SIFAT PULP CAMPURAN ANTARA PULP ASLI BAMBU DAN PULP KARTON BEKAS (OLD CORRUGATED CONTAINERS)
DWI ANGGRAINI PURNAMASARI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sifat Pulp Campuran antara Pulp Asli Bambu dan Pulp Karton Bekas (Old Corrugated Containers) adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor,Desember 2012 Dwi Anggraini Purnamasari NIM E24080011
ABSTRAK DWI ANGGRAINI PURNAMASARI. Sifat Pulp Campuran antara Pulp Asli Bambu dan Pulp Karton Bekas (Old Corrugated Containers). Dibimbing Oleh NYOMAN J. WISTARA dan DIAN A. INDRAWAN. Dalam penelitian ini peningkatkan kekuatan pulp campuran antara pulp asli bambu dan pulp OCC dilakukan melalui pengilingan pulp. OCC direndam selama 7 hari dan diuraikan dengan disintegrator. Pulping bambu dilakukan dengan proses soda panas dengan kadar NaOH 35%, L/W=4:1, suhu maksimum 170⁰C selama 3 jam (waktu total). Bilangan kappa dan rendemen pulping ditentukan mengikuti standar TAPPI T236 cm-85. Pulp bambu dan OCC diputihkan mengikuti metode pemutihan D0ED1D2. Pulp bambu putih digiling sampai tingkat freeness 100 ml CSF, 200 ml CSF, 300 ml CSF, dan 400 ml CSF, sedangkan pulp OCC hanya diling sampai freeness 400 ml CSF. Pulp dicampur dengan komposisi pulp bambu/pulp OCC (B/K): (B/K) 0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, dan 100/ 0. Sifat kekuatan dan optik pulp diuji dengan standar TAPPI T 205 sp-02. Lembaran pulp dengan komposisi B/K = 20:80 pada tingkat freeness 400 ml CSF menghasilkan sifat fisik terbaik berdasarkan hasil skoring Duncan. Penggilingan dapat menurunkan jumlah pulp bambu dan meningkakan komposisi pulp OCC tanpa menurunkan sifat kekuatan pulp campuran. Kata kunci: pulp, bambu, OCC, penggilingan, komposisi.
ABSTRACT DWI ANGGRAINI PURNAMASARI. The Properties of Bamboo and OCC Pulp Mixture. Supervised by NYOMAN J. WISTARA and DIAN A. INDRAWAN OCC was soaked for 7 days and disintegrated afterward. Soda pulping of bamboo was carried out following the pulping parameters of 35% NaOH charge, L/W of 4/1, maximum temperature of 170 oC and total cooking time of 3 hours. Kappa number and pulping yield were determined based on TAPPI T236 cm-85 standard. Bamboo and OCC pulp was bleached following the method of D0ED1D2. Bleached bamboo pulp was beaten up to the freeness of 100, 200, 300, and 400 ml CSF. While that of OCC was up to 400 ml CSF only. The composisitions of bamboo/OCCpulp mixture (B/K) were 0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20 and 100/0. Physical and optical properties of pulp mixture were determined based on TAPPI T205 sp-02 standard. The pulp composition of (B/K) 20/80 at freeness level of 400 ml CSF was resulted in the highest strength properties based on Duncan scoring. Pulp beating was able to decrease the composition of bamboo pulp in pulp mixture while retaining the strength properties. Keywords: bamboo, OCC, beating, freeness, and pulp composition.
SIFAT PULP CAMPURAN ANTARA PULP ASLI BAMBU DAN PULP KARTON BEKAS (OLD CORRUGATED CONTAINERS)
DWI ANGGRAINI PURNAMASARI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Departemen Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Judul Skripsi : Sifat Pulp Campuran antara Pulp Asli Bambu dan Pulp Karton Bekas (Old Corrugated Containers) Nama : Dwi Anggraini Purnamasari NIM : E24080011
Disetujui oleh,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Nyoman J. Wistara, Ph.D NIP. 19631231 198903 027
Dian Anggraini Indrawan, S.Hut, MM NIP. 19800514 200604 2 005
Diketahui, Ketua Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB
Prof. Dr. Ir. I WayanDarmawan, M.Sc NIP. 1966 0212 199103 1 002
Tanggal Lulus:
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyeleseikan skripsi ini. Skripsi yang berjudul “Sifat Pulp Campuran antara Pulp Asli Bambu dan Pulp Karton Bekas (Old Corrugated Containers)” ini sebagai tugas akhir yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor. Tulisan ini terwujud tidak lepas dari dukungan dan bantuan semua pihak. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada keluarga penulis atas dukungan doa, moril serta curahan kasih sayang yang tiada berkesudahan. Rasa terima kasih yang tulus juga penulis sampaikan kepada Bapak Nyoman Jaya Wistara, Ph.D dan Ibu Dian Anggraini, S.hut, MM atas kesabaran dan keikhlasannya dalam membimbing penulis selama proses penyeleseian skripsi ini. Penulis tidak akan melupakan kontribusi yang sangat berharga dari staf laboratorium Kimia Hasil Hutan IPB (Bapak Supriatin dan Bapak Gunawan ), staf laboratorium Teknologi Serat Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor (Bapak Han Rolandi dan Bapak Ismet), Staf Balai Besar Selulosa Bandung (Bapak Wawan dan Bapak Darmin), teman-teman THH 45, rekan sebimbingan, dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dalam dalam penyeleseian skripsi ini. Semoga Tuhan yang Maha Esa memberikan berkat yang melimpah. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang terdapat dalam skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bogor, Desember 2012 Dwi Anggraini Purnamasari
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Palangka Raya pada tanggal 11 Mei 1990 sebagai putri kedua dari pasangan Bapak Drs. H. Rudiansyah Iden dan Ibu Hj. Dwi Rusti Trisnaningsih. Penulis lulus dari Sekolah Dasar Percobaan Langkai-6 pada tahun 2002, lulus dari SMP 1 Palangka Raya pada tahun 2005, dan lulus dari SMAN-2 Palangka Raya pada tahun 2008. Pada tahun 2008 penulis diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) Program Studi Teknologi Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan. Tahun 2011 penulis memilih Kimia Hasil Hutan sebagai bidang keahlian. Selama menuntut ilmu di IPB, penulis aktif dalam kegiatan kemahasiswaan seperti Forester Cup BEM-E tahun 2010, KOMPAK DHH tahun 2010, Bina Corps Rimbawan (BCR) tahun 2011, Anggota Divisi Kewirausahaaan HIMASILTAN 2009-2010, dan Anggota Divisi Internal HIMASILTAN 2010-2011. Penulis melakukan kegiatan Praktek Pengenalan Ekosistem Hutan (P2EH) di Kamojang-Sancang Barat pada tahun 2010, Praktek Pengelolaan Hutan (P2H) di Hutan Pendidikan Gunung Walat, KPH Cianjur, dan Taman Nasional Gunung Gede Pangrango tahun 2011, dan Praktek Kerja Lapang (PKL) di PT Tanjung Enim Lestari Pulp and Paper di Palembang pada bulan Februari-April 2012. Penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Pulp dan Kertas pada semester ganjil 2012/2013. Beasiswa yang pernah diperoleh penulis selama kuliah di IPB adalah beasiswa BBM (Bantuan Belajar Mahasiswa) dari Juli 2011 sampai dengan November 2012. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, penulis melakukan penelitian dengan judul Sifat Pulp Campuran antara Pulp Asli Bambu dan Pulp Karton Bekas (Old Corrugated Containers) di bawah bimbingan Bapak Nyoman J. Wistara, Ph.D dan Ibu Dian Anggraini Indrawan, S.Hut, MM.
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
viii
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
PENDAHULUAN
1
METODE PENELITIAN
2
HASIL PEMBAHASAN
4
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
10
DAFTAR TABEL 1. 2. 3.
Kondisi Pemutihan (Bleaching) Pulp ........................................................3 Sifat serat dan nilai turunan pulp bambu dan pulp OCC yang tidak digiling dan digiling sampai derajat freeness 400 ml CSF ...............6 Nilai viskositas pulp .................................................................................. 9
DAFTAR GAMBAR 1. 2. 3. 4.
