PENGARUH PENCAMPURAN SERAT ECENG GONDOK DAN SERAT
KERTAS KORAN BEKAS TERHADAP KUALITAS KERTAS YANG
DIHASILKAN
Chatrine, Judy Retti Witono
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan Ciumbuleuit 94, Bandung 40141
Telp/Fax. (022)2032700; e-mail: k_chatrine@yahoo.com; judy@home.unpar.ac.id
Abstrak
Pembuatan kertas daur ulang dari campuran serat eceng gondok dan kertas koran bekas dilakukan dengan tujuan mencari alternatif bahan baku kertas mengingat semakin berkurangnya jumlah kayu. Serat eceng gondok diperoleh melalui proses dekortikasi, pemasakan serat, dan penguraian serat. Sedangkan serat kertas koran bekas diperoleh melalui proses enzimatis dilanjutkan dengan proses flotasi. Untuk mengamati pengaruh pencampuran kedua serat tersebut, dilakukan tiga variasi yaitu perbandingan serat eceng gondok dan serat kertas koran bekas 1 : 3, 1 : 1, dan 3 : 1. Selain itu, dilakukan penambahan zat aditif yang
terdiri dari 20%-b CaCO3, 1%-b starch, dan 0,1%-b AKD. Sebagai pembanding, dibuat variasi
tanpa penambahan aditif. Lembaran kertas dianalisis gramatur, derajat putih, ketahanan tarik, daya serap air, dan kadar abunya. Dari hasil penelitian ini, diperoleh data, pada perbandingan kedua serat yang semakin besar, nilai indeks tarik dan daya serap airnya meningkat, tetapi derajat putihnya menurun. Dengan penambahan aditif, derajat putih, daya serap air dan kadar abu kertas akan meningkat, namun menurunkan indeks tarik.
The paper production from the water hyacinth’s fiber and the recycled newspaper is one alternatif to replace the wood paper, because the shortage of the wood as a raw material. The process was started from the decortification, fiber cooked and fibrilation. Whereas, the recycled newspaper was obtained through the enzimatic process and then flotation. The variables used in this perocess were the mass ratio of the water hyacinth’s fiber to the recycled newspaper (1 : 3,
1 : 1, and 3 : 1). Besides that the additive compents used were 20%-b CaCO3, 1%-b starch, and
0,1%-b AKD. The analysis of the gramature, tensile strength, brightness and water absorptive of the paper with additives and the paper without additives were observed. The result of the research showed that the increasing of the water hyacinth’s fiber would increase the tensile strength and the water absorptive, but decrease the brightness. The effect of the additives in the paper would increase the brightness, water absorptive and ash content , but decrease the tensile strength.
1. Pendahuluan
Kertas adalah lembaran yang terdiri dari serat-serat tanaman, serat sintetis, dan mineral atau campurannya dengan penambahan zat lain sehingga serat-serat tersebut terjalin menjadi suatu kesatuan. Bahan baku kertas alternatif pada penelitian ini adalah serat non kayu (eceng gondok) dan serat sekunder (kertas koran). Eceng gondok (Eicchornia crassipes) merupakan salah satu tanaman monokotil hijau yang terapung di atas air dengan panjang batang 30 − 70 cm dan panjang serat yang tergolong sedang (1,75 − 2,12 mm) [Joedodibroto, 1983]. Sebagian besar kertas koran terbuat dari pulp mekanis sehingga derajat keputihannya rendah karena serat-serat selulosa masih bercampur dengan lignin dalam kadar yang tinggi.
Proses pembuatan serat eceng gondok dilakukan dengan dekortikasi [Onggo, 2004]. Sedangkan proses pembuatan serat kertas koran bekas dilakukan secara enzimatis dengan proses flotasi [Winarto, 1998]. Proses secara enzimatis ini dilakukan karena limbah yang dihasilkan lebih ramah lingkungan. Selain itu, tinta yang dipisahkan tidak berupa larutan tetapi tetap dalam bentuk padatan sehingga penanganannya lebih mudah
dibandingkan penanganan dalam bentuk larutan. Proses flotasi juga cocok digunakan pada penghilangan tinta yang sulit terdispersi, yaitu tinta berbasis minyak seperti tinta cetak pada kertas koran.
Pada pembuatan kertas, umumnya sejumlah bahan kimia (additive) dapat ditambahkan dalam jumlah yang relatif sedikit tetapi dapat memperbaiki sifat-sifat lembaran kertas. Zat aditif yang dimaksud terdiri dari 2 jenis yaitu fungsional additive seperti filler, sizing agent, interfiber bonding agent yang terdiri dari dry strength dan wet strength, dan control additive seperti retention aid, drainage aid, defoamer, dll. [Elyani, 1992]. Filler merupakan bahan-bahan kimia yang berperan sebagai pengisi yang ditambahkan pada proses pembuatan kertas.
Sizing agent merupakan bahan yang berfungsi untuk melicinkan permukaan kertas yang dihasilkan. Dry strength
berfungsi untuk memperkuat ikatan antar serat pada suatu lembaran kertas. Retention aid berfungsi untuk memperkuat ikatan antar serat dan zat aