TINJAUAN PUSTAKA
Selulosa
Pengertian Selulosa
Selulosa adal, dan
merupakan
dari sepuluh ribu β (1→4) yang terkait denga
polimer rantai lurus, tidak melingkar serta tidak bercabang, bersifat sedikit kaku,
merupakan molekul yang dapat diperluas menjadi molekul-molekul lain yang
lebih jamak, serta memiliki sifat yang berbeda dengan pati (Gambar 1). Kelompok
hidroksil ganda pada residu glukosa berasal dari satu rantai
dengan molekul oksigen yang sama atau pada rantai cabang, saling berikatan erat
membentuk mikrofibril denga
penting dalam dinding sel, karena mikrofibril berikatan menjadi matriks
karbohidrat dan bekerjasama untuk meningkatkan sifat kekakuan sel tumbuhan.
Gambar 1. Rantai selulosa
Selulosa merupakan bagian penyusun utama jaringan tanaman berkayu.
Bahan tersebut utamanya terdapat pada tanaman kertas, namun demikian pada
dasarnya selulosa terdapat pada setiap jenis tanaman, termasuk tanaman semusim,
tanaman perdu dan tanaman rambat bahkan tumbuhan paling sederhana sekalipun.
tersebut terdapat juga pada tumbuhan perdu seperti paku, lumut, ganggang dan
jamur. Penggunaan terbesar selulosa yang berupa serat kayu adalah dalam industri
kertas dan produk turunan kertas lainnya. Industri lain yang banyak menggunakan
bahan baku ini adalah industri pertekstilan yang dikenal sebagai serat rayon.
Indonesia memiliki sumberdaya hasil hutan maupun hasil pertanian sebagai
potensi bahan selulosa yang sangat kaya. Potensi selulosa alam yang melimpah ini
merupakan cadangan bahan baku bagi kepentingan pembangunan baik untuk
keperluan kesejahteraan maupun untuk kepentingan pertahanan negara (Litbang
Pertahanan Indonesia, 2007).
Pembagian Selulosa
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa
natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis, yaitu:
1. Selulosa α (alpha cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut
dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan DP 600–1500.
Selulosa α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemurnian
selulosa.
2. Selulosa β (betha cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan DP 15-90, dan dapat mengendap
bila dinetralkan.
3. Selulosa µ (gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi DP nya
kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut hemiselulosa (polisakarida yang
bukan selulosa, jika dihidrolisis akan menghasilkan manova, galaktosa,
bebas dan sari dan lignin, terdiri dari campuran semua selulosa dan
hemiselulosa) (SNI 14–0444–2009).
Penggunaan Selulosa
Penggunaan terbesar selulosa di dalam industri adalah berupa serat kayu
dalam industri kertas dan produk kertas dan karton. Pengunaan lainnya adalah
sebagai serat tekstil yang bersaing dengan serat sintetis. Untuk aplikasi lebih luas,
selulosa dapat diturunkan menjadi beberapa produk, antara lain mikrokristalin
selulosa, karboksimetil selulosa, metil selulosa dan hidroksipropil metil selulosa.
Produk-produk tersebut dimanfaatkan antara lain sebagai bahan antigumpal,
emulsifier, stabilizer, dispersing agent, pengental, dan sebagai gelling agent
(Nopianto, 2009).
Untuk keperluan industri, selulosa yang berasal dari bubur kayu dan kapas
dipergunakan untuk memproduksi kardus dan kertas. Pada tingkat yang lebih
kecil bahan ini dipergunakan sebagai bahan untuk memproduksi produk derivatif
seperti selofan dan rayon. Selain itu, selulosa ini juga dapat dikonversi menjadi
biofuel seperti cellulosic ethanol sebagai alternatif sumber bahan bakar.
Kertas Kardus
Pengertian dan Karakteristik Kertas Kardus
Kertas kardus sebagai sebuah bahan dasar kemasan memiliki daur hidup
yang sangat singkat, dihargai hanya selama proses distribusi produk dari produsen
ke konsumen berlangsung. Material kardus untuk saat ini dipandang sebagai
sangat rasional dan potensial dalam satu rekayasa desain, ia memenuhi kriteria
untuk digunakan sebagai bahan baku utama (Willy dan Yahya, 2001).