Derajat putih Pulp Campuran ....................................................................5 Nilai indeks tarik dari campuran antara pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness … ............6 Nilai indeks retak campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness.............................. 8 Nilai indeks sobek campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness............................ 9
1
PENDAHULUAN Serat daur ulang adalah sumber bahan baku penting bagi industri pulp dan kertas. Pada akhir tahun 2005, penggunaannya telah meningkat sekitar 70% (Cabalova et al. 2011). Meskipun pangsanya cenderung meningkat, pada umumnya serat daur ulang tidak dapat dipergunakan secara tunggal dalam kebanyakan produk pulp dan kertas. Hal ini disebabkan oleh menurunnya potensi berikatan antar serat pulp daur ulang. Serat daur ulang mengalami perubahan struktural permanen akibat perlakuan mekanis, kimia dan pengeringan berulang (Dienes et al. 2004). Perubahan ini menyebabkan sifat kekuatan yang terutama bergantung pada ikatan antar serat seperti kekuatan tarik dan retak menurun. Tetapi kekuatan pulp yang tidak terlalu bergantung pada ikatan antar serat seperti kekuatan sobek justru meningkat sampai tingkat pendauran sebanyak 3 kali (Sheikhi dan Talaeipoul 2011). Salah satu sumber serat daur ulang potensial adalah serat dari old corrugated containers (OCC) atau karton bekas. Sifat kekuatan pulp OCC dapat ditingkatkan melalui metode substitusi dengan pulp asli. Wistara dan Hidayah (2010) mendapatkan sifat kekuatan optimum dari pulp campuran antara OCC dan pulp asli bambu pada kadar pulp asli bambu sebesar 70 %. Peningkatan kadar pulp OCC tanpa menurunkan kekuatan pulp campuran kemungkinan dapat dilakukan dengan meningkatkan potensi berikatan pulp asli bambu melalui perlakuan mekanis (proses penggilingan). Untuk meningkatkan sifat kekuatan pulp daur ulang, Sheikhi dan Talaeipoul (2011) melaporkan bahwa perlakuan mekanis lebih baik daripada perlakuan kimia. Penggilingan menyebabkan fibrilasi eksternal, fibrilasi internal, pemendekan serat, dan pembentukan fines sekunder. Fines sekunder berpengaruh dalam meningkatkan sifat mekanik lembaran kertas karena permukaannya yang luas dan memiliki kemampuan menyerap air yang lebih tinggi. Jumlahnya meningkat dengan meningkatnya intensitas penggilingan pulp. Selain fines sekunder, pulp mengandung fines primer yang tersusun terutama oleh sel parenkim yang hancur saat proses pulping. Fines primer tidak memiliki potensi berikatan yang dapat meningkatkan sifat kekuatan lembaran pulp sebagaimana halnya dengan fines sekunder. Fibrilasi eksternal sebesar 0.3% - 0.7% dilaporkan mampu meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan ikatan internal (internal bond) masing-masing sebesar 20 % dan 46 % (Kang 2007). Fibrilasi eksternal meningkatkan luas dan muatan permukaan serat melalui delaminasi dinding sel. Peningkatan derajat freeness pulp bambu dari 710 ml CSF menjadi 340 ml CSF meningkatkan luas permukaan spesifik dan daya serap air serat masing-masing sekitar 100 % dan 160 % dengan peningkatan indeks tarik melebihi 190% (Banavath et al. 2011). Kekuatan pulp tandan kosong kelapa sawit juga berhasil ditingkatkan oleh Jimenez et al. (2009) melalui proses penggilingan pulp.
2
Uraian sebelumnya dengan jelas menunjukkan bahwa proses penggilingan mampu meningkatkan sifat kekuatan pulp. Selanjutnya Banavath et al. (2011) membuktikan penggilingan pulp bambu sampai derajat freeness sekitar 300 ml CSF secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik. Dengan demikian, penggilingan pulp asli bambu kemungkinan akan dapat menurunkan tingkat substitusi pulp bambu terhadap pulp OCC tanpa menurunkan kekuatan pulp campuran (campuran antara pulp OCC dan pulp bambu). Oleh karena itu, penelitian ini ditujukan untuk mencari freeness optimum pulp bambu yang memberikan kekuatan maksimum dari pulp campuran dengan substitusi pulp bambu yang serendah mungkin.
