PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERTAS DARI LIMBAH JERAMI PADI UNTUK TATAKAN GELAS CETAK TANGAN Zainal Abidin Nasution *) *) Peneliti pada Balai Riset dan Standardisasi Industri Medan e-mail :
[email protected] Naskah diterima tanggal : 27 April 2010
HANDMADE PAPERMAKING FROM RICESTRAW AND CHARACTERIZATION FOR COASTER OF GLASSES ABSTRACT Paper for coaster of glasses way handmade paper from ricestraw which cooked by coustic process at the open air and room temperature. Cooking way done by using NAOH 5% for 4 hours. The yield way obtained at 65,6%. Handmade papermaking way done at basis weight of 50, 75, 100, 125, 150, 175, and 200 gsm. The result of characterization showed that the best coaster of glasses can be obtained from the basis weight of 175 and 200 gsm. Keywords : coaster of glasses, handmade paper, rice straw, caustic process INTISARI Kertas tatakan gelas pada penelitian ini dibuat dengan cetak tangan, menggunakan bahan baku jerami padi. Pembuatan pulp jerami padi dengan proses pemasakan soda kostik pada suhu kamar karena mudah dilakukan dan biaya operasinya sangat rendah. Proses pembuatan kertas tatakan gelas terbagi atas dua langkah. Langkah pertama adalah pemasakan pulp jerami pada dengan larutan pemasak 5% NaOH dan rendemen pemasakannya adalah 65,6%. Langkah kedua adalah pembuatan contoh kertas tatakan gelas dengan gramatur 50, 75, 100, 125, 150, 175, dan 200 g/m2. Hasil pengujian kertas tatakan gelas menunjukkan diperoleh dua hasil yang optimal yaitu pada gramatur 175 dan 200 g/m2 Kata kunci : tatakan gelas, kertas cetak tangan, jerami padi, proses kostik
PENDAHULUAN Tatakan gelas (lapik gelas), dalam bahasa Inggris disebut coaster of glasses, sejak zaman dahulu kala penggunaannya sudah membudaya pada masyarakat. Tatakan gelas ditemui dalam berbagai bentuk, ukuran, motif, logo dan lainnya. Banyak digunakan di hotel-hotel, restauran-restauran, resor-resor, berbagai institusi maupun rumah tangga. Tatakan gelas ditampilkan sebagai ungkapan rasa hormat yang mengandung nilai seni, sewaktu menyajikan gelas/cangkir minuman di atas meja sehingga akan indah, elegan, fungsional dan sekaligus melindungi dari air maupun panas.
16
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, tatakan artinya lapik gelas, yaitu alas tipis semacam tikar yang menjadi dasar ataupun landasan pada bagian bawah dari gelas/cangkir. Tatakan gelas yang diperjual belikan di pasarpasar swalayan, kebanyakan terbuat dari plastik. Sementara jerami, suatu material yang kaya dengan serat, sampai sekarang masih terbuang percuma, dibakar, dan belum termanfaatkan. Untuk itu dilakukan penelitian karakterisasi kertas jerami untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk pembuatan tatakan gelas. Jerami padi mengandung serat berligno selulosik, artinya suatu bahan yang mengandung serat dan lignin.
Pembuatan dan Karakterisasi Kertas dari Limbah Jerami Padi ... : Zainal Abidin Nasution
Tabel 1.
Tipikal Komposisi Beberapa Sumber Serat Sebagai Biomassa Hemi Selulosa
No
Jenis
Lignin
Abu
(%)
(%)
selulosa (%) (%)
1.
Kayu lunak
41
24
27,8
0,4
2.
Kayu keras
39
35
19,5
0,3
3.
Jerami padi
30,2
24,5
11,9
16,1
4.
Bagas tebu
33,6
29
18,5
23
Sumber : Anonim (1995)
dan sifat-sifat lainnya sesuai dengan spesifikasi kertas yang diinginkan. Selama proses penggilingan berlangsung, serat di dalam air mengalami penyikatan, pengkoyakan, pemukulan, penggosokan ataupun penekanan, sehingga ikatan antar serat menjadi terbuka dan terjadilah hidrasi fibril. Serat di dalam air akan mengembang, dan pada saat mengembang lapisan luar serat akan pecah, sehingga fibril-fibril akan keluar yang menyebabkan bidang permukaan serat bertambah luas. Keadaan serat seperti ini sangat diperlukan, agar dapat meningkatkan ikatan antar serat pada lembaran kertas. Tabel 3.
