PENGARUH UMUR POHON DAN ALKALI AKTIF
TERHADAP SIFAT
–
SIFAT PULP KRAFT KAYU JABON
(Anthocephalus cadamba Miq.)
WIDYA SARI ASTUTI PULUNGAN
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Umur Pohondan Alkali Aktif terhadap Sifat-Sifat Pulp Kraft Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi 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.
ABSTRAK
WIDYA SARI ASTUTI PULUNGAN. Pengaruh Umur Pohon dan Alkali Aktif terhadap Sifat-Sifat Pulp Kraft Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.). Dibimbing oleh NYOMAN JAYA WISTARA.
Anthocephalus cadamba Miq. merupakan spesies yang mengalami pertumbuhan cepat sehingga berpotensi dikembangkan dalam HTI untuk memenuhi pasokan bahan baku industri pulp dan kertas. Hal ini didukung oleh kesesuaian karakteristik kayu dengan persyaratan bahan baku pulp. Proses kraft merupakan metode yang paling banyak diaplikasikan dalam industri pulp, terkait dengan kualitas pulp yang dihasilkan dan efisiensi proses. Pada penelitian ini, umur pohon dan alkali aktifdijadikan sebagai faktor perlakuan melalui rancangan percobaan faktorial, meliputi pohon berumur 3, 5, dan 7 tahun, dengan alkali aktif sebesar 15%, 18%, 21%, 24%, dan 27%. Adapun respon yang diamati sebagai parameter proses pulping dan kualitas pulp, meliputi derajat delignifikasi, bilangan kappa, lignin klason, rendemen, konsumsi alkali, viskositas, brightness, unbeaten freeness, selektivitas delignifikasi, derajat polimerisasi, dan bobot molekul selulosa. Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa umur pohon, alkali aktif, dan interaksi keduanya berpengaruh secara signifikan terhadap respon yang diamati, kecuali unbeaten freeness.
Kata kunci:Anthocephalus cadamba Miq, proses kraft, alkali aktif, umur pohon.
ABSTRACT
WIDYA SARI ASTUTI PULUNGAN.The influence of tree age and active alkali to the kraft pulp properties made from jabon-wood (Anthocephalus cadamba Miq.). Supervised by NYOMAN JAYA WISTARA.
Anthocephalus cadamba Miq.is a fast growing species potentially developed in industrial plantation forest in order to supply raw material of wood-based industries, mainly pulp and paper.It is supported by wood characteristics that meet the requirements of raw material. Kraft process is the most applied method in pulp industry,related to the pulp quality yielded and process efficiency. In this research, tree age and active alkali were usedas treatments arranged in factorial design. The wood chips were prepared from jabon tree with the age of 3, 5, and 7 years, then chemically pulped under condition of 15%, 18%, 21%, 24%, and 27% active alkali. Control parameters of pulping process and pulp quality were examined, consist of delignification degree, kappa number, klason lignin, pulp yield, alkali consumption, viscosity, brightness, unbeaten freeness, delignification selectivity, degree of polymerization, and molecular weight of cellulose.The results showed that tree age, active alkali, and interaction between them significantly affect the responses examined, except unbeaten freeness.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
PENGARUH UMUR POHON DAN ALKALI AKTIF
TERHADAP SIFAT
–
SIFAT PULP KRAFT KAYU JABON
(Anthocephalus cadamba Miq.)
WIDYA SARI ASTUTI PULUNGAN
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi: Pengaruh Umur Pohon dan Alkali Aktif terhadap Sifat-Sifat Pulp Kraft Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.)
Nama : Widya Sari Astuti Pulungan NIM : E24090003
Disetujui oleh
Dr Ir Nyoman Jaya Wistara, MS Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir I Wayan Darmawan, MSc Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’alaatas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan usaha dan kerja keras. Skripsi ini mengangkat tema respon perlakuan alkali aktif dan umur pohon pada pulp kraft kayu jabon yang dilaksanakan sejak September 2012 sampai April 2013.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs Hamzah Pulungan dan Ibu Elli Farida Harahap, SPd atas jasa luar biasa sebagai orangtua yang selalu mendukung dan mendoakan kelancaran studi dan skripsi penulis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dr Ir Nyoman Jaya Wistara, MS selaku dosen pembimbing, Dr Ir Tutut Sunarminto, MS selaku dosen penguji, serta seluruh dosen, laboran, dan karyawan Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB yang telah banyak memberi bimbingan, saran, dan bantuan yang sangat berharga dan bermanfaat.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada teman-teman seperjuangan di BKHH, THH angkatan 46, Fahutan angkatan 46, dan keluarga besar Fakultas Kehutanan IPB yang selalu membantu, mendampingi, dan memberi semangat selama masa studi di IPB.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xi
PENDAHULUAN 1
METODE 2
Persiapan Bahan Baku 2
Proses Pulping Kraft 2
Pengujian Sifat-Sifat Pulp 2
Pengolahan Data 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Derajat Delignifikasi dan Bilangan Kappa 4
Rendemen 6
Viskositas dan Brightness 7
Konsumsi Alkali 11
Unbeaten Freeness 12
Selektivitas Delignifikasi 13
SIMPULAN DAN SARAN 14
DAFTAR PUSTAKA 14
DAFTAR TABEL
1. Kondisi proses pulping kraft kayu jabon 2
2. Hasil pengujian derajat delignifikasi, bilangan kappa, lignin klason, dan