METODE PENELITIAN Penelitian ini meliputi repulping karton bekas, pulping bambu, pemutihan, penggilingan dan pengukuran freenes pulp, pencampuran pulp, dan pengujian sifat optik dan kekuatan pulp. Repulping OCC dilakukan dengan merendamnya di dalam air. Setelah basah kemudian diagitasi, dicuci dan disaring menggunakan saringan 200 mesh. Pulp selanjutnya dihamparkan sampai kering udara. Sebelum dimasak, bambu dibuat menjadi chips dengan ukuran rata-rata 3 cm x 2.5 cm x 0.5 cm. Chips yang kadar airnya telah diketahui dimasak dengan proses soda panas pada suhu maksimum 170 oC, L/W = 4/1, konsentrasi NaOH 35 % (sebagai NaOH), dan waktu total pemasakan selama 3 jam (90 menit impregnasi dan 90 menit pada suhu maksimum). Kondisi pemasakan yang dipergunakan mengacu pada Khamthai (2007). Pulp hasil pemasakan yang telah dicuci dan disaring disimpan untuk tahap penelitian selanjutnya. Bilangan kappa pulp ditentukan mengikuti prosedur standar TAPPI T 236 cm-85 dengan sedikit modifikasi, yaitu menggunakan KmnO4 sebanyak 25 ml. Pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) kemudian diputihkan dengan tahapan D0ED1D2 dengan kondisi pemutihan seperti tercantum di dalam Tabel 1. Setelah proses pemutihan, pulp disaring pada saringan berukuran 0,15 mm (150-200 mesh). Setelah itu, pulp putih bambu digiling dengan mesin PFI untuk mencapai freeness 100 ml CSF, 200 ml CSF, 300 ml CSF, dan 400 ml CSF. Pulp OCC digiling sampai freeness 400 ml CSF. Freeness diukur mengikuti prosedur standar TAPPI T227 om-99. Kedua jenis pulp kemudian dicampur dengan komposisi pulp asli bambu/pulp OCC (B/K) 0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, dan 100/0. Pulp campuran dibuat menjadi lembaran mengikuti prosedur TAPPI T 205 sp-02. Sifat kekuatan pulp yang diuji meliputi kekuatan tarik, kekuatan retak , dan kekuatan sobek yang masing-masing mengikuti metode standar SNI ISO 1306 :2009, SNI ISO 2758 : 2011, dan SNI ISO 0436: 2009. Sifat optik
3
(derajat putih) dan viskositas pulp masing-masing diukur mengikuti prosedur SNI ISO 2470-1:2010 dan TAPPI T 230 om-94. Pengukuran sifat serat dilakukan dengan fiber optic terster Lorentzen and Wattre. Prosedur pengukuran meliputi persiapan suspensi serat dengan konsistensi 0.1%. Sebanyak 100 ml suspensi serat ini ditampung di dalam sebuah gelas Beaker yang diletakkan pada sample holder. Alat yang dipergunakan secara otomatis menyedot suspensi serat dan melakukan pengukuran sifat-sifat serat yang meliputi distribusi panjang dan diameter serat, coarseness serat dan derajat kink serat. Tabel 1 Kondisi pemutihan pulp asli bambu dan OCC Parameter ClO2 (% sebagai Cl2) ClO2 (%) NaOH (%) Konsistensi (%) Suhu (ºC) Waktu (menit)
D0 0,22x KN 10 60 60
E 1 10 70 60
D1 1 10 75 180
D2 0,5 10 75 180
Rancangan Percobaan. Penelitian ini menggunakan analisis rancangan acak lengkap dua faktor masing-masing 2 ulangan dengan faktor I adalah persentase campuran (rasio campuran pulp bambu : pulp karton bekas) dan faktor II adalah tingkat freeness pulp bambu. Taraf percobaannya 20 %, 40 %, 60 % , 80 %, dan 100 % . Model umum rancangan percobaanya adalah : Yijk = µ + αi + βj + ( αβ)ij + εij Keterangan: Yijk µ αi βj (αβ)ij εijk
= Nilai respon pada taraf ke –i faktor persentase campuran (rasio campuran pulp bambu : pulp karton, taraf ke-j factor tingkat freeness pulp bambu dan ulangan ke k. = Nilai tengah populasi (rata-rata yang sebenarnya) = Pengaruh persentase campuran (rasio campuran pulp bambu : pulp karton bekas pada taraf ke- i = Pengaruh faktor tingkat freeness pulp bambu pada taraf ke-j = Pengaruh interaksi antara perlakuan persentase campuran pulp bambu: pulp karton bekas dengan perlakuan tingkat freeness pulp bambu = Pengaruh galat dari satuan percobaan ke –i yang memperoleh kombinasi ij.
Data hasil penelitian dianalisis menggunakan software SPSS 16.1 for windows dengan uji lanjut Duncan.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Rendemen dan Bilangan Kappa Pulp. Rata-rata rendemen tersaring pulp bambu Tali Indonesia berumur 5 tahun hasil penelitian ini adalah 30,16 % dengan bilangkan kappa sebesar 26,35. Sebelumnya, dengan jenis bambu dan kondisi pemasakan yang sama Khamtai (2007) menghasilkan rendemen rata-rata pemasakan sebesar 56 % dan bilangan kappa rata-rata sebesar 30.45 untuk bambu Tali Thailand berumur 3 tahun. Nisbah antara rendemen dan bilangan kappa menunjukkan bahwa selektifitas pemasakan dengan proses soda terhadap bambu Tali Thailand (1.8) sedikit lebih tinggi dari selektifitas pemasakan bambu tali Indonesia (1.4). Faktor umur