TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kayu dan Sifat - sifat
Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam, merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kemajuan teknologi.Kayu berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang berbeda-beda. Sifat yang dimaksud antara lain, sifat fisik kayu, sifat mekanik kayu, sifat kimia kayu.
2.1.1 Sifat Fisik Kayu
Beberapa hal yang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah: 1. Berat jenis
Kayu memilki berat jenis yang berbeda-beda, berat jenis merupakan petunjuk penting bagi aneka sifat kayu.Makin berat kayu itu, umumnya makin kuat pula kayunya. Semakin ringan suatu jenis kayu akan berkurang pula kekuatannya. Berat jenis ditentukan antara lain oleh tebal dinding sel, kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. Berat jenis diperoleh dari perbandingan antara berat suatu volume kayu tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standar.
2. Keawetan alami kayu
Keawetan alami kayu ialah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti: jamur, rayap, bubuk, cacing laut dan seranggalainnya yang diukur dengan jangka waktu tahunan. Keawetan kayu
tersebut disebabkan oleh adanya suatu zat di dalam kayu (zat ekstraktif) yang merupakan sebagian unsur racun bagi perusak-perusak kayu, sehingga perusak tersebut tidak sampai masuk dan tinggal di dalamnya serta merusak kayu. 3. Warna Kayu
Warna kayu ada beraneka macam, antara lain warna kuning, keputih-putihan, coklat muda, coklat tua, kehitam-hitaman, kemerah-merahan dan lainya sebagainya. Hal ini disebabkan oleh zat-zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda.Warna kayu dapat dipengaruhi oleh, tempat di dalam batang, umur pohon, kelembaban udara.
4. Higroskopik
Kayu mempunyai sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap dan melepaskan air atau kelembaban.Suatu petunjuk, bahwa kelembaban kayu sangat dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu udara pada suatu saat. Makin lembab udara disekitarnya akan makin tinggi juga kelembaban kayu sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya.
5. Serat
Arah serat dapat ditentukan oleh arah alur-alur yang terdapat pada permukaan kayu.Kayu dikatakan berserat lurus, jika arah sel-sel kayunya sejajar dengan sumbu batang.Jika arah sel-sel itu menyimpang atau membentuk sudut terhadap sumbu panjang batang dikatakan kayu itu berserat membelok.
6. Berat Kayu
Berat sesuatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun, rongga-rongga sel atau jumlah pori-pori, kadar air yang dikandung dan zat-zat ekstraktif di dalamnya. Berat suatu jenis kayu ditunjukkan dengan besarnya
berat jenis kayu yang yang bersangkutan, dan dipakai sebagai sebagai patokan berat kayu.
7. Kekerasan
Pada umunya terdapat hubungan langsung antara kekerasan kayu dan berat kayu.Kayu-kayu yang keras juga termasuk kayu-kayu yang berat.Sebaliknya kayu ringan adalah juga kayu yang lunak. Berdasarkan kekerasannya, jenis-jenis kayu digolongkan sebagai berikut:
a. Kayu sangat keras, contoh: balau, giam, dan lain-lain. b. Kayu keras, contoh: kulim, pilang dan lain-lain.
c. Kayu sedang kekerasannya, contoh: mahoni, meranti, dan lain-lain. d. Kayu lunak, contoh: pinus, balsa, dan lain-lain.
2.1.2 Sifat Mekanik Kayu
Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar.Yang dimaksud dengan muatan dari luar ialah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda.