Gambar 2. Kertas kardus
Bahan dasar utama kertas kardus berasal dari limbah industri pemotongan
kayu (sisa-sisa potongan, serutan, dan serbuk gergaji). Karena sifatnya merupakan
bahan-bahan organik membuat kardus mudah untuk diolah kembali atau di daur
ulang beberapa kali, baik untuk bahan pembuatan kardus baru atau papan daur
ulang MDF (multi-density fibre board). Bahan bakunya sangat berlimpah dan
didukung dengan sifatnya yang ramah lingkungan, serta memiliki siklus
perputaran (closing loop) tersendiri yang membuatnya menjadi bahan yang ramah
lingkungan (biodegradable) sehingga kardus menjadi satu material yang sangat
ekonomis (Willy dan Yahya, 2001).
Kertas kardus umumnya lebih tebal (biasanya di atas 0, 25mm) daripada
pembuata
mudah dipotong dan dibentuk, ringan, serta kuat untuk dijadika
Corrugated paper (kertas kardus) dibedakan atas beberapa jenis
berdasarkan jumlah lapisannya, antara lain: single face corrugated paper terdiri
dari kertas bergelombang dengan satu lapisan, single wall (double face)
corrugated paper terdiri dari kertas bergelombang dengan dua lapisan, double wall corrugated paper terdiri dari dua kertas bergelombang dengan empat lapisan
serta memiliki satu lapisan tengah, dan tri-wall corrugated paper terdiri dari tiga
kertas bergelombang dengan enam lapisan serta memiliki dua lapisan tengah (TIS,
2010).
Karakteristik kertas didasarkan pada berat atau ketebalannya. Berdasarkan
berat maka kertas dapat dinyatakan dalam berat (1b)/3000 ft2 atau yang disebut
juga dengan rim. Di USA banyaknya rim standar untuk kertas kemasan adalah
500 lembar dengan ukuran 24 x 36 inchi (61 x 91, 5 cm). Di Eropa, Jepang dan
negara–negara lainnya ukuran yang lebih umum adalah grammage (gr/m2).
Gramatur untuk kemasan berkisar antara 30 gr/m2 – 150 gr/m2 , sedangkan untuk
kertas kardus (corrugated paper) berkisar antara 117 gr/m2 – 300 gr/m2 (Triyanto,
1991).
Katalis Kalsium Klorida (CaCl2
Kalsium klorida (CaCl
)
2) merupakan garam yang memiliki
secara langsung dari batu kapur, tetapi jumlah besarnya diproduksi dari
Kalsium klorida dapat digunakan sebagai sumber kalsium
terdisosiasi:
3 CaCl 2 + 2 K 3 PO 4 (aq) 2 + 2 K 3 PO
4 (aq)
CaCl2 cair dapat
CaCl 2 (l) → Ca (s) + Cl 2 (gas) CaCl 2 (l) → Ca (s) + Cl 2
Kalsium klorida pada dasarnya memiliki warna putih ataupun abu-abu
keputih-putihan, berbau, bersifat eksotermik (dapat larut dalam air), kepadatannya
2,15 gr/cm
(gas).
3
, titik didihnya lebih dari 1600 o
Kalsium klorida merupakan bahan yang mudah menyerap air dari
sekitarnya (hidroskopis), biasanya dapat digunakan untuk mengeringkan udara
dan gas lainnya. Proses hidroskopis ini melibatkan konversi kalsium klorida
menjadi air garam baik karena menyerap uap air atau air dari gas yang perlu
dikeringkan. Penggunaan lain dari kalsium klorida ini adalah sebagai senyawa
pencair es. Dimasa sekarang ini penggunaan kalsium klorida berbentuk bola kecil
putih yang diameternya hanya beberapa milimeter dan biasanya disebut prills
(butiran seperti garam yang biasanya digunakan untuk mencairkan es). Hal ini C dan pH-nya adalah 8 hingga 9.