dan tempat tumbuh bambu dapat mempengaruhi selektifitas pemasakan. Pengaruh jenis bambu terhadap selektifitas pemasakan bambu dengan proses soda terindikasi juga dari hasil penelitian Vu et al. (2004). Peneliti ini melakukan pemasakan bambu Vietnam (Bambusa procera acer) dengan proses soda menggunakan tingkat alkali aktif rata-rata 17 % pada suhu maksimum 165 o C selama 3 jam waktu total, menghasilkan rendemen 50.5% dan bilangan kappa 22.51. Selektifitas pemasakan bambu dapat ditingkatkan dengan menambahkan aditif anthraquinone (AQ). Khamtai (2007) berhasil mendapatkan bilangan kappa rendah (11.8) dan rendemen pemasakan bambu yang relatif tinggi (55.6%) setelah menggunakan aditi AQ ke dalam larutan pemasak soda. Jenis dan komposisi sel bambu dapat mempengaruhi rendemen pemasakan. Bambu pada umumnya terdiri dari 50 % sel paerenkim, 40 % serat dan 10 % sel pembuluh (Dransfield dan Widjaya 1995). Sel parenkim dan sel pembuluh biasanya akan rusak dan terlarut dalam proses pemasakan alkali seperti proses soda dan kraft. Tingginya kadar total sel parenkim dan pembuluh dapat menyebabkan rendahnya rendemen pemasakan bambu dengan proses soda dalam penelitian ini. Sifat Optik (Brighteness). Derajat putih (brighteness) pulp menyatakan banyaknya sinar yang dipantulkan kembali oleh suatu bahan relatif terhadap bahan standar (titanium oksida) yang dinyatakan dalam % ISO atau ºGE. Keberadaan pulp daur ulang OCC di dalam pulp campuran mempengaruhi nilai derajat putih, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1. Bertolak belakang dengan pengaruh freeness pulp, komposisi campuran pulp secara nyata mempengaruhi nilai derajat putih pulp campuran. Gambar 1 memperlihatkan bahwa nilai derajat putih cenderung menurun dengan meningkatnya komposisi pulp daur ulang di dalam pulp campuran. Hal ini disebabkan oleh rendahnya derajat putih pulp daur ulang OCC (43 % ISO). Derajat putih pulp bambu berkisar dari 46 – 69 % ISO, lebih tinggi dari derajat putih pulp daur uang OCC. Dengan demikian, dibandingkan dengan pengaruh pulp OCC, pulp bambu memberikan pengaruh yang sebaliknya terhadap derajat putih pulp campuran. Derajat putih produk kertas dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan tambahan seperti Optical Brightening Agents (OBA) dan Fluorescent Whitening Agents (FWA).
5
Dengan kadar high yield kraft pulp (HYP) konstan 20%, derajat putih kertas meningkat sekitar 3 % (dari 89 % menjadi 92 % ISO) dengan peningkatan kadar OBA dari 0.2% menjadi 0.6% (Zhang et al. 2009). Pemutihan pulp dengan melibatkan tahap oksigen dan peroksida dapat meningkatkan derajat putih pulp. Wang et al. (2012) mendapatkan derajat putih pulp tandan kelapa sawit sebesar sekitar 83 % ISO dengan melibatkan tahap O dan P dalam urutan pemutihan TCF yang mereka lakukan.
68.8
69.2
69.4
68.0 60.0 55.0 50.8 46.2 43.1
50
B/K=60:40 B/K=0:100
60.0 55.0 50.9 46.4
60
B/K=80:20 B/K=20:80
60.0 55.5 51.9 47.2
Derajat Putih (%ISO)
70
60.6 55.4 52.2 46.9
80
B/K=100:0 B/K=40:60
40 30 20 10 0 100 CSF
200 CSF 300 CSF Tingkat Freeness (ml)
400 CSF
Gambar 1 Derajat putih putih pulp campuran. Dimensi Serat. Sifat serat dan nilai turunannya menentukan sifat kekuatan lembaran pulp dan kertas. Serat panjang dengan dinding sel tipis dan diameter lumen yang besar cenderung memberikan sifat kekuatan pulp dan kertas yang baik. Sifat serat bambu dan pulp OCC yang tidak digiling dan digiling sampai derajat freeness 400 ml CSF disajikan di dalam Tabel 2. Proses penggilingan pulp menyebabkan pemendekan serat, fibrilasi eksternal, dan fibrilasi internal. Pemendekan serat ditunjukkan oleh menurunnya panjang serat bambu (dari 1.8 mm menjadi 1.03 mm). Terpotongnya serat diakibatkan oleh gaya geser mekanis selama proses penggilingan (Chen et al. 2011). Dalam penelitian ini serat OCC tidak mengalami pemendekan. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh serat pulp OCC telah tergolong pendek. Fibrilasi internal ditunjukkan oleh terjadinya peningkatan diameter serat baik pada serat bambu maupun serat OCC. Penurunan coarseness dan fibrilasi internal serat setelah penggilingan akan meningkatkan fleksibilitas serat. Wistara dan Effendi (2011) melaporkan bahwa flexibility ratio serat pulp putih kayu tropis campuran meningkat setelah penggilingan.