2.1.3 Sifat Kimia Kayu
Komponen kimia di dalam kayu mempunyai arti yang penting, karena menentukan kegunaan sesuatu jenis kayu.Sifat kimia kayu dapat membedakan jenis-jenis kayu, serta dapat digunakan sebagai pengenal ketahanan kayu terhadap serangan serangga perusak kayu. Komposisi unsur-unsur kimia dalam kayu
adalah:Karbon (50%), Hidrogen (6%), Nitrogen (0,04 - 0,10), Abu (0,20 – 0,50) dan sisanya adalah oksigen (Dumanauw.1990)
2.2 Komponen Kimia Kayu
Kayu tersusun atas beberapa komponen yaitu: selulosa, lignin, hemiselulosa danzat-zat lain. senyawa-senyawa yang dapat dikeluarkan sangat memengaruhi hasil pulp, Konsumsi cairan pemasak (larutan kimia yang mengandung senyawa-senyawa pelarut lignin yang digunakan dalam pembuatan pulp kayu secara kimia) dan kemampuannya untuk diputihkan juga berpengaruh. (Haygreen.1986)
2.2.1 Selulosa
Selulosa adalah komponen kayu yang terbesardalam kayu lunak dan kayu keras, jumlahnya mencapai hampir setengahnya. Selulosa juga merupakan polimer linier dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas β-D-glukosa.Karena sifat-sifat kimia dan fisiknya maupun struktur supramolekulnya sehingga selulosa dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan.
Gambar 1. Struktur selulosa(Wegener dan Fengel.1995)
Hemiselulosa (Poliosa) berbeda dari selulosa karena komposisi berbagai unit gula, rantai molekul yang lebih pendek, dan karena percabangan rantai molekul. Unit gula (gula anhidro) yang membentuk poliosa dapat dibagi menjadi kelompok seperti pentosa, heksosa, asam heksuronat dan deoksi heksosa.Rantai utama poliosa dapat terdiri hanya atas satu unit (homopolimer), misal xilan, atau terdiri atas dua unit atau lebih (heteropolimer) misal glukomannan.
Gambar 2.struktur hemiselulosa
2.2.3 lignin
Lignin merupakan zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan. Struktur molekul lignin terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenilpropana.Dalam kayu lunak kandungan lignin lebih banyak bila
dibandingkan dalam kayu keras dan juga terdapat beberapa perbedaan struktur lignin dalam kayu lunak dan kayu keras. (Wegener, dan Fengel.1995)
CH2OH
CH CH
OCH3
OH
Gambar 3.struktur dasar lignin
2.2.4 Zat-zat lain
Kayu biasanya mengandung berbagai zat-zat dalam jumlah yang tidak banyak yang disebut dengan istilah “extractive”.Zat-zat ini dapat diambil / dipisahkan dari kayudengan memakai pelarut air maupun pelarut organik seperti eter atau alkohol.Asam-asam lemak, asam-asam resin, lilin, terpentin dan gugus penol adalah merupakan beberapa grup yang juga merupakan ekstraktif. Kebanyakan dari ekstraktif itu terpisahkan dalam proses peembuatan pulp dengan carakraft pulping. Minyak mentah terpentin dapat diperoleh dari digester pada waktu mengeluarkan gas.
Lemak-lemak, asam lemak akan membentuk sabun (soap) pada proses “kraft” dan terlarut dalam pelarut pemasak. Soap ini selanjutnya akan dipisahkan dari black liquor dan daur ulang sebagai “tail oil”. Beberapa / sebagian kecil ekstraktif yang terlarut akan menyebabkan timbulnya getah (pitch) dalam
pembuatan pulp secara kraft pada pembuatan kertas bentuk ini merupakan gumpalan yang mengotori peralatan seperti halnya screen dan wire (Anonim.2001).
2.3 Proses Pembuatan Pulp
Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan yang bukan serat di dalam kayu dapat dilakukan dengan berbagai macam cara atau proses yaitu:
1. Proses mekanik 2. Proses semi kimia 3. Proses kimia
Perbedaan utama diantara berbagai proses pembuatan kertas ialah metode yang digunakan untuk menyelesaikan langkah-langkah pertama pembuatan pulp. Cara mekanis, cara kimia, atau energi panas atau kombinasi-kombinasinya digunakan dalam memproduksi pulp. Bentuk energi yang digunakan sebagian besar menentukan hasil dan sifat-sifat pulp.
2.3.1 Proses Mekanik
Pembuatan pulp mekanis melibatkan pengunaan mesin penghalus yang terdiri atas dua lempeng logam beralur yang dapat dirapatkan dan diputar pada arah yang berlawanan. Pada kedua tipe mesin penghalus kayu digerakkan oleh suatu mekanisme pengumpanan sekrup ke dalam pusat mesin dengan tatal-tatal yang harus lewat diantara dua lempeng yang diletakkan secara rapat; gerak mekanis yang dihasilkan mengubah tatal-tatal menjadi serat.