Selain itu, kalsium klorida memiliki sifat mudah menguap baik dalam keadaan
padat maupun cair (likuid). Hal inilah yang pada umumnya yang menjadi ciri khas
disebabkan karena penggunaan kalsium klorida yang berlebihan dapat berbahaya
terhadap tanah dan tanaman.
Sumber: en
Gambar 3. Kalsium klorida .wikipedia.org
Semen
Pengertian Semen
Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan bahan baku batu
kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung/tanah liat atau bahan pengganti
lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa
memandang proses pembuatannya yang mengeras atau membatu pada
pencampuran dengan air. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang
mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat
adalah bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), alumunium
oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Untuk
menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh, sebagian
untuk membentuk clinker (bahan semen setangah jadi), yang kemudian
dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Hasil
akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong dengan berat rata-rata 40 kg
Semen secara umum adalah material-material yang bersifat adhesif dan
memiliki kemampuan untuk mengikat fragmen-fragmen atau partikel-partikel
secara bersamaan sehingga menjadi suatu benda padat yang menyatu. Fungsi
semen adalah mengikat butir–butir agregat hingga berbentuk suatu massa padat
dan mengisi rongga–rongga udara di antara butir–butir agregat (Petra Christian
University Library, 2003).
Pembagian Semen
Jenis-jenis semen adalah:
1. Semen abu (portland cement) adalah bubuk/bulk berwarna abu kebiru-biruan,
dibentuk dari bahan utama batu kapur/gamping berkadar kalsium tinggi yang
diolah dalam tanur yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Semen ini biasa
digunakan sebagai perekat untuk memplester. Semen ini berdasarkan
persentase kandungan penyusunannya terdiri dari 5 tipe, yaitu tipe I-V.
2. Semen putih (gray cement) adalah semen yang lebih murni dari semen abu
dan digunakan untuk pekerjaan penyelesaian (finishing), seperti sebagai filler
atau pengisi. Semen jenis ini dibuat dari bahan utama kalsit (calcite) limestone
murni.
3. Oil well cement atau semen sumur minyak adalah semen khusus yang
digunakan dalam proses pengeboran minyak bumi atau gas alam, baik di darat
maupun di lepas pantai.
4. Mixed and fly ash cements adalah campuran semen abu dengan pozzolan
buatan (fly ash). Pozzolan buatan (fly ash) merupakan hasil sampingan dari
besi oksida dan oksida lainnya dalam berbagai variasi jumlah. Semen ini
digunakan sebagai campuran untuk membuat beton, sehingga menjadi lebih
keras (Direktorat Jenderal Bea dan Cukai, 2009).
Semakin baik mutu semen maka semakin cepat mengeras jika dicampur
dengan air, dengan angka-angka hidrolitas yang dapat dihitung dengan rumus:
(% SiO2 + % Al2O3 + Fe2O3
Angka hidrolitas ini berkisar antara > 1/1,5 (lemah) hingga < 1/2 (keras
sekali). Namun demikian dalam industri semen angka hidrolitas ini harus dijaga
secara teliti untuk mendapatkan mutu yang baik dan tetap, yaitu antara > 1/1,9
hingga < 1/2,15 (Direktorat Jenderal Bea dan Cukai, 2009).
) : (% CaO + % MgO)
Proses Pembuatan Semen
Proses pembuatan semen dapat dibedakan:
1. Proses basah yaitu semua bahan baku yang ada dicampur dengan air,
dihancurkan dan diuapkan kemudian dibakar dengan menggunakan bahan
bakar berupa minyak bakar (bunker crude oil). Proses ini jarang digunakan
karena masalah keterbatasan energi.