rendemen 4
3. Nilai viskositas dan brightnesspulp 8
DAFTAR GAMBAR
1. Derajat delignifikasi dan bilangan kappa sebagai fungsi dari alkali aktif 5
2. Hubungan antara alkali aktif dan rendemen pulp 6
3. Hubungan antara bilangan kappa dan rendemen pulp 7
4. Hubungan antara alkali aktif dan viskositas pada unbleached dan bleached
kraft pulp kayu jabon berumur (a) 3 tahun, (b) 5 tahun, dan (c) 7 tahun 9
5. Hubungan antara alkali aktif dan brightness pada unbleached dan bleached
kraft pulp kayu jabon 10
6. Hubungan antarabilangan kappa dan brightnesspulp 11
7. Hubungan antara alkali aktif dan konsumsi alkali 12
8. Hubungan antara alkali aktif dan selektivitas delignifikasi pada proses pulping
PENDAHULUAN
Kayumerupakan bahan baku utama industri pulp dan kertas (FAO 2012) yang permintaannya semakin tinggi dengan meningkatnya pertumbuhan industri tersebut. APKI menyatakan bahwa konsumsi kertas nasional sebesar 30 kg/kapita pada tahun 2012 dan masih berpeluang untuk mengalami peningkatan.Peningkatan tersebut harus diimbangi oleh suplai bahan baku sehingga dapat mendukung keberlanjutan produksi. Upaya pemenuhan suplai kayu dapat dilakukan melalui pembangunan HTI.Proyeksikebutuhan kayu pulp pada tahun 2013 sekitar 58.87 juta m3, sedangkanpasokannya diperkirakan hanya 41.39 juta m3(Departemen Kehutanan 2006).Produktivitas HTI perlu ditingkatkan dengan menemukan jenis tanaman yang berpotensi sebagai kayu pulp.Pada pengelolaan hutan tanaman, daur teknis disesuaikan dengan tujuan pemanfaatan kayu.Dalam hal ini, HTI pulp memiliki daur yang relatif singkat sehingga penebangan dapat dilakukan pada umur 5-7 tahun.Selain itu, tanaman dengan daur yang relatif singkatjuga berpotensi dikembangkan dengan sistem pengelolaan hutan rakyat (Hakim 2009) sehingga dapat menambah suplai kayu industri dan berkontribusi terhadap aspek sosial ekonomi masyarakat.
Kayu jabon (Anthocephaluscadamba Miq.) dapat dijadikan sebagai bahan baku alternatif dalam produksi pulp karena memiliki riap biomassa tegakan yang tinggi, daur pendek, dan sifat-sifat kayu sesuai dengan persyaratan bahan baku pulp. Jabon merupakan jenis tanaman cepat tumbuh (fast growing species) yang dapat ditebang dengan rotasi 4 tahun pada pengelolaan optimal.Pada 6-8 tahun pertama, tinggi pohon dapat mencapai45 m dengan laju pertumbuhan 3 m/tahun, tinggi bebas cabang dapat mencapailebih dari 25 m, dan diameter batang berkisar antara 100-160 cm dengan laju pertumbuhan 7 cm/tahun. Adapun laju pertambahan volume sebesar 10-26 m3/tahun (Soerianegara & Lemmens 1993).Selain itu, jabon merupakan jenis endemik Indonesia (Krisnawati et al. 2011) yang sesuai dengan karakteristik ekologis lokal dan berdampak positif terhadap ekosistem (Aprianis& Junaedi 2009).Emil (2013) meneliti bahwa kadar holoselulosa jabon rata-rata sebesar 75.485% dengan persentase selulosa sebesar 41.625% sehingga berpotensi sebagai kayu pulp.DalamSoerianegara dan Lemmens (1993)dinyatakan bahwa kayu jabon dapat menghasilkan pulp sulfat dengan kualitas yang cukup baik sebagai bahan baku kertas. Rendemen pulp sekitar 48.50% dengan brightness dan hasil lembaran yang memuaskan.Jabon diharapkan dapat menjadi bagian penting dari kayu industri, terutama karena penurunan suplai kayu dari hutan alam.Di Indonesia, jabon sudah digunakan untuk tujuan reforestasi, aforestasi, dan hutan tanaman industri (Krisnawati et al. 2011) yang sebagian besar berada di Provinsi Sumatera Utara, Riau, dan Kalimantan Tengah (Nair 2000).
2
rasio L/W, dan H-factor (Smook 1992). Komposisi kimia struktural kayu juga sangat penting dalam proses pulping karena berhubungan dengankadar komponen lignoselulosa. Komposisi tersebut dipengaruhi secara nyata oleh umur pohon, terkait dengan meningkatnya porsi kayu dewasa (Roliadi et al. 2009).
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh umur pohon dan alkali aktif terhadap sifat-sifat pulpkraft berbahan baku kayu jabon.Hasil penelitiandiharapkan dapat digunakan untuk memperkirakan umur pohon dan alkali aktif yang optimal sehingga pemanfaatan kayu jabon menjadi lebih efisien, terutama dalam pembuatan pulp.
METODE
Persiapan Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun. Kayu tersebut dicacah menjadi serpih (chips) berukuran panjang 2-3 cm dan tebal 3-5 mm. Kemudian kadar air ditentukan menurut standar ASTM D4442-07.NaOH dan Na2S yang digunakan masing-masingmemiliki konsentrasi 309.942 g L-1 dan 184.266 g L-1.
Proses Pulping Kraft
Proses pulping dilakukan padakondisi H-factor yangsama untuk seluruh kombinasi faktor perlakuan yangdisajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1 Kondisi proses pulping kraft kayu jabon
Parameter Kondisi
3 delignifikasiselama proses pulpingdengan caramenghitung persentase lignin yang terdegradasi terhadap kadar lignin kayu, sebagai berikut:
Pengujian bilangan kappa dilakukan berdasarkan standarTAPPI T 236 cm – 85.Persentase alkali yang dikonsumsi selama proses pulping ditentukan menurut standar TAPPI T 625 cm – 85. Pengujian nilai viskositas dilakukan sesuai dengan standar TAPPI T 230 om – 89.Berat molekul selulosadiperoleh dengan menggunakanpersamaan Mark-Houwink-Sakurada.Derajat polimerisasi dapat diketahui melalui perbandingan antara berat molekul selulosa dengan berat molekul unit strukturnya.