Dalam proses pembuatan pulp secara mekanik, pemisahan serat dilakukan dengan cara menggunakan tenaga mekanik. Proses ini dilakukan dengan menggerinda kayunya menjadi serat pulp dan menghasilkan randemen 90-95%, tetapi menyebabkan kerusakan pada serat. Pengunaan pulp yang dihasilkan pada proses mekanik ini nilainya kecil sekali, juga pulp itu masih mengandung banyak lignin, dan serat-seratnya tidak murni sebagai serat.
2.3.2 Proses Semi Kimia
Teknik-teknik yang dikenal dengan pembuatan pulp semi kimia atau kimia mekanis, total kayu dikenakan cairan kimia pemasak pulp dalam jangka pendek kemudian dilewatkan melalui mesin penghalus mekanik untuk memisahkan serat-serat penyusunnya. Keuntungan-keuntungan dari proses semi kimia adalah persyaratan yang rendah mengenai kualitas dari spesies kayu, rendemen tinggi, pemakaian bahan kimia yang relatif rendah pada kandungan sisa lignin, investasi modal yang rendah dan unit-unit produksi kecil yang menguntungkan bila dibandingkan dengan pembuatan pulp secara penuh. (Haygreen.1986)
2.3.3 Proses Kimia
Pembuatan pulp secara kimia adalah proses dimana lignin dihilangkan sama sekali hingga serat-serat kayu mudah dilepaskan pada pembongkaran dari bejana pemasak (digester). (Sjostrom.1995)
Proses kimia dibagi menjadi tiga kategori: a. Proses Soda
Dalam proses soda, kayu dimasak dengan larutan natrium hidroksida. Larutan sisa pemasakan dipekatkan dan kemudian dibakar, yang akan menghasilkan natrium karbonat, dan apabila diolah dengan menambahkan batu kapur akan menghasilkan natrium hidroksida.
b. Proses Sulfat
Proses sulfat menggunakan bahan kimia berupa sodium sulfat sebagai pengganti sodium karbonat. Hasil dari proses kraft adalah pulp kraft yang keras tetapi berwarna coklat dan sulit untuk diputihkan, sedangkan pulp soda berwarna lebih putih dan teksturnya halus.
Tujuan pembuatan pulp dengan proses kraft adalah untuk memisahkan serat-serat yang terdapat dalam kayu secara kimia dan melarutkan sebanyak mungkin lignin yang terdapat pada dinding serat. Pemisahan serat terjadi karena larutnya lignin yang ada diantara / ditengah-tengah “lamela” yang berfungsi sebagai pengikat serat.Bahan kimia yang terdapat dalam larutan pemasak juga merembes / terserap ke dinding serat dan melarutkan lignin yang ada disitu. (Anonim, 2001)
c. Proses Sulfit
Proses sulfit dengan menggunakan bahan kimia berupa larutan kalsium atau magnesium bisulfit dan asam sulfit. Metode ini digunakan untuk kayu lunak dan dihasilkan pulp yang berwarna lebih terang., kekuatannya lebih tinggi dari pulp soda api tidak sekuat pulp sulfat.(Wegener dan Fengel.1995)
Keuntungan-keuntungan pulp sulfit yang telah diketahui terhadap pulp kraftyaitu:
- Rendemen yang lebih tinggi pada bilangan kappa tertentu, yang mengakibatkan kebutuhan kayu lebih rendah
- Derajat putih pulp yang tidak dikelantang lebih tinggi
- Keluwesan yang lebih tinggi dari pengelantangan dan pengelantangan tanpa klor
- Persoalan pencemaran lebih sedikit
- Biaya instalasi lebih rendah.
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Pemasakan 2.4.1 Sifat-Sifat daripada White Liquor
Cairan pemasak (White liquor) terdiri dari bahan kimia yang digunakan sebagai berikut:
1. Natrium Hidroksida
Pada pembuatan pulp larutan NaOH berfungsi untuk melarutkan lignin dan zat ekstraktif lainnya yang terdapat dalam bahan baku kayu, sehingga serat selulosa terlepas dari ikatannya. Keuntungan menggunakan larutan NaOH karena lebih cepat bereaksi dengan lignin sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pemasakan lebih singkat.
