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).
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.
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 mmmenjadi 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. 69.4 69.2 68.8 68.0 60.6 60.0 60.0 60.0 55.4 55.5 55.0 55.0 52.2 51.9 50.9 50.8 46.9 47.2 46.4 46.2 43.1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 100 CSF 200 CSF 300 CSF 400 CSF Derajat Putih (% ISO) Tingkat Freeness (ml) B/K=100:0 B/K=80:20 B/K=60:40 B/K=40:60 B/K=20:80 B/K=0:100
6
Tabel 2 Sifat serat bambu dan pulp OCC yang tidak digiling dan digiling sampai derajat freeness 400 ml CSF
Sifat dan Dimensi serat
Pulp yang tidak digiling Pulp yang digiling
bambu OCC bambu OCC
Panjang serat (mm) 1.80 1.11 1.03 1.11
Diameter serat (µm) 19.6 24.3 22.4 24.9
Coarseness (µg/m) 371.9 554.3 0.1 31.4
Sudut kink 63.41 50.04 66.89 46.83
Jumlah kinks per mm 1.12 0.60 0.80 0.41 Jumlah kinks besar 0.52 0.17 0.33 0.09 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.
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
35.5 34.8 32.6 32.4 33.3 33.6 29.1 31.6 39.8 38.2 37.1 35.1 40.2 37.1 39.7 34.0 40.2 40.1 42.3 40.9 41.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 100 CSF 200 CSF 300 CSF 400 CSF Indeks Tarik (Nm/g) Tingkat Freeness (ml) B/K=100:0 B/K=80:20 B/K=60:40 B/K=40:60 B/K=20:80 B/K=0:100
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.
Gambar 3 Nilai indeks retak campuran pulp bambu dan pulp karton bekas (OCC ) pada berbagai komposisi dan tingkat freeness
1.8 2.2 2.1 1.8 2.0 2.0 2.0 1.7 2.6 2.3 2.5 2.0 2.7 2.5 2.2 2.1 2.7 2.7 2.6 2.4 2.6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 100 CSF 200 CSF 300 CSF 400 CSF Indeks Retak (kPa m 2/g) Tingkat Freeness (ml) B/K=100:0 B/K=80:20 B/K=60:40 B/K=40:60 B/K=20:80 B/K=0:100
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
Tipe Pulp Viskositas Pulp (cps) unbeaten pulp 100 ml CSF 200 ml CSF 300 ml CSF 400 ml 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.
3.2 4.8 5.8 6.1 5.0 5.6 8.9 6.7 6.6 7.2 8.2 7.7 6.6 6.4 7.2 7.9 7.0 7.3 5.3 9.5 8.6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 100 CSF 200 CSF 300 CSF 400 CSF Indeks Sobek (mN m²/g) Tingkat Freeness (ml) B/K=100:0 B/K=80:20 B/K=60:40 B/K=40:60 B/K=20:80 B/K=0:100
10