Jerami padi sebagai bio-massa lignoselulosa terdiri atas campuran polimer karbohidrat yaitu selulosa dan hemiselulosa.atau disebut juga holoselulosa. Holoselulosa adalah bagian serat yang bebas lignin. Peranan dimensi serat (panjang serat, diameter serat dan tebal dinding serat) pada bahan baku kertas mempunyai hubungan satu dengan lainnya, yang kompleks dan mempunyai pengaruh terhadap sifat-sifat fisik kertas, seperti kepadatan, kekuatan, fleksibilitas, kelicinan, porositas dan lainnya.
Sifat Fisik Lembaran Pulp Jerami Padi dengan Proses Dingin Lama Perendaman (jam)
No.
Parameter
NaOH 10%
NaOH 15%
24
48
24
48
3,75
4,53
2,69
5,06
1,09
0,58
0,70
0,59
Indeks sobek 1. (N-m2/kg) Indeks retak 2. (KPa-m2/kg)
Sumber : (Kartiwa Haroen, 2004)
Tabel 2.
Sifat Morfologi dan Kandungan Kimia Jerami Padi
No
Komponen
Nilai
1
Panjang serat (mm)
0,96
2
Diameter serat (mm)
0,00929
3
Tebal dinding serat (mm)
0,00297
4
Lignin (%)
25,99
5
Selulosa alfa (%
37,81
6
Holo selulosa (%)
80,60
Kemudian dari penelusuran literatur hasil penelitian, tentang jerami padi dengan proses pemasakan menggunakan bahan pemasak soda, diperoleh data pada Tabel 4 berikut: Tabel 4.
No
Sifat Fisik Lembaran Pulp Jerami Padi dengan Proses Panas Parameter
Nilai
Indeks sobek 1
4,76 (N – m2/kg)
7
Ekstraktif (%)
4,13
Sumber : (Kartiwa Haroen, 2004)
Indeks retak 2
105,71 (kPa – m2/kg)
Serat-serat selulosa sebelum dibuat menjadi kertas terlebih dahulu harus digiling atau dihaluskan. Penggilingan adalah suatu proses yang sangat penting dalam pembuatan kertas, karena kertas yang dibuat dari pulp yang tidak digiling kekuatannya rendah, berbulu dan terlalu berpori. Tetapi dengan pulp yang sudah digiling akan diperoleh kertas dengan kekuatan yang tinggi, padat, formasi jalinan lebih baik
Sumber : (Garcia, 1993)
Parameter kertas yang penting lainnya adalah daya serap air. Daya serap air (bilangan Cobb) adalah jumlah berat air (gr), yang diserap oleh per m2 kertas pada waktu tertentu (misalnya 60 detik, maka dinamakan Cobb 60).
17
Berita Selulosa, Vol. 45, No. 1, Juni 2010 : 16 - 21
BAHAN DAN METODE
b. Pembuatan Gelas
Contoh
Kertas
Tatakan
Peralatan Rancangan contoh kertas tatakan gelas adalah berdasarkan gramatur. Pembuatan contoh kertas tatakan gelas dilakukan secara manual (hand made paper) di atas cetakan kayu (Exconde, 1993).
Bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan untuk pembuatan kertas tatakan gelas adalah bejana pemasak wadah-wadah plastik, saringan, blender, cetakan kayu, jerami padi, soda api teknis, mikro meter, timbangan, neraca analitis dan lainnya.
Pulp Jerami padi
Metode Pembuatan contoh kertas tatakan gelas adalah sebagai berikut : a. Pembuatan pulp jerami padi Pada percobaan ini jerami padi yang dimasak adalah dengan basis berat kering udara sebanyak 9 kg per drum, dengan menggunakan larutan pemasak NaOH 5% .