2. Natrium Sulfida
Natrium Sulfida adalah suatu senyawa yang mudah teroksidasi. Natrium sulfida (Na2S) dalam proses pemasakan chip berfungsi:
a. Mengurangi kerusakan pada karbohidrat dan memberikan hasil yang lebih tinggi serta kekuatan pulp yang lebih tinggi
b. Mempercepat terjadinya reaksi antara NaOH dengan lignin lewat penurunan energi aktivasi reaksi.
3. Natrium Karbonat
Pada proses pembuatan pulpterbentuk Na2CO3,yang merupakan pengotor
pada larutan pemasak (lindi putih). Dimana Na2CO3 ini merupakan alkali
yang tidak aktif pada proses pemasakan chip.
2.4.2 Kualitas daripada chip
Kualitas chip yang digunakan dalam proses pembuatan pulp berpengaruh terhadap kualitas pulp yang akan dihasilkan. kualitas chip dipengaruhi oleh:
a. Jenis kayu
Jenis kayu terbagi dalam, kayu keras dan kayu lunak. Jenis kayu lunak menghasilkan pulp yang lebih kuat dibandingkan dengan jenis kayu keras karena serat-seratnya lebih panjang dan lebih lentur dibandingkan dengan serat yang terdapat pada kayu keras. Jenis kayu lunak menghasilkan randemen yang lebih rendah dibandingkan dengan yang dihasilkan dari jenis kayu keras bila dimasak pada kondisi yang sama. Hal ini karena hemiselulosanya kayu lunak lebih mudah larut dibandingkan dengan yang terdapat pada kayu keras dan juga di dalam kayu lunakterdapat lebih banyak kandungan lignin dibanding dengan kayu keras.
PT. Toba Pulp Lestari, Tbk saat ini menggunakan Eucallyptus sebagai bahan baku dalam pembuatan pulp. Perusahaan memiliki departemen kehutanan dimana ditanami dengan tanaman Eucallyptus pada area yang begitu luas dan akan dewasa kira-kira tujuh sampai delapan tahun.
Berat jenis kayu merupakan faktor yang sangat penting dalam pembuatan pulp. Kayu yang lebih padat dapat mengisi lebih berat pada digester dengan volume yang sama dan keadaan ini akan menambah jumlah pulp yang diproduksi.
c. Ukuran chip
Ketebalan chip merupakan hal yang sangat penting dalam proses pembuatan pulp, larutan pemasak akan meresap ke dalam chip dari segala arah dengan kecepatan yang sama. Bilamana chip terlalu tebal, larutan pemasak tidak punya cukup waktu untuk meresap sempurna ke bagian tengah chip, yang akan menyebabkan chip tidak masak. Chip yang tidak masak ini akhirnya akan menjadi mata kayu. Ketebalan chip yang ideal 3 mm-5 mm.
d. Jumlah chip
Merupakan parameter yang penting pada saat pengisian digester.Hal ini menentukan jumlah pulp yang dapat masuk dan dinyatakan dalam kg/m3.
Jumlah chip dipengaruhi oleh densitas kayu dan ukuran chip. Jumlah chip yang dibutuhkan tiap digester adalah 75 ton.
e. Kandungan air dalam chip
Bila kandungan air dalam chip sangat rendah akan sulit bagi larutan pemasak untuk meresap ke dalam chip. Sehingga dengan mengetahui besar kandungan air dalam chip, dan memperhitungkan berat kayu yang sesunguhnya yang telah dimuat ke dalam digester, kita dapat menghitung jumlah “alkali” yang dimasukkan dan konsentrasi larutan yang digunakan. Kandungan air dalam chip diusahakan sebesar 40-45%.
f. Kulit kayu dan bahan-bahan lain yang mengotori kayu
Kulit kayu bahan yang tidak diinginkan didalam chip karena akan memberikan dampak yang negatif pada pulp yang akan dihasilkan. kulit kayu akan menambah jumlah pemakaian larutan pemasak sehingga akan mengurangi strength dari pulp. Bahan pengotor dari luar kayu seperti pasir, logam-logam, plastik, dan lain-lain, dapat mengakibatkan kerusakan pada mesin-mesin.
