBA H
NH C
C NH
H
Kondisi trans H
H C
C
NH
NH
Kondisi Cis Gambar 7. Struktur Molekul OBA pada Kondisi Trans dan Cis (Smook, 2003)
b. Spektrum cahaya pada Objek yang sudah ditambahkan OBA
Gambar 5. a. b. Mekanisme Kerja OBA (Smook, 2003)
Struktur Kimia OBA OBA adalah derivatif dari diaminostilbene disulphonic acid yang diperoleh dengan cara mereaksikan senyawa tersebut dengan cyanuric acid. Struktur Kimia OBA dibedakan dari jumlah gugus sulphonic pada rantai karbonnya. Semakin banyak jumlah gugus sulphonic yang ada pada struktur molekul OBA maka senyawa ini akan lebih mudah larut dalam air. 2
1
C
C
3
N
N
C
C NH
N
NH
CH CH
N
C
C N
N
SO3Na
4
SO3N a
Gambar 6. Struktur molekul OBA (Smook, 2003) Dimana: 1, 2, 3, 4 rantai radikal yang bisa disubstitusi oleh gugus sulphonic 1 and 2 = -R, maka ada dua gugus sulphonic
Page 14
Jenis-Jenis OBA pada Industri Kertas Berdasarkan jumlah gugus sulphonic yang ada pada struktur molekulnya, maka OBA yang dipakai pada industri kertas dikelompokkan menjadi: a. OBA tipe disulpho OBA tipe ini terdiri dari dua gugus sulphonic pada rantai karbonnya. OBA ini mempunyai karakteristik sebagai berikut: memiliki reaktivitas paling baik terhadap pulp sangat baik untuk menghasilkan kertas dengan kecerahan dan keputihan yang sangat tinggi mempunyai solubility yang kurang baik sangat sensitif dengan kesadahan air, ion logam dan keasaman campuran cepat jenuh jika dibandingkan dengan tipe lainnya hanya bisa ditambahkan dalam larutan pulp (wet end) b. OBA tipe tetrasulpho OBA tipe ini terdiri dari empat gugus sulphonic pada rantai karbonnya. OBA ini mempunyai karakteristik sebagai berikut:
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
-
c.
Memiliki reaktivitas sedang terhadap pulp Baik untuk menghasilkan kertas dengan kecerahan dan keputihan sedang dan tinggi Mempunyai solubility cukup baik Tingkat kejenuhannya lebih baik jika dibandingkan dengan OBA disulpho Penambahan bisa pada larutan pulp atau pada permukaan kertas. OBA tipe hexasulpho OBA ini mempunyai karakteristik: Mempunyai reaktivitas yang kurang baik terhadap pulp Cocok untuk dikombinasikan dengan OBA disulpho atau tetra sulpho untuk menghasilkan kertas dengan kecerahan dan keputihan sangat tinggi Mempunyai solubility yang sangat baik Tingkat kejenuhan lebih baik dibanding OBA disulpho dan tetrasulpho Efektif jika hanya ditambahkan pada permukaan kertas
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Efektivitas Penggunaan OBA pada Industri Kertas Dalam pembuatan kertas banyak sekali bahan kimia dan aditif yang ditambahkan pada pulp untuk mendapatkan kualitas kertas, baik secara visual ataupun kualitas lainnya. Untuk itu, penambahan OBA hendaknya mempertimbangkan kesesuaiannya dengan bahan-bahan kimia tersebut. Selain itu, kualitas air sangat mempengaruhi efektivitas OBA berkenaan dengan sifat solubility OBA itu sendiri (Smook, 2003). Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja OBA dalam pembuatan kertas, antara lain: 1. Kecerahan pulp. Pulp dengan tingkat kecerahan yang tinggi akan mengurangi beban OBA dalam mengurangi warna kekuningan pada pulp itu sendiri. 2. Kualitas air. Air yang dipakai baik untuk melarutkan OBA maupun air yang dipakai untuk melarutkan pulp akan mempengaruhi kinerja OBA. Air yang terlalu sadah dan banyak mengandung logam akan mengganggu reaktivitas OBA terhadap pulp. 3. Pigmen dan bahan pengisi.