6
Tabel 2
Sifat serat bambu dan pulp OCC yang tidak digiling dan digiling sampai derajat freeness 400 ml CSF
Sifat dan Dimensi serat Panjang serat (mm) Diameter serat (µm) Coarseness (µg/m) Sudut kink Jumlah kinks per mm Jumlah kinks besar
Pulp yang tidak digiling bambu OCC 1.80 1.11 19.6 24.3 371.9 554.3 63.41 50.04 1.12 0.60 0.52 0.17
Pulp yang digiling bambu OCC 1.11 1.03 24.9 22.4 31.4 0.1 46.83 66.89 0.41 0.80 0.09 0.33
Kekuatan Tarik. Pengujian terhadap kekuatan tarik penting untuk mengetahui daya tahan kertas dalam menerima tegangan tarik secara langsung. Kekuatan tarik dinyatakan dalam indeks tarik. Gambar 2 menunjukkan hubungan antara kekuatan tarik dan freeness pulp.
30
40.9 32.4 31.6 35.1 34.0
35
B/K=60:40 B/K=0:100 32.6 29.1 37.1 39.7 42.3
Indeks Tarik (Nm/g)
40
B/K=80:20 B/K=20:80 34.8 33.6 38.2 37.1 40.1
45
35.5 33.3 39.8 40.2 40.2
B/K=100:0 B/K=40:60
25 20 15 10 5 0 100 CSF
200 CSF
300 CSF
400 CSF
Tingkat Freeness (ml)
Gambar 2 Nilai indeks tarik campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness Gambar 2 menunjukkan bahwa kombinasi B/K = 20/80 memiliki indeks tarik tertinggi, yaitu sebesar 42.33 Nm/g pada tingkat freeness 300 ml CSF. Analisis data kekuatan tarik menunjukkan hanya komposisi campuran pulp yang berpengaruh nyata. Pada komposisi ini, kekuatan tarik pulp campuran memenuhi persyaratan minimum kekuatan tarik SNI 0830-83 untuk pulp kraft putih kayu daun lebar sebesar 30 Nm/g. Hasil penelitian terdahulu (Wistara dan Hidayah 2010) menunjukkan bahwa komposisi B/K = 70/30 memiliki kekuatan tarik tertinggi pada tingkat freeness pulp bambu sebesar
41.4
7
400 ml CSF. Penggilingan pulp bambu dari 400 ml CSF ke 300 ml CSF dalam penelitian ini mampu menurunkan jumlah pulp bambu dalam campuran untuk mendapatkan kekuatan tarik yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya potensi berikatan serat bambu yang dapat dilihat dari meningkatnya diameter serat (dari 19.6 μm menjadi 22.4 μm) dan menurunnya coarseness serat (dari 371.9 μg/m menjadi 0.1 μg/m) setelah penggilingan pulp. Hasil penelitian ini menegaskan pentingnya penggilingan pulp ke tingkat freeness lebih tinggi untuk meningkatkan sifat kekuatan tarik pulp. Penggilingan sebanyak 1000 putaran tidak cukup mampu mengembangkan potensi berikatan pulp asli tandan kosong kelapa sawit (Wanrosli et al. 2005). Pada tingkat penggilingan 1000 putaran, peneliti ini memerlukan 80% komponen pulp asli dalam campuran antara pulp asli tandan kosong kelapa sawit dan pulp OCC untuk mendapatkan kekuatan tarik yang lebih tinggi. Ketahanan Retak. Pada dasarnya kekuatan retak dan kekuatan tarik ditentukan oleh faktor yang sama, yaitu kekuatan ikatan antar serat. Perbedaannya adalah bahwa kekuatan tarik diuji searah bidang lembaran pulp dan kekuatan retak diuji tegak lurus bidang lembaran pulp. Gambar 3 menunjukkan bahwa kekuatan retak tertinggi dimiliki oleh komposisi B/K = 20/80 sebagaimana halnya dengan kekuatan tarik (Gambar 2). Kekuatan retak pulp campuran pada komposisi B/K = 20/80 pada freeness 100 ml CSF adalah sebesar 2.71 kPa m2/g, lebih tinggi dari persyaratan minimum SII 0830-83 sebesar 2 kPa m2/g. Komposisi campuran dan freeness pulp asli bambu berpengaruh terhadap kekuatan retak. Kekuatan Sobek. Kekuatan kertas dalam menahan tegangan sobek selama konversi atau pemakaian akhir kertas dinyatakan dengan nilai indeks sobek. Gambar 4 menunjukkan hubungan antara freeness pulp asli bambu dan kekuatan sobek pulp campuran. Komposisi campuran pulp dan tingkat freeness berpengaruh nyata terhadap nilai indeks sobek pulp campuran. Nilai kekuatan sobek campuran pulp dengan komposi B/K = 20/80 (9.5 mN m2/g) pada tingkat freeness 400 ml CSF hasil penelitian ini jauh lebih tinggi dari persyaratan kekuatan sobek minimum pulp kraft putih kayu daun lebar SNI 0830-83 (5 mN m2/kg). Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa terdapat kecenderungan peningkatan kekuatan sobek dengan menurunnya tingkat freeness pulp bambu. Kekuatan sobek dipengaruhi oleh panjang serat. Tabel 2 menunjukkan bahwa penggilingan pulp sampai dengan tingkat freeness 400 ml CSF menurunkan panjang serat pulp asli bambu dari 1.80 mm menjadi 1.03 mm. Meskipun tidak dilakukan pengukuran panjang serat pada tingkat freeness lebih tinggi, peningkatan intensitas penggilingan kemungkinan semakin menurunkan panjang serat. Hal ini diduga berperan dalam peningkatan kekuatan sobek dengan menurunnya komposisi pulp asli bambu dan meningkatnya nilai CSF freeness. Penggilingan pulp ke tingkat freeness lebih tinggi menyebabkan peningkatan eksternal dan internal fibrilasi yang menyebabkan peningkatan potensi berikatan antar serat. Peningkatan ikatan
8
antar serat akan menurunkan kekuatan sobek (Fatehi et al. 2010). Ghasemian et al. (2012) menduga bahwa serat panjang memberikan kemungkinan jalinan serat di banyak tempat di dalam lembaran pulp, sehingga serat panjang cenderung memberikan kekuatan sobek yang lebih tinggi.
2.6
2.0 1.8 1.7
2.1
2.4
2.6 2.2
2.5
2.7 2.5
2.1 2.0
2.0
2
B/K=60:40 B/K=0:100
1.8
Indeks Retak (kPa m2 /g)
2.5
2.2 2.0
2.3
2.6
3
B/K=80:20 B/K=20:80
2.7 2.7
B/K=100:0 B/K=40:60
1.5 1 0.5 0 100 CSF
200 CSF
300 CSF
400 CSF
Tingkat Freeness (ml)
Gambar 3 Nilai indeks retak campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC ) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness
9
B/K=80:20
B/K=60:40
B/K=40:60
B/K=20:80
B/K=0:100
7.7 7.9 6.1 6.7 5.3
5.8
7.2
7.3
8.2
5 4
7.2 4.8
5.0
6
5.6
7
6.4
6.6 6.6 7.0
8
3.2
Indeks Sobek (mN m²/g)
9
8.6
8.9
10
9.5
B/K=100:0
3 2 1 0 100 CSF
200 CSF
300 CSF
400 CSF
Tingkat Freeness (ml)
Gambar 4 Nilai indeks sobek campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness Viskositas. Viskositas pulp mengindikasikan derajat polimerisasi dan degradasi selulosa sehingga secara tidak langsung dapat mengindikasikan kekuatan pulp. Joutsimo (2004) menunjukkan bahwa degradasi alkalin berpengaruh terhadap kekuatan pulp pada viskositas rendah. Viskositas pulp putih hasil penelitian ini tercantum di dalam Tabel 3. Tabel 3 Nilai viskositas pada pulp Viskositas Pulp (cps) Tipe Pulp
unbeaten pulp
100 ml 200 ml 300 ml 400 ml CSF CSF CSF CSF
pulp bambu
5.11
4.6
4.66
4.74
5.13
pulp karton
8.93
-
-
-
8.76
Viskositas pulp yang tidak digiling lebih tinggi dibandingkan pulp yang di giling. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan intensitas penggilingan yang dilakukan meningkatkan degradasi polimer selulosa. Degradasi polimer selulosa dapat menurunkan kekuatan serat maupun kekuatan lembaran pulp (Spiridon dan Duarte 2002). Peningkatan freeness menyebabkan kondisi serat menjadi semakin tipis dan tidak homogen, sehingga degradasi selulosa yang terjadi semakin besar dan mengakibatkan nilai viskositas cenderung menurun.
10
SIMPULAN DAN SARAN Komposisi pulp bambu : karton (B/K) = 20:80 pada tingkat freeness 400 ml CSF menghasilkan lembaran pulp dengan sifat fisik terbaik berdasarkan hasil skoring Duncan. Komposisi pulp campuran berpengaruh nyata terhadap semua sifat kekuatan dan optik lembaran pulp. Sementara tingkat penggilingan tidak berpengaruh nyata, kecuali pada indeks retak dan indeks sobek. Komposisi pulp daur ulang yang lebih dominan dan perlakuan penggilingan berperan dalam meningkatkan ikatan antar serat pada pulp campuran. Peningkatan ikatan serat dengan perlakuan secara kimia dapat dilakukan untuk lebih meningkatkan peran serat daur ulang dalam mencapai kekuatan optimal lembaran pulp.