2.4.3 Pengawasan pada saat pemasakan
Hal-hal yang perlu diawasi pada saat pemasakan adalah: a. Waktu dan temperatur
Reaksi penghilangan lignin sangat tergantung pada temperatur. Penambahan temperatur sedikit saja sudah berakibat besar terhadap reaksi penghilangan lignin, misalnya dari suhu 1600C menjadi 1700C akan mengakibatkan kecepatan reaksinya dua kali lipat.
b. Jumlah alkali yang dimasukkan
Normalnya jumlah efektif alkali yang dimasukkan dalam digester berkisar 18-19 % (sebagai Na2O terhadap kayu kering ) tergantung dari
jenis kayunya, Kondisi pemasakan dan seberapa jauh tingkat penghilangan lignin yang akan dicapai. Jika jumlah alkali yang dimasukkan lebih banyak akan mempercepat kecepatan reaksinya. Menambah alkali dapat menyebabkan H-faktor yang lebih rendah untuk mencapai kappa number yang sama. Dengan bertambanya jumlah alkali
yang dimasukkan maka akan mengurangi randemen pulp karena jumlah hemiselulosa yang terlarut bertambah.
c. Perbandingan liquor dengan kayu
Pada digester yang beroperasi secara batch, dibutuhkan sejumlah efektif alkali yang dimasukkan sebanyak kurang dari jumlah volume yang dibutuhkan untuk membasahi seluruh chip. Weak Black Liquor(WBL) perlu ditambahkan sebagai penambah kekurangan liquornya. Kalau WBL yang ditambahkan terlalu banyak maka akan memperbesar nilai perbandingan liquor dengan kayu. Normalnya berkisar 1-4. (Anonim. 2002)
2.5 Proses - proses lain dalam pembuatan pulp 2.5.1 Pencucian (Washing)
Bubur pulp dari blowing tank dengan konsistensi 3,0 - 3,5% yang dipompakan ke pressure knotter dengan menambahkan cairan pengencer hingga konsistensi 2 % agar memudahkan pemisahan antara hasil dengan sisa. Bubur pulp dari knotter dicuci dalam empat unit washer. Tujuan dari proses pencucian ini adalah memisahkan kandungan lignin yang masih tersisa setelah proses pemasakan digester.
Setelah washing, bubur pulp yang masuk pada washer stock selanjutnya dimasukkan ke dalam screening. Tujuannya adalah untuk mendapatkan bubur pulp yang benar-benar bersih. Screener ada enam unit, yang terdiri dari primaryscreen, 1 unit relative screen, 1 unit secondary screen dimana diameter lubangnya adalah 2 mm (Anonim,2001)
2.5.3 Pemutihan (Bleaching)
Warna pulp yang belum diputihkan umunya disebabkan oleh lignin yang tersisa. Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat, jadi menghasilkan kualitas pulp yang rendah.
Tujuan utama proses pemutihan secara umum adalah sebagai berikut : 1. Memperbaiki brightness
2. Memperbaiki kemurnian
3. Degradasi serat selulosa seminimum mungkin (Sirait,S,2003)
2.5.4 Pulp Machine
Setelah dari unit bleaching selanjutnya dikirim ke Pulp Machine untuk dikeringkan.Pulp Machine adalah bagian terpenting dari operasi pabrik pulp yang mana fungsi utamanya adalah mengambil air sebanyak mungkin atau seefisien mungkin tanpa merusak lembaran pulp.
1. Bleach Screening yaitu memisahkan partikel-partikel atau kotoran-kotoran yang bercampur dengan bubur pulp.
2. Wire Fourdrinier yaitu mencetak bubur pulp menjadi lembaran pulp 3. Press Section yaitu memadatkan lembaran pulp dengan cara di press 4. Dryer Section yaitu mengeringkan lembaran pulp
5. Cutter dan Layboy yaitu proses pemotongan lembaranpulp dengan ukuran tertentu
6. Baling Ball yaitu penataan lembaran pulp menjadi ball dan unit setelah lembaran pulp di bungkus dan diikat kawat selanjutnya siap untuk dikirim ke pelanggan. (Anonim, 2002)