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
4.
5.
Pemakaian pigmen yang juga berfungsi sebagai bahan pengisi hendaknya seputih mungkin dengan juga mempertimbangkan kemampuan pigment tersebut menyerap cahaya UV. Semakin besar kemampuan pigmen menyerap cahaya UV akan berakibat kurang baik terhadap kinerja OBA karena akan mengurangi tingkat penyerapan cahaya UV oleh OBA. Tingkat keasaman sistim dan jumlah ion aluminium dalam sistim. OBA sangat sensistif dengantingkat keasaman dan jumlah ion alumunium yang terlarut dalam air. Kedua kondisi tersebut akan menyebabkan gugus sodium sulphonic acid (SO3Na) pada OBA berubah menjadi sulfide (SO3) yang sukar larut, sehingga akan menghasilkan endapan OBA yang mempunyai reaktivitas yang rendah terhadap pulp. Muatan ion dari bahan kimia lainnnya. OBA mempunyai muatan ion negatif sehingga ia akan reaktif terhadap senyawa yang bermuatan positif. Sebaiknya dalam menambahkan OBA pada sistem mesin kertas jangan terlalu berdekatan dengan bahan kimia lain yang bermuatan positif untuk meambah efektivitas jumlah OBA yang terserap ke dalam pulp.
3. KESIMPULAN 1.
2.
Optical Brightening Agent (OBA) mempunyai struktur kimia yang apabila terkena sinar akan menyerap cahaya. Cahaya yang diserap pada panjang gelombang ultraviolet (panjang gelombang tidak tampak) akan dipantulkan pada gelombang tampak di area spektrum panjang gelombang biru, sehingga jumlah intensitas cahaya pada panjang gelombang ini akan lebih besar dari keadaan semula. Semakin besar jumlah cahaya yang diserap pada panjang gelombang tak tampak akan semakin besar pula jumlah intensitas cahaya yang dipantulkan pada area spektrum biru tersebut sehingga nilai derajat keputihan dan kecerahannya meningkat. Dalam pembuatan kertas banyak sekali bahan kimia dan aditif yang ditambahkan pada pulp untuk mendapatkan kualitas kertas, baik secara visual ataupun kualitas lainnya.
Page 15
3.
4.
Untuk itu, penambahan OBA hendaknya mempertimbangkan kesesuaiannya dengan bahan-bahan kimia tersebut. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja OBA dalam pembuatan kertas, antara lain: (1) kecerahan pulp, (2) kualitas air, (3) pigmen dan bahan pengisi, (4) tingkat keasaman system dan jumlah ion aluminium dalam system, dan (5) muatan ion dari bahan kimia lainnya. Dengan memahami berbagai macam karakteristik OBA serta pemanfaatannnya dalam industri kertas, maka kesempatan untuk mengembangkan produk ini baik dari segi kualitas produk maupun proses pembuatannya masih terbuka lebar sehingga dapat mengoptimalkan pemanfaatannya dalam memenuhi derajat kecerahan dan keputihan kertas yang diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA Axiphos Gmbh. 2002. On Whiteness Formula. Axiphos Marketing, Trading and Consulting. Rigg, Bryan. 1997. “Colorimetry and the CIE System.” Dalam Roderick McDonald (Ed.) Color Physics for Industry, pp. 81-120. Society of Dyers and Colourists: Bradford. Rosenberg, Arthur. 2002. Light-and Weather Fastness of Printed Product. Fogra: Muenchen. Silicann Technologies. Industrial Sensation Perceptive Color Sensor PCS-II. (online). (http://www.silicann.com) diakses 19 February 2013. Smook, Gary A. 2003. Handbook for Pulp and Paper Technologies. Angus Wilde Publications, Inc. STFI-Packforsk AB. (online). (http://www.stfipackforsk.se) diakses 19 February 2013. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2002. Wiley-VCH: Weinheim.
Page 16
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