[η] = 0.0098 × BM0.9
dengan: [η] = viskositas intrinsik, mL g-1 (hasil konversi viskositas TAPPI, cP) BM = berat molekul selulosa
DP = derajat polimerisasi
Tingkat kecerahan pulp (brightness) yang dinyatakan dalam % ISOdiuji berdasarkan standar TAPPI T 452 om–98 pada lembaran pulpdengan menggunakan alat uji Elrepho. Derajat kehalusan serat diuji tanpa melalui proses penggilingan (unbeaten freeness) sesuai dengan prosedur TAPPI T 227 om – 85 pada suspensi pulp (konsistensi 0.3%). Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji CSF (Canadian Standard Freeness). Pengujian terhadap kondisi pulpingdilakukan dengan menentukan selektivitas delignifikasi, yaitu perbandingan antara karbohidrat dan lignin yang terdegradasi selama proses pemasakan, dengan rumus:
Pengolahan Data
Data penelitian yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik dengan menggunakan Microsoft Excel 2007, kemudian dilanjutkan dengan uji Anova dan uji lanjut Duncan menggunakan SPSS 16.0for windows.Rancangan percobaan faktorial dimodelkan sebagai berikut:
Yijk= µ + αi+ βj+ (αβ)ij+ εijk Keterangan:
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Derajat Delignifikasi dan Bilangan Kappa
Berdasarkan kualitas komponen kimia kayu daun lebar untuk bahan baku pulp dan kertas, kadar lignin kayu jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun termasuk kelas II (18-33%) dengan persentase masing-masing 26.003%, 28.341%, dan 28.539%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa umur pohon berkorelasi positif dengan kadar lignin (koefisien korelasi 0.89). Pengujian kadar lignin kayu bermanfaat dalam penentuan derajat delignifikasi dan selektivitas pemasakan. Hasil pengujian terhadap proses pulpingdan sifat pulp tercantum dalam Tabel 2.
Tabel 2Hasil pengujian derajat delignifikasi, bilangan kappa, lignin klason, dan rendemen
Derajat delignifikasi dipengaruhi secara nyata oleh umur pohon, alkali aktif, maupun interaksi keduanya (tingkat α = 95%). Uji lanjut Duncan menunjukkan nilai yang berbeda pada masing-masing umur, secara berurut kayu jabon berumur 5, 7, dan 3 tahun semakin mudah didelignifikasi.Dari hasil regresi diperoleh bahwa masing-masing sebesar 82.9%, 75.4%, dan 82.3% variasi derajat delignifikasi pada pulp kraft jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun dapat dijelaskan oleh persamaanyang menggunakan alkali aktif sebagai variabel independen.
5 bahan kimia pereaksi ke dalam dinding sel dan lamela tengah.Hal ini terkait dengan sifat polimer hemiselulosa yang mudah terdegradasi dalam kondisi alkali dan pada suhu yang lebih rendah dibandingkan selulosa.
Pada reaksi delignifikasi, lignin terdegradasi dari struktur kayu. Namun sebagian lignin masih tersisa dalam pulp bersama material lain yang dapat dioksidasi oleh KMnO4, meliputihexenuronic acids, zat ekstraktif, gugus karbonil, dan struktur lainnya. Jumlah total material tersebut dinyatakan sebagai bilangan kappa.Derajat delignifikasi yang semakin tinggi cenderung menurunkan bilangan kappa karena semakin banyak lignin yang terlarut dalam black liquor.Jika ditinjau dari waktu dan suhu pemasakan, penelitian ini dilakukan pada H-factor sekitar 803-815.Penelitian Baptista et al. (2008) pada pulp kraft Pinus pinaster juga menunjukkan bahwa peningkatan delignifikasi menurunkan bilangan kappa dengan menggunakan H-factor sebagai variabel (85-8049).Gambar 1 menunjukkan hubungan invers antara kedua parametertersebut.
Gambar 1 Derajat delignifikasi dan bilangan kappa sebagai fungsi dari alkali aktif Dari hasil regresi diperoleh bahwa masing-masing sebesar 85.7%, 84%, dan 88.5% variasi bilangan kappa pada pulp jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun dapat dijelaskan oleh persamaaneksponensial yang menggunakan alkali aktif sebagai variabel independen. Berdasarkan uji statistik, diketahui bahwa umur pohon, alkali aktif, maupun interaksi keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap bilangan kappa pada selang kepercayaan 95%.Peningkatan alkali aktif pada sulfiditas konstan secara nyata menurunkan bilangan kappa.Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa bilangan kappa pulp dari masing-masing umur pohon memiliki nilai yang berbeda, yaitu pulp jabon berumur 3 tahun memiliki nilai terendah. Hal ini diduga dipengaruhi oleh perbedaan kadar komponen kimia kayu. Setiap level alkali aktif juga berbeda nyata, sehingga penggunaan faktor perlakuan tersebut dapat disesuaikan dengan target bilangan kappa.