Penimbangan sesuai dengan gramaturnya
Perendaman
Penggilingan/Blender
Jerami padi Pencetakan Dikeringkan di bawah sinar matahari
Pengeringan/Dijemur di bawah sinar matahari
Ditimbang
Air bekas cucian
Contoh kertas tatakan gelas
Pemasakan
Larutan NaOH 5%
Pencucian
Air bersih
Gambar 2. Diagram Proses Pembuatan Kertas Tatakan Gelas Tabel 5.
Penggilingan / Blender
Penyaringan
Kulit padi
Pencetakan
Pengeringan / Dijemur di bawah sinar matahari
Pulp Jerami
Gambar 1. Diagram Proses Pembuatan Pulp Jerami Padi Pemasakan dilakukan, hingga jerami padi matang, yaitu apabila batang jerami ditarik dengan tangan mudah putus. (Anonim, 1998)
18
Rancangan Percobaan Pembuatan Contoh Kertas Tatakan Gelas Dari Jerami Padi
No.
Kode
Rancangan gramatur (gr/m2)
1 2 3 4 5 6 7
A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7
50 75 100 125 150 175 200
Ukuran contoh kertas (m2) 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045
Pulp Jerami Padi yang dibutuhkan (gr) 2,25 3,375 4,5 5,625 6,75 7,875 9 gr
Konsistensi (%) 0,45 0,675 0,9 1,125 1,35 1,575 1,8
Catatan : • Ukuran cetakan kayu (net) = 15 x 30 cm2, dengan saringan kasa plastik nener udang (50 lubang per inci dan diameter benang plastik 0,023 mm). • Setiap contoh direndam di dalam 500 ml air, setelah lunak dilakukan pencampuran selama 2 menit.
Pembuatan dan Karakterisasi Kertas dari Limbah Jerami Padi ... : Zainal Abidin Nasution
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pemasakan pulp jerami padi Dari hasil percobaan pemasakan jerami padi untuk basis 100 liter larutan NaOH 5% dalam wadah pemasak drum bekas oli, dapat dilakukan pemasakan 9 kg jerami padi kering udara. Setelah proses pemasakan selesai dan bubur jerami padi dicuci bersih, disaring kemudian dikeringkan, diperoleh sekitar 5,5 kg pulp jerami padi kering udara atau rendemen sekitar 65,6%. Waktu yang diperlukan dalam pemasakan jerami padi hingga matang adalah 4 jam.
•
b. Analisa mikroskopis kertas
•
•
•
untuk berkas elektron yang tidak dipantulkan kembali ke mikroskop oleh karena sudut pantul yang besar, akibat tekstur permukaan serat pada kertas tatakan gelas, maka citra yang ditampilkan adalah gelap (hitam). Analisa foto SEM pada contoh uji menunjukkan hasil sebagai berikut : Permukaan citra terang yang lebih luas daripada citra gelap, artinya penyebaran serat merata, tidak terdapat celah-celah di antara serat-serat pada permukaan contoh kertas tatakan gelas. Tidak terlihat pori-pori ataupun lubanglubang pada permukaan kertas, sehingga tidak mempengaruhi kekuatan fisik kertas Tidak terlihat garis-garis batas (boundary) tentang adanya poli kristal pada struktur kertas. Tidak terlihat adanya garis-garis panjang yang menunjukkan adanya retak-retak pada kertas.
Dari analisa mikroskopis, dapat diketahui bahwa pada contoh kertas tatakan gelas tidak terdapat cacat-cacat selama proses pengolahan. Gambar 3.
•
Foto SEM Permukaan Mikrostruktur Kertas Tatakan Gelas dengan Perbesaran 150 kali.