2. Proses kering yaitu menggunakan teknik penggilingan dan blending kemudian
dibakar dengan bahan bakar batubara. Proses ini meliputi lima tahap
pengelolaan yaitu:
a. Proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di rotary dryer dan
roller meal.
b. Proses pencampuran (homogenizing raw meal) untuk mendapatkan
c. Proses pembakaran raw meal untuk menghasilkan terak (clinker: bahan
setengah jadi yang dibutuhkan untuk pembuatan semen).
d. Proses pendinginan terak.
e. Proses penggilingan akhir, meliputi proses clinker dan gypsum digiling
dengan cement mill.
Dari proses pembuatan semen di atas akan terjadi penguapan karena pembakaran
dengan suhu mencapai 900 0C sehingga menghasilkan residu (sisa) yang tak larut,
sulfur trioksida, silika yang larut, besi dan alumunium oksida, oksida besi,
kalsium, magnesium, alkali, fosfor, dan kapur bebas (Direktorat Jenderal Bea dan
Cukai, 2009).
Semen Portland
Semen portland menurut SII.0013-1981 dalam Direktorat Jenderal Bea
dan Cukai (2009), adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara
menghaluskan clinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang
bersifat hidraulis, bersama bahan tambahan yang biasanya digunakan adalah
gipsum. Clinker merupakan bahan setengah jadi yang dibutuhkan untuk
pembuatan semen.
Material anorganik utama yang digunakan dalam produksi semen adalah
senyawa-senyawa kalsium. Kalsium merupakan mineral yang sangat banyak
terdapat pada lapisan kerak bumi, ditambahkan dengan material-material lain
menghasilkan semen. Kalsium hidroksida menghasilkan mortar dan kapur,
kalsium sulfat menghasilkan plaster, dan kalsium silikat menghasilkan semen
Semen portland dihasilkan dengan cara menghaluskan portland clinker
yang banyak mengandung silikat kalsium yang dilakukan dengan jalan pemberian
panas pada material-material dasar sehingga terbentuk clinker yang mengandung
sebagian besar silika dan kalsium dengan sedikit alumina dan oksida besi (Petra
Christian University Library, 2003).
Komposisi Kimia Semen Portland
Komposisi kimia dari semen Portland dapat dilihat pada tabel 1:
Tabel 1. Komposisi kimia semen portland
Oksida Singkatan Kandungan di dalam semen (%) Batas bawah Batas atas
CaO C 60 67
Si02 S 17 25
Al203 A 3 8
Fe203 F 0,5 6
MgO M 0,2 4
Na20 N 0,5 1,3
Ti02 T 0,1 0,4
P205 P 0,1 0,2
S03 S 1 3
Sumber: Petra Christian University Library, 2003.
Komposisi Utama Semen Portland
Komposisi utama semen portland terutama seperti oksida kapur (CaO),
oksida silika (SiO2), oksida alumina (Al2O3
1. Tri kalsium silikat (C
) dan oksida besi (FeO), akan
membentuk senyawa-senyawa sebagai berikut:
3S) yang bersifat hampir sama dengan sifat semen, yaitu
akan mengeras. C3
2. Di kalsium silikat (C
S menunjang kekuatan awal semen dan menimbulkan
panas hidrasi kurang lebih 58 cal/gram setelah 3 hari.
2S), pada penambahan air segera terjadi reaksi,
menyebabkan pasta mengeras dan menimbulkan panas 12 cal/gram setelah 3
hari. Pasta yang mengeras, perkembangan kekuatannya stabil dan lambat pada
beberapa minggu, kemudian mencapai kekuatan tekan akhir hampir sama
dengan C3
3. Tri kalsium aluminat (C S.
3
4. Tetra kalsium alumino ferrite (C
A), dengan air bereaksi menimbulkan panas hidrasi
yang tinggi yaitu 212 cal/gram setelah 3 hari. Perkembangan kekuatan terjadi
pada satu sampai dua hari, tetapi sangat rendah.
4AF), dengan air bereaksi dengan cepat dan
pasta terbentuk dalam beberapa menit, menimbulkan panas hidrasi 69
cal/gram. Warna abu-abu pada semen disebabkan oleh C4AF (Petra Christian
University Library, 2003).