Derajat delignifikasi berkorelasi dengan kadar lignin pulp karena adanya hubungan linear antara lignin sisa dan bilangan kappa. Berbeda dengan papan serat, keberadaan lignin dalam pembuatan kertas tidak diharapkan karena sifat lignin yang hidrofobik.Semakin banyak lignin yang didegradasitanpa menyebabkan kerusakan selulosa secara signifikan (ditunjukkan oleh viskositas)
0
delignifikasi jabon 3 thn delignifikasi jabon 5 thn delignifikasi jabon 7 thn
Kappa # pulp jabon 3 thn Kappa # pulp jabon 5 thn Kappa # pulp jabon 7 thn
6
akan meningkatkan sifat hidrofilik dan fleksibilitas serat sehingga ikatan antar serat selulosa akan semakin tinggi(Nguyen & Dang 2006, Jun et al. 2012). Selain itu, kadar lignin juga memengaruhi konsumsi bahan kimia selama proses pemutihan pulp.
Rendemen
Rendemen tersaring semakin rendah dengan meningkatnya alkali aktif.Hal ini terkait dengan semakin tingginya intensitas reaksi delignifikasi dan degradasi polisakarida.Polisakarida, terutama yang berada dalam dinding sel sekunder, bereaksi dengan komponen kimia dalam larutan yang menyebabkan pemutusan ikatan glikosida.Degradasi selulosa sangat kuat terjadi pada fase residual delignification(Gullichsen & Paulapuro 2000).Reaksi tersebut menyebabkan perubahan struktural serat sehingga menurunkan rendemen pulp.Berdasarkan hasil pengujianpada Tabel 2, diperoleh hubungan polinomial antara alkali aktif dan rendemen pada masing-masing umur pohon yang ditunjukkan oleh Gambar2.
Gambar 2 Hubungan antara alkali aktif dan rendemen pulp
Umur pohon, alkali aktif, dan interaksi antara kedua faktor secara nyata memengaruhi rendemen pulp pada selang kepercayaan 95%.Hal yang sama juga dinyatakan oleh MacLeod (2007) bahwa alkali aktif memegang peranan penting terhadap rendemen, dalam kaitannya dengan kerentanan polisakarida terhadap degradasi.Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa kayu jabon berumur 3 dan 5 tahun menghasilkan rendemen pulp yang sama dan lebih tinggi dibandingkan dengan kayu jabon berumur 7 tahun.
Penelitian Dang dan Nguyen (2007) pada Eucalyptus nitens menunjukkan bahwa adanya hubungan antara rendemen dan bilangan kappa (koefisien determinasi 0.96), yang dipengaruhi oleh kondisi pulping.Pada penelitian ini, hubungan tersebutdapat dijelaskan dengan regresi polinomial yang ditunjukkan oleh Gambar 3.
7
Gambar 3 Hubungan antara bilangan kappa dan rendemen pulp
Dari Gambar 3, dapat dilihat bahwa pulp dengan bilangan kappa tertinggi pada masing-masing umur pohon (alkali aktif 15%) memiliki rendemen lebih tinggi daripada kondisi lainnya. Namun setelah bilangan kappa tersebut, rendemen cenderung menurun yang disebabkan oleh adanya hasil pemasakan yang tidak tersaring. Pemasakan pada alkali aktif 15% dan 18% menghasilkan rejects, tetapi masih memiliki rendemen yang lebih tinggi karena kandungan lignin sisa dalam pulp dapat meningkatkan rendemen.Pada penggunaan alkali aktif 21%, 24%, dan 27%, degradasi lignin dan karbohidrat semakin tinggi sehingga menurunkan rendemen pulp. Hal yang sama juga dilaporkan oleh Copur et al. (2008) bahwa bilangan kappa dapat digunakan untuk memperkirakan rendemen pulp kraft karena keduanya memiliki korelasi yang kuat (koefisien determinasi 82%).
Viskositas dan Brightness
Viskositas pulp berhubungan dengan derajat polimerisasi dan berat molekul polisakarida. Hasil pengujian dapatmengindikasikandegradasi selulosa dari proses pembuatan dan pemutihan pulp. Umur pohon, alkali aktif, maupun interaksi keduanya secara nyata memengaruhi viskositas pulp pada selang kepercayaan 95%.Gambar 4 menunjukkan peningkatan dan penurunan nilai viskositas secara polinomial dengan semakin meningkatnya alkali aktif. Uji lanjut Duncan menunjukkan nilai viskositas yang berbeda pada setiap level umur, yaitu jabon berumur 5, 3, dan 7 tahun, masing-masing menghasilkanpulp dengan viskositas yang semakin rendah. Hal ini diduga disebabkan oleh perbedaan komposisi kimia struktural kayu.Hasil pengujian viskositas dan brightnesspulp dapat dilihat pada Tabel 3.
Peningkatan alkali aktif pada sulfiditas konstan menyebabkan penambahan jumlah ion OH-.Kandungan ion OH- memengaruhi reaksi antara bahan kimia dengan komponen kimia kayu. Selama proses kraft ion HS- bereaksi dengan lignin dan reaksi degradasi karbohidrat hanya dipengaruhi oleh ion OH-(Gullichsen & Paulapuro 2000). Viskositasunbleached pulpyang semakin tinggi diduga dipengaruhi oleh meningkatnya reaksi degradasi hemiselulosa. Hemiselulosa memiliki kristalinitas dan derajat polimerisasi lebih rendah dibandingkan selulosa, larut dalam alkali, dan mudah terhidrolisis (Gullichsen & Paulapuro 2000).Vu et al. (2004) menemukan bahwa peningkatan viskositas pulp kraft bambu pada
8
factor di bawah 900 dapat dijelaskan oleh penurunan relatif kadar hemiselulosa. Penelitian lain menunjukkan penurunan viskositas pulp Pinus brutia yang diproses dengan metode kraft-NaBH4karena mengandung kadar hemiselulosa yang signifikan (Copur & Tozluoglu 2008).