Analisa mikroskopis contoh kertas tatakan gelas menggunakan alat Scanning Electron Microscopy (SEM) Type ASM5X. Analisa menggunakan SEM adalah cara pengujian mikroskopis yang paling baik untuk mempelajari karakterisasi mikro struktur dari suatu material (Smith, 2006). Pengujian mikroskopis dilakukan untuk mengetahui cacat-cacat yang terjadi pada kertas tatakan gelas. Foto SEM dari contoh kertas tatakan gelas menunjukkan citra yang gelap (hitam) dan citra terang (putih) pada mikro strukturnya. Permukaan contoh dari kertas tatakan gelas dikenai berkas sinar elektron, kemudian sinar elektron akan dipantulkan kembali ke mikroskop dan memberikan resolusi dari pengaruh tekstur permukaan contoh kertas tatakan gelas. Untuk sinar elektron yang dipantulkan kembali ke mikroskop, maka citra yang tampak pada foto adalah terang (putih) dan sekaligus terlihat gambaran mikro struktur dari contoh kertas tatakan gelas. Tetapi
c. Pengaruh Konsistensi terhadap sifat-sifat fisik contoh Kertas Tatakan Gelas Dari Tabel 6, berdasarkan pengukuran rata-rata gramatur contoh kertas tatakan gelas, efektifitas hasil cetakan belum sesuai dengan rancangan gramatur. Hal ini disebabkan adanya pulp jerami padi yang lolos dari saringan cetakan, sewaktu proses drainase pulp jerami padi dari cetakan. Oleh karena untuk mendapatkan rata-rata gramatur dari contoh kertas tatakan gelas, mendekati atau pun sesuai dengan rancangan gramatur yang diinginkan, maka berat pulp jerami padi yang dibutuhkan harus disesuaikan dengan persen berat yang lolos dari saringan, yaitu dengan cara membuat konsistensi larutan pulp yang sesuai, kemudian menakar volumenya sebelum dimasukkan ke dalam cetakan. Dari Tabel 6, dapat dilihat bahwa semakin besar gramatur maka akan berpengaruh terhadap ketebalan, penyerapan air, ketahanan sobek dan ketahanan retak contoh kertas tatakan gelas. Konsistensi pulp jerami akan mempengaruhi ketebalan dan gramatur contoh kertas tatakan gelas. Gramatur yang besar, maka akan memberikan penyerapan air yang besar pula. 19
Berita Selulosa, Vol. 45, No. 1, Juni 2010 : 16 - 21
Tabel 6. Hasil Pengujian Fisik Contoh Kertas Tatakan Gelas dari Jerami Padi Ketahanan
Rancangan Gramatur No
Kode
gramatur contoh
Ketahanan Cabb 60 (gr/m2)
Tebal (mm) (gr/m2)
(gr/m2)
(k Pa)
1
A-1
50
0,2001 ± 0,011
39,0 ± 2,9
199,6 ± 42,0
204,0 ± 44,7
18 ± 1
2
A-2
75
0,3069 ± 0,012
62,7 ± 8,4
282,1 ± 53,4
326,4 ± 51,6
20 ± 1
3
A-3
100
0,4247 ± 0,093
81,0 ± 22,6
293,8 ± 86,4
489,6 ± 73,0
21 ± 1
4
A-4
125
0,5110 ± 0,004
113,7 ± 1,8
625,8 ± 58,3
702,2 ± 66,6
26 ± 1
5
A-5
150
0,5782 ± 0,050
129,2 ± 20,4
715,5 ± 136,3
802,3 ± 61,4
26 ± 1
6
A-6
175
0,7852 ± 0,048
169,1 ± 17,1
878,3 ± 8,1
1155,9 ± 61,4
109 ± 4
7
A-7
200
0,7946 ± 0,094
176,8 ± 27,4
978,6 ± 70,5
1060,7 ± 89,4
128 ± 7
Pada saat proses pengeringan pulp menjadi lembaran, akan terjadi penutupan poripori di dalam serat yang sebelumnya terisi oleh lignin dan hemiselulosa dan akan terbentuk ikatan hidrogen yang lebih banyak. Daya ikat serat dalam suatu lembaran kertas, akan ditentukan oleh besarnya intensitas ikatan, banyaknya fibrilasi dan susunan molekul selulosa, sehingga dapat menyebabkan terjadinya ikatan hidrogen. Hemi selulosa adalah polimer sakarida dengan ikatan rantai yang pendek-pendek dan bersifat mudah menyerap air (hidrofilik) yang sangat membantu dalam proses penggilingan. Terdapatnya hemi selulosa di dalam serat akan membuat struktur selulosa menjadi kurang teratur, sehingga air dapat masuk ke dalam jaringan selulosa. Hemi selulosa akan memberikan fibrilasi yang lebih baik dari pada selulosa, sehingga serat yang mengandung hemi selulosa dapat mengadakan ikatan serat yang baik dan menghasilkan kertas berkekuatan tinggi. Dari Tabel 6, dapat dilihat bahwa angka bilangan Cobb 60 yang besar, menunjukkan kandungan hemi selulosa yang tinggi, karena penyerapan air dipengaruhi oleh sifat hidrofilik hemi selulosa. Serat jerami padi termasuk ke dalam serat dengan ketebalan dinding yang tipis, artinya mempunyai kekuatan sobek yang rendah akan tetapi berkekuatan retak yang 20
cetak
sobek (mn)
tinggi. Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa pengaruh konsistensi pulp jerami padi terhadap indeks sobek relatif tidak ada, akan tetapi pengaruh konsistensi pulp jerami padi terhadap indeks retak memberikan pengaruh yang sangat nyata.