Jenis - Jenis Semen Portland
Ada lima jenis Semen Portland yang diproduksi di seluruh dunia, yaitu:
1. Semen portland jenis I
Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan
persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain. Semen
portland jenis ini biasa disebut semen portland biasa (ordinary portland
2. Semen portland jenis II
Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap
sulfat dan panas hidrasi sedang. Semen jenis II dipergunakan untuk pembetonan
di tepi pantai, di laut dan di tempat dengan kadar garam tanah sedang.
3. Semen portland jenis III
Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan yang tinggi
pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi. Semen portland jenis III ini
dipergunakan untuk pembetonan yang memerlukan kekuatan awal yang tinggi,
antara lain untuk membuat jembatan, pondasi dan lain-lain.
4. Semen Portland jenis IV
Semen portland jenis IV dipakai untuk bangunan di tepi laut, untuk pembetonan
yang besar dan luas seperti dam dan irigasi.
5. Semen portland jenis V
Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan yang tinggi
terhadap sulfat. Semen jenis ini dipergunakan untuk pembetonan di tepi pantai
dan di lokasi dengan kandungan garam sulfat tinggi (Petra Christian University
Library, 2003).
Papan Semen
Papan semen (cement board) menyerupai papan partikel yaitu hasil
pengempaan campuran potongan kayu kecil dengan perekat. Perekat yang dipakai
dalam papan semen adalah semen, sedangkan dalam papan partikel adalah perekat
organik seperti urea formaldehida. Tidak semua jenis kayu sesuai untuk papan
Pengujiannya dilakukan berdasarkan uji hidratasi, yaitu mengukur suhu
maksimum yang terjadi pada saat reaksi antara semen kayu dan air.
Sumber:
Gambar 4. Papan semen tilebackerboard.com
Papan semen berdasarkan asal muasal bahan bakunya dibedakan atas
papan semen yang bahan bakunya berasal langsung dari kayu baik dalam bentuk
partikel ataupun serat dan papan semen yang bahan bakunya berasal dari bahan
baku daur ulang atau limbah. Berdasarkan bentuk bahan bakunya dibedakan atas
papan semen dari partikel-partikel kayu, papan semen dari serat kayu dan papan
semen dari fiber-fiber daur ulang hasil hutan kayu (Kumoro, 2008).
Pada dasarnya mutu dari papan semen dibedakan atas mutu baik, mutu
sedang, dan mutu jelek. Papan semen mutu baik adalah papan semen yang
memiliki nilai pengujian sifat fisis dan mekanis seluruhnya memenuhi standar
pengujian papan semen yang ada. Papan semen mutu sedang adalah papan semen
yang memiliki nilai pengujian sifat fisis dan mekanis hampir seluruhnya
memenuhi standar pengujian papan semen yang ada. Sedangkan papan semen
mekanis seluruhnya tidak memenuhi standar pengujian papan semen yang ada
sehingga tidak cocok untuk dijadikan sebuah produk (Kumoro, 2008).
Proses pembuatan papan semen dimulai dengan persiapan bahan. Limbah
fiber yang telah berukuran kecil disaring dengan ayakan dan diambil fiber yang
lolos saringan saring ukuran 1 cm x 1 cm dan tertahan 0,5 cm x 0,5 cm kemudian
dikeringanginkan hingga kadar air kesetimbangan. Penimbangan berat semen,
berat fiber dan katalis sebanyak 2% dari berat semen yang dibutuhkan. Bahan
baku yang telah di timbang beratnya kemudian dilakukan pencampuran fiber kayu
dengan semen dan diaduk dengan merata. Katalis yang telah dilarutkan dalam air
dimasukkan ke dalam campuran sambil terus diaduk sampai seluruh bahan
tercampur merata. Hasil pencampuran fiber dan bahan-bahan lainnya kemudian
dimasukkan dalam cetakan berukuran 25 cm x 25 cm x 10 cm dan campuran
diratakan secara manual sehingga memenuhi ruangan cetakan dan tersebar merata.