Tabel 3 Nilai viskositas dan brightnesspulp Pulp Alkali
aktif, % G-factor
Viskositas, cP Brightness, % ISO Unbleached Bleached1) Unbleached Bleached 1)
Jabon
Selain itu, kadar lignin klason pulp juga memengaruhi viskositas. Berdasarkan hasil pengujian (Tabel 3), pulp jabon yang mengandung lignin lebih dari 4% memiliki viskositas yang semakin rendah. Hasil penelitian Feng dan Alén (2001a,b) juga menunjukkan bahwa pada proses pulping soda-AQ jerami gandumdanalang-alang kenari, viskositas cenderung meningkat dengan penurunan bilangan kappa.Hal ini kemungkinan disebabkan semakin banyaknya lignin berupa substansi amorf dan kompak yang mempercepat aliran larutan pulp melalui pipa kapiler pada saat pengujian.Hal ini sesuai dengan pernyataan bahwa viskositas tinggi menunjukkan selulosa merupakan polimer yang mengembang dalam pelarut, sedangkan lignin berupa struktur kompak dalam larutan.Pada pengujian viskositas, rapat massa larutan pulp ditetapkan sebesar 1052 kg/m3 sehingga diperlukan berat pulp yang sama untuk setiap kombinasi faktor perlakuan, meskipun dengan kadar selulosa yang berbeda. Perbedaan tersebut tentu saja memengaruhi hasil pengujian, terutama karena viskositas berkaitan dengan derajat polimerisasi selulosa. Selain itu, pengujian viskositas biasanya dilakukan pada pulp dengan kadar lignin kurang dari 4% menurut standar TAPPI T230 om–89.
9 menyatakan bahwa pada kondisi G-factor konstan, penurunan viskositas disebabkan oleh reaksi pengelupasan dan hidrolisis pada polimer karbohidrat akibat meningkatnya konsentrasi alkali.G-factor merupakan kombinasi integral antara waktu dan suhu pemasakan yang berkaitan dengan viskositas pulp karena menggunakan energi aktivasi dari degradasi selulosa dalam perhitungannya. Pada penelitian ini, nilai G-factor jugacenderung konstan antara 6663-6750.
Sifat kekuatan pulp dapat diduga dari derajat polimerisasi dan berat molekul selulosa yang berbanding lurus dengan nilai viskositas intrinsik.Hasil perhitungan menunjukkan bahwa derajat polimerisasi dan berat molekul selulosa tertinggi dari masing-masing umur bahan baku sebesar 2171.44 dan 351773.08 g mol-1 (3 tahun, AA 18%), 2280.76 dan 369484.07 g mol-1(5 tahun, AA 21%), serta 2064.02 dan 334370.95 g mol-1 (7 tahun, AA 21%). Hasil penelitian Khiari et al. (2010) menunjukkan bahwa pulp dengan viskositas tinggi memiliki sifat mekanis yang lebih baik.Dengan demikian, dapat diduga bahwa kondisi tersebut menghasilkan kekuatan unbleached pulp paling baik. Kedua parameter tersebut berkaitan dengan panjang rantai selulosa yang memengaruhi rendemen, kekuatan, dan kualitas serat (Jun et al. 2012).
(a) (b)
(c)
Gambar 4 Hubungan antara alkali aktif dan viskositas pada unbleached dan bleachedkraft pulp kayu jabon berumur (a) 3 tahun, (b) 5 tahun, dan (c) 7 tahun
Setelah melalui proses bleaching, yaitu tahap D0, EP, D1, dan D2, terjadi perubahan yang signifikan terhadap viskositas dan brightness. Hal ini disebabkan
10
selama proses pemutihan pulp terjadi delignifikasi (D0 dan EP) dan peningkatan brightness(D1 dan D2) dengan menggunakan bahan kimia ClO2, NaOH, dan H2O2. Klorin dioksida bersifat efisien dalam melarutkan fragmen lignin sisa, mengurangi gugus kromofor dalam pulp, dan mengurangi kemampuan penyerapan cahaya dari lignin tersebut (Gullichsen & Fogelholm 1999).
Dari Gambar 4 terlihat bahwa viskositas pulpyang diproses pada alkali aktif 15% mengalami kenaikan setelah proses pemutihan. Kenaikan tersebut diduga dipengaruhi oleh pelarutan komponen non-selulosa yang cukup tinggi dalam pulp (ditunjukkan oleh bilangan kappa), tanpa menyebabkan degradasi selulosa secara signifikan.Dugaan ini didasarkan pada korelasi positif antara bilangan kappa dan konsumsi bahan kimia pemutih.Bilangan kappa tersusun atas beberapa fraksi, meliputi lignin sisa, lignin carbohydrate complex (LCC),hexenuronic acids, zat ekstraktif, dan gugus karbonil.Hasil penelitian Costa dan Colodette (2007) pada pulp kraft eucalyptus menunjukkan bahwa hexenuronic acids, LCC, dan lignin sisa merupakan fraksi utama yang mengkonsumsi ClO2 dan mempengaruhi bleachability pulp.
Berbeda dengan unbleached pulp, viskositas pulp yang telah diputihkan cenderung menurun secara eksponensial dengan meningkatnya alkali aktif yang digunakan pada proses pemasakan. Penurunan viskositas bleached pulp berkaitan dengan selulosa teroksidasi yang mengalami degradasi pada tahap ekstraksi alkali (Camarero et al. 2004). Proses pemutihan pulp dapat disesuaikan dengan target viskositas dan brightness yang ingin dicapai sehingga penggunaan bahan kimia lebih efisien dari segi ekonomi dan lingkungan. Oleh karena itu, pengujian parameter kontrol pada unbleached pulp perlu dilakukan sebelum proses pemutihan.