Tabel 7.
No
Hasil Perhitungan Rata-rata Indeks Sobek dan Indeks Retak dari Contoh Kertas Tatakan Gelas dari Jerami Padi
Indeks Sobek
Indeks Retak
(N-m2/kg)
(k Pa–m2/kg)
Kode
1
A-1
5,23
461
2
A-2
5,21
319
3
A-3
6,04
259
4
A-4
6,18
228
5
A-5
6,21
201
6
A-6
6,83
644
7
A-7
5,99
724
Pembuatan dan Karakterisasi Kertas dari Limbah Jerami Padi ... : Zainal Abidin Nasution
Dari semua contoh kertas tatakan gelas, dapat diketahui bahwa hasil yang optimum adalah pada kode A-6 dan Kode A-7, yaitu rancangan gramatur contoh kertas tatakan gelas pada 169 gr/m2 dan 178 gr/m2. Sebagai pembanding indeks sobek dan indeks retak kertas tatakan gelas jerami padi ini sebagai pulp jerami, seperti terlihat pada Tabel 3 dan Tabel 4, maka hasil percobaan pembuatan contoh kertas tatakan gelas menunjukkan kekuatan fisik yang lebih tinggi. KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilaksanakan diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Pembuatan pulp jerami padi yang dimasak dengan larutan NaOH 5%, menghasilkan rendemen pulp sebesar 65,6%. 2. Dari hasil pengujian fisik untuk variasi konsistensi pulp jerami diperoleh hasil yang optimum yaitu : • Untuk gramatur 175 g/m2, diperoleh : tebal 0,7852 mm, penyerapan air 878,3 g/m2, ketahanan sobek 1155,9 mN dan ketahanan retak 109 k Pa. • Untuk gramatur 200 g/m2, diperoleh tebal 0,7946 mm, penyerapan air 978,6 g/m2, ketahanan sobek 1060,7 mm dan ketahanan retak 128 k Pa.
DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1998, Identifikasi Serat dan Demo Proyek Teknologi Tepat Guna (TTG), Balai Besar Pulp dan Kertas, Bandung. Anonim, Tipikal Komposisi Biomas, Online 1995, Akses 15 April 2009, http://punennvis.in/PDF/Newsletter/biouti.pdf. Exconde, Teofista Angelita R, Cesar M. Mamino and Raul A. Felismino, 1993, How to Produce Hand Made Paper, hal. 1 – 8, Philipine, UNIDO. Garcia, Carolyn Marie C, 1993, Feasibility Studi On Hand Made Paper Production, hal. 127, Philipine, UNIDO. Gurning, TM dan Zulkifli Zaini, Potensi Jerami di Sumatera Utara, Temu Usaha Pengembangan Industri Karton dari Jerami, tgl. 26 November 1998 di Medan, Sumatera Utara. Kartiwa Haroen, Wawan, Tugiyana dan Sugeng, Pulp Kertas Seni Dari Tanaman serat Bukan Kayu, Vol. 39 No. 1, hal 28-35, Juni 2004, Berita Selulosa, Balai Besar Pulp dan Kertas, Bandung. Smith, William F. and Javed Hashemi, 2006, Foundation of Material Science and Engnieering, Mc Graw Hill Book Company, Printed in Singapore.
21