Selanjutnya dilakukan pengempaan pendahuluan berupa penekanan secara manual
dan kemudian dilakukan pengepresan dengan menutup bagian atas mat dengan
plat penutup dan diberi tekanan sebesar 6 ton selama 3 menit. Selanjutnya
dilakukan pengkleman selam 24 jam. Hari selanjutnya cetakan di buka dan
dikeringkan selama 24 hari sampai mencapai kadar air kurang dari 15%.
Pemotongan dan pengujian menggunakan standar yang telah ditentukan dengan
menguji sifat fisis yang meliputi kadar air, kerapatan, absorbsi air, pengembangan
tebal dan sifat mekanis meliputi, pengurangan tebal akibat tekanan 3 kg/cm3 dan
lengkung statis (MOE dan MOR) (Kumoro, 2008).
Menurut Primananda (2007) dalam Maskar (2010), suhu hidratasi adalah
konsekuensi dari proses hidratasi ialah pengerasan dan terbentuknya fase baru,
yaitu hidrat. Perubahan dasar dari sifat fisika dan kimia ini merupakan dasar
penggunaan akhir dari sifat-sifat semen yaitu kekuatan awal, perkembangan
kekuatan, perubahan volume, perkembangan panas, dan ketahanan kimia.
Menurut Taylor (1979) dalam Maskar (2010), pengerasan semen dapat
terhambat oleh adanya zat ekstraktif yang ditunjukkan dengan terhambatnya
pencapaian suhu maksimum dari suhu reaksinya. Tingkat penghambatan
pengerasan semen yang disebabkan oleh adanya bahan berlignoselulosa,
merupakan perbedaan waktu atau suhu hidratasi, campuran semen dengan bahan
berlignoselulosa dibandingkan dengan waktu atau suhu hidratasi semen.
Suhu hidratasi merupakan suhu maksimum yang dihasilkan pada saat
semen dan air bereaksi. Pada dasarnya suhu hidratasi dapat diperoleh dengan cara
pengujian dan pencatatan suhu yang dihasilkan pada saat pencampuran bahan
berlignoselulosa, semen dan air sedang berlangsung dalam proses pembuatan
papan semen. Menurut Kamil (1970) dalam Maskar (2010), ada 3 kategori yang
menggambarkan baik tidaknya pengikatan antara bahan berlignoselulosa dengan
perekat semen, yaitu bila suhu maksimum di atas 41 oC maka bahan tersebut
dikatakan baik, antara 36–41 oC adalah sedang dan di bawah 36 o
Penentuan kelayakan papan semen sebagai bahan konstruksi bangunan
meliputi beberapa kriteria pengujian. Kualitas papan semen yang dihasilkan dapat
dilihat dari hasil pengujian sifat fisis, mekanis dan ketahanannya terhadap
serangan rayap (biodeteriorasi). Standar uji sifat fisis dan mekanis papan semen C tidak baik,
karena zat ekstraktif pada bahan baku papan semen akan menghambat pencapaian
berdasarkan JIS A 5414-1993 disajikan pada tabel 2 sedangkan kriteria ketahanan
papan semen terhadap serangan rayap disajikan pada tabel 3 dan klasifikasi
penurunan berat papan semen terhadap serangan rayap disajikan pada tabel 4.
Tabel 2. Standar uji papan semen menurut JIS A 5414-1993
No Macam pengujian Satuan Standart JIS A 5414-1993 1
Tabel 3. Kriteria ketahanan papan semen terhadap serangan rayap
No Kehilangan berat (%) Kelas ketahanan*
1
Keterangan: * = klasifikasi tingkat ketahanan Sornnuwat et al. (1995) dalam Nuriyatin et al. (2003)
Tabel 4. Klasifikasi penurunan berat papan semen terhadap serangan rayap berdasarkan SNI 01-7207-2006
Kelas Ketahanan Penurunan berat (%)
I Sangat tahan < 3,52
II Tahan 3,52-7,50
III Sedang 7,50-10,96
IV Buruk 10,96-18,95