Gambar 5 Hubungan antara alkali aktif dan brightness pada unbleached dan bleached kraft pulp kayu jabon
Brightness menyatakan banyaknya sinar yang dipantulkan kembali oleh suatu bahan relatif terhadap bahan standar (titanium oksida).Umur pohon, alkali aktif, dan interaksi keduanya berpengaruh nyata terhadapbrightness pulp (tingkat α = 95%). Kenaikan alkali aktif secara nyata meningkatkan brightness(Gambar 5) dan uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa setiap level perlakuan menghasilkan nilai yang berbeda. Nilai brightnessjuga berbeda pada masing-masing umur pohon, yaitu kayu jabon berumur 3 tahun menghasilkan pulp dengan tingkat kecerahan
pulp jabon 3 tahun pulp jabon 5 tahun
pulp jabon 7 tahun
pulp jabon 3 tahun pulp jabon 5 tahun
11 tertinggi. Hal ini diduga dipengaruhi oleh kadar lignin kayu yang lebih rendah dibandingkan dengan jabon berumur 5 dan 7 tahun. Peningkatan brightness terjadi karena pelarutan lignin selama proses pemasakan dan pemutihan pulp. Hal ini terlihat dari korelasi negatif antara bilangan kappa dan brightness, yang terhubung secara logaritmik pada Gambar 6.
Gambar 6 Hubungan antarabilangan kappa dan brightness pulp
Koefisien determinasi yang tinggi menunjukkan bahwa keberadaan fraksi bilangan kappa sangat berpengaruh terhadap tingkat kecerahan pulp.Penelitian sebelumnya juga menunjukkan bahwa pelarutan zat ekstraktif menghasilkan penurunan bilangan kappa sebesar 1.3 unit dan peningkatan brightness sebesar 3.4% ISO (Costa & Colodette 2007).
Konsumsi Alkali
Alkali yang dikonsumsi berkaitan dengan reaksi lignin,degradasi karbohidrat, dan reaksi asam-asam organik yang berasal dari kayu maupun yang dihasilkan oleh reaksi hidrolisis. Berdasarkan uji statistik, kenaikan persentase alkali aktif secara nyata meningkatkan konsumsi alkali (tingkat α = 95%) dengan nilai yang berbeda pada masing-masing level perlakuan. Secara grafis, hubungan linear keduanya dapat dilihat pada Gambar 7.Umur pohon dan interaksinya dengan alkali aktifberpengaruh nyata terhadap konsumsi alkali. Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa kayu jabon berumur 3 tahun mengkonsumsi alkali lebih rendah dibandingkan dengan level umur lainnya. Kayu jabon berumur 5 dan 7 tahun menunjukkan konsumsi alkali yang sama. Perbedaan konsumsi alkali diduga disebabkan oleh kadar lignin kayu dan komponen kimia kayu lainnya yang reaktif terhadap alkali. Semakin banyak lignin yang terdapat dalam kayu, maka konsumsi bahan kimia pada proses delignifikasi akan semakin tinggi.
Rendahnya nilai konsumsi alkali diduga dipengaruhi oleh H-factor yang rendah, terutama waktu pemasakan yang singkat (65 menit) pada suhu maksimum sehingga alkali yang tersisa dalam larutan cukup tinggi.Tahap impregnasi berjalan sesuai dengan kenaikan suhu hingga mencapai 165°C.Vu et al. (2004) dan Virtanen et al. (2008) mengemukakan bahwa waktu pemasakan yang lebih lama meningkatkan pelarutan fragmen lignin.Jika dibandingkan dengan pulp kraft
R² = 0.8725
12
Pinus brutia yang diproses pada alkali aktif 20%, sulfiditas 30%, dan H-factor 1528 (Copur & Tozluoglu 2008), pulp jabon menghasilkan bilangan kappa lebih rendah dan brightness lebih tinggi.Perbandingan tersebut dilakukan pada pulp jabon dengan persentase alkali aktif yang hampir setara, yaitu 18% dan 21%, serta H-factor yang lebih rendah (803-815).Hal ini menunjukkan bahwa kayu jabon dapat menggunakan energi yang lebih rendah untuk menghasilkan pulp berkualitas lebih baik, dinilai dari bilangan kappa dan brightness.
Gambar 7 Hubungan antaraalkali aktif dan konsumsi alkali
Unbeaten Freeness
Freeness menyatakan laju suspensi pulp dalam mengikat maupunmelepaskan air yang dibawanya.Freeness berhubungan dengan tingkat pemurnian pulp.Hal ini sangat penting karena tingkat pemurnian berkaitan erat dengan kekuatan pulp sehingga sifat lembaran sering dinyatakan sebagai fungsi dari freeness. Sifat-sifat pulp tersebut memiliki korelasi yang kuat secara linear dengan freeness, meliputi charge ratio, drainage time, specific surface area, water retention value, tensile index, and burst index(Banavath et al. 2011).Aliran pulp dan proses basah pada pembuatan kertas juga dipengaruhi oleh level freeness. Interaksi antara serat selulosa dan air berpengaruh terhadap aliran air, pengempaan, dan pengeringan pada proses pembuatan kertas. Interaksi tersebut berhubungan dengan fleksibilitas dan fibrilasi serat yang berperan terhadap kekuatan kertas.