DAFTAR PUSTAKA Banavath HN, Bhardwaj KN, Ray AK . 2011. A comparative study of the effect of refining on charge of various pulps. Bioresource Technology. 102 : 4544–4551. Bhardwaj KN, Hoang V, Nguyen LK. 2007. A comparative study of the effect of refining on physical and electrokinetic properties of various cellulosic fibres. Bioresource Technology. 98 : 1647–1654. Cabalova I, Kacik F, Gaffert A, Kacikova D. 2011. The Effects of Paper Recycling and its Environmental Impact. Environmental Management inPractice.http://cdn.intechopen.com/pdfs/16296/InTechThe_effects_ of_paper_recycling_and_its_environmental_impact.pdf. [ 6 November 2012]. Chen Y, Wan J, Ma Y, and Lv H. 2010. Modification of properties of old newspaper pulp with biological method. Bioresource Technology. 101 :7041–7045. Dienes, D. Egyhazi, and A. Reczey, K. 2004. Treatment of recycled fiber with Trichoderma cellulases. Industrial Crops and Products. 20 : 11– 21. Dransfield S, Widjaya EA. Eds. 1995. Plant Resources of South-East Asia No 7 : Bamboos. Bogor : PROSEA . hal :1-50. Fatehi P, Kititerakun R, Ni Y, Xiao H. 2010. Synergy of CMC and modified chitosan on strength properties of cellulosic fiber network. Carbohydrate Polymers. 80: 208–214. Ghasemian A, Ghaffari M, Ashori A. 2012. Strength-enhancing effect of cationic starch on mixed recycled and virgin pulps. Carbohydrate Polymers . 87 : 1269– 1274. Hubbe MA, Heitmann JJ. 2007. Review of factors affecting the release of water from cellulosic fibers during paper manufacture. Bioresources. 2(3) : 500-523.
11
Jimenez L, Serrano L, Rodríguez A, and Sanchez R .2009. Sodaanthraquinone pulping of palm oil empty fruit bunches and beating of the resulting pulp. Bioresource Technology . 100 : 1262–1267. Joutsimo O. 2004. Effect of Mechanical Treatment on Softwood Kraft Fiber Properties [Dissertation]. Finland : The Helsinki University of Technology. Kang T. 2007. Role of External Fibrilitation in Pulp and Paper Properties [Dissertation]. Finland : The Helsinki University of Technology. Khamthai S. 2007. Comparison of AS-AQ pulping of sweet bamboo (Dendracalamus asper Backer) and pulping by conventional kraft process. Chiang Mai J. Sci . 34 (1) : 97 – 107. Park S. 2006. Drying Behaviour of Cellulose Fibers Characterized by Thermal Analysis [Disertation]. North Carolina : The Graduate Faculty of North Carolina State University. Sheikhi P, Talaeipour M. 2011. Comparison mechanical and chemical treatments on properties of low yield bagasse pulp during recycling. World Academy of Science, Engineering and Technology. 57 : 490 493. Spiridon I, Duarte AP. 2002. Some preliminary data on enzymatic hydrolysis of Pinus pinaster kraft Pulp. Iberoamerican Congress on Pulp and Paper Research 2002. http:// www. Celluloseonline.com.br/ima gembank/Docs/Docbank/dc/dc350.pdf. [5 September 2012]. Wang X, Hu J, Liang Y, Zeng J. 2012. TCF bleaching character of sodaantrhaquinone pulp from oil palm frond. Bioresources. 7 (1) : 275-282. Wanrosli WD, Zainuddin Z, Roslan S. 2005. Upgrading of recycled paper with oil palm fiber soda pulp. Industrial Crops and Products. 21 : 325–329. Wistara NJ, Effendi H. 2011. The characteristic of beaten and unbeaten mixed tropical hardwood kraft pulp. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 9 (1) :35-41. Wistara NJ, Hidayah HN. 2010. Virgin bamboo pulp substitution improved strength properties of OCC pulp. Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan. 3 (1) : 14-18. Vu TH, Pakkanen H, Alen R. 2004. Delignification of bamboo (Bambusa procera acher) Part 1. Kraft pulping and the subsequent oxygen delignification to pulp with a low kappa number. Industrial Crops and Products. 19 : 49–57. Zhang H, He Z, Ni Y, Hu H, Zhou Y. 2009. Using Optical Brightening Agents (OBA) for improving the optical properties of HYPcontaining paper sheets. Pulp and Paper Canada, October/November : 20-24.