Hasil pengujian menunjukkan unbeaten freeness pulp jabon sekitar 646-722 mL CSF. Hasil ini sesuai dengan penelitian Banavath et al. (2011), yaitu nilai unbeaten freeness pulp kayu daun lebar sebesar 670 mL CSF. Penentuan freeness pulp sebelum penggilingan dilakukan untuk mengetahui tingkat kemudahan pulp untuk digiling, terlihat dari nilai revolusi PFI yang digunakan untuk mencapai target freeness. Hal ini dipengaruhi oleh sumber bahan baku, dimana pulp hardwood mengalami penurunan freeness lebih besar dibandingkan dengan pulp softwood dan bambu pada revolusi yang sama (Banavath et al. 2011). Penggilingan pulp dapat meningkatkan ikatan antarserat dan kekuatan optimum karena memperluas permukaan serat.Analisis korelasi menunjukkan hubungan yang lemah antara alkali aktif dan rendemen terhadap unbeaten freeness pada
13 penelitian ini. Hasil yang berlawanan diperoleh dari penelitian Tran (2006) yang menyatakan bahwa nilai unbeaten freeness semakin tinggi dengan meningkatnya rendemen pulp.
Selektivitas Delignifikasi
Selama proses pulping, dapat terjadi kehilangan karbohidrat dari kayu bersamaan dengan pelarutan lignin. Selektivitas delignifikasi dapat dinyatakan sebagai nisbah berat karbohidrat dan lignin yang dihilangkan dari kayu setelah waktu pemasakan tertentu atau pada derajat delignifikasi yang ditentukan.Selektivitas tinggi berarti kehilangan karbohidrat dalam jumlah yang rendah.Kondisi pulping diharapkan bersifat selektif, yaitu dapat mendegradasi lignin sebanyak mungkin tanpa disertai degradasi selulosa yang signifikan.
Umur pohon, alkali aktif, maupun interaksi keduanya memengaruhi selektivitas delignifikasi secara nyata (tingkat α = 95%). Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa alkali aktif18%, 21%, dan 24% memiliki nilai yang tidak berbeda nyatadan lebih selektif dibandingkan dengan alkali aktif 15% dan 27%. Proses pulping jabon berumur 5 dan 7 tahun memiliki nilai selektivitas yang sama dan lebih tinggi dibandingkan dengan umur 3 tahun. Hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh komposisi kimia struktural kayu.Selektivitas tinggi ditunjukkan oleh rasio antara degradasi karbohidrat dan lignin yang rendah.Dari Gambar 8 dapat dilihat bahwapulping yang lebih selektif pada jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun secara berurutan terjadi pada alkali aktif 21%, 24%, dan 18%.Penambahan alkali aktif setelah kondisi tersebut cenderung menurunkan selektivitas.Hasil penelitian Baptista et al. (2008)juga menunjukkan bahwa peningkatan delignifikasi menyebabkan terjadinya penurunan selektivitas.
Gambar 8Hubungan antara alkali aktif dan selektivitas delignifikasi pada proses pulpingkraft
14
SIMPULAN DAN SARAN
Umur pohon dan alkali aktif merupakan variabel yang menentukan kualitas pulp karena memberikan pengaruh yang signifikan terhadap parameter yang diuji, kecuali unbeaten freeness. Kombinasi kedua faktor menghasilkan interaksiyang secara signifikan meningkatkan maupun menurunkan nilai parameter, sesuai dengan level masing-masing perlakuan.
Hasil analisis menunjukkan bahwa kayu jabon berumur 3 tahun menghasilkan pulp berkualitas lebih baik dibandingkan umur 5 dan 7 tahun. Hal ini dipertimbangkan dari kadar lignin kayu yang lebih rendah sehingga semakin mudah untuk didelignifikasi dengan konsumsi alkali lebih rendah. Bilangan kappa yang lebih rendah berimplikasi terhadap tingkat kecerahan pulp dan penurunan konsumsi bahan kimia pemutih. Kayu jabon berumur 3 dan 5 tahun memiliki rendemen yang sama dan lebih tinggi dibandingkan jabon 7 tahun. Namun, umur 3 tahun dipilih karena masa tebang yang lebih singkat.Jika ditinjau dari selektivitas pemasakan, jabon berumur 5 dan 7 tahun bersifat lebih selektif.Selektivitas tertinggi pada jabon 3 tahun dicapai pada alkali aktif 21%.Viskositas tertinggi pada pulp jabon berumur 3, 5, dan 7 tahun diperoleh masing-masing dengan penggunaan alkali aktif 18%, 21%, dan 21%.
Penelitian ini dilakukan pada kondisi H-factordan G-factoryang sama untuk setiap kombinasi faktor perlakuan. Berdasarkan referensi dari literatur, keduanyamemengaruhi proses pulping dan kualitas pulp. Dengan demikian, penggunaan H-factordan G-factor sebagai variabel pulping menarik untuk dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
Abrantes S, Amaral ME, Costa AP, Duarte AP. 2007.Cynara cardunculusL. alkaline pulps: Alternatives fibres for paperand paperboard production. Biores Technol.98: 2873-2878.
Aprianis Y, Junaedi A. 2009. Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) sebagai bahan baku pulp. Mitra Hutan Tanaman4 (1): 1-8.
Area MC, Carvalho MGVS, Ferreira PJ, Felissia FE, Barboza OM, Bengoechea DI.2010. The influence of pulping and washing conditions on the properties of Eucalyptus grandis unbleached kraft pulps treated with chelants.Biores Technol. 101: 1877-1884.
Banavath HN, Bhardewaj NK, Ray AK. 2011. A comparative study of the effect of refining on charge of various pulps.Biores Technol.102: 4544-4551. Baptista C, Robert D, Duarte AP. 2008.Relationship between lignin structure and
delignificationdegree in Pinus pinaster kraft pulps.Biores Technol. 99: 2349-2356.
15 Copur Y, Tozluoglu A. 2008. A comparison of kraft, PS, AQ and
kraft-NaBH4pulps of Brutia pine. Biores Technol.99: 909-913.
Costa MM, Colodette JL.2007. The impact of kappa number composition on eucalyptus kraft pulp bleachability. Brazilian J of Chem Eng.24 (1): 61-71. Dang VQ, Nguyen KL.2007. A systematic approach for determination of optimal
conditionsfor Lo-SolidsTM kraft pulping of Eucalyptus nitens. Chem Eng J.133: 97-103.
Emil N. 2013. Analisis komponen kimia dan dimensi serat jabon menurut lingkartumbuh [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[FAO] Food and Agriculture Organization. 2012. Pulp and Paper Capacities, 2011-2016. Rome (IT): FAO Forestry Department.
Feng Z, Alén R. 2001a. Soda-AQ pulping of wheat straw.Appita J.54 (2): 217-220. Feng Z, Alén R. 2001b. Soda-AQ pulping of reed canary grass.Ind Crops Prod.14
(1): 31-39.
Gellerstedt G, Majtnerova A, Zhang L. 2004. Towards a new concept of lignin condensation in kraft pulping.Initial results*.C R Biologies 327: 817-826.
Gullichsen J, Fogelholm C. 1999. Chemical Pulping.Helsinki (FI): Fapet Oy. Gullichsen J, Paulapuro H. 2000. Forest Products Chemistry. Helsinki (FI): Fapet
Oy.
Hakim I. 2009.Kajian Pembiayaan Pembangunan Hutan Tanaman Industri (The Study of Financing for Industrial Plantation Forest).Jurnal Penelitian Sosial dan Ekonomi Kehutanan 6 (2):135-158.
Hubbell CA, Ragauskas AJ.2010. Effect of acid-chlorite delignification on cellulose degree of polymerization. Biores Technol.101: 7410-7415.
Jun A, Tschirner UW, Tauer Z. 2012.Hemicellulose extraction from aspen chips prior to kraftpulping utilizing kraft white liquor. Biomass and Bioenergy 37: 229-236.
Khiari R, Mhenni MF, Belgacem MN, Mauret E. 2010.Chemical composition and pulping of date palm rachis and Posidonia oceanica – Acomparison with other wood and non-wood fibre sources. Biores Technol.101: 775-780. Krisnawati H, Kallio M, Kanninen M. 2011. Anthocephalus cadamba Miq:
Ecology, Silviculture, and Productivity. Bogor (ID): CIFOR.
MacLeod M. 2007.The top ten factors in kraft pulp yield. Paperi ja Puu-Paper and Timber 89 (4): 1-7.
Nair KSS.2000. Insect Pests and Diseases in Indonesian Forests: an Assessment of the Major Threats, Research Efforts and Literature. Bogor (ID): CIFOR. Nguyen KL, Dang VQ. 2006. The fractal nature of kraft pulping kinetics applied
to thinEucalyptus nitens chips. Carbohydrate Polymers 64: 104-111.
Roliadi H, Dulsalam, Anggraini D. 2009.Penentuan Daur Teknis Optimal dan Faktor Eksploitasi Kayu Hutan Tanaman Jenis Eucalyptus Hybrid sebagai Bahan Baku Pulp Kertas. Bogor (ID): Pustekolah.
Sharma M, Shukla RN. 2013. Impact of cooking conditions on pulp viscosity and kappa number of Leucaena leucocephala woodfor kraft pulping. IJERT2 (1): 1-8.
16
Johns RJ, Wong WC, Ilic J, Hoffman MHA. 1993.Plant Resources of South-East Asia 5(1): 102-108.Soerinegara I, Lemmens RHMJ, editor.Wageningen (AN): Pudoc Scientific Publishers.
Tran AV. 2006. Chemical analysis and pulping study of pineapple crown leaves. Industrial Crops and Products24(1): 66-74.
Vu THM, Pakkanen H, Alén R. 2004. Delignification of bamboo (Bambusa procera acher)Part 1.Kraft pulping and the subsequent oxygendelignification to pulp with a low kappa number.Industrial Crops and Products 19: 49-57.
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Padangsidimpuan, Sumatera Utara, pada tanggal 01 Juli 1991 dari ayah Drs Hamzah Pulungan dan ibu Elli Farida Harahap, SPd. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2009, penulis lulus dari SMA N 2 Padangsidimpuan dan pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada program studi Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan.
Selama menempuh pendidikan di Fakultas Kehutanan, penulis telah mengikuti beberapa kegiatan praktek lapang, meliputi Praktek Pengenalan Ekosistem Hutan (PPEH) di Hutan Mangrove Cikeong dan Gunung Tangkuban Perahu pada tahun 2011, Praktek Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan Pendidikan Gunung Walat, KPH Cianjur, Taman Nasional Gunung Halimun Salak, dan PGT Sindangwangi pada tahun 2012. Selain itu, penulis juga melaksanakan Praktek Kerja Lapang (PKL) pada tahun 2013 di PT Toba Pulp Lestari, Tbk.
Selain aktif mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif berorganisasi di Himpunan Mahasiswa Teknologi Hasil Hutan (Himasiltan) sebagai anggota Divisi Kelompok Minat Kimia Hasil Hutan pada tahun 2010 dan menjadi anggota Divisi Internal pada tahun 2011. Selain itu penulis mengikuti beberapa seminar nasional dan internasional, baik sebagai panitia maupun peserta.Penulis juga pernah menjadi finalis dalam pemilihan mahasiswa berprestasi tingkat Departemen Hasil Hutan dan lomba pidato berbahasa Inggris dengan tema Sustainable Forest Management di Forester Cup 2012.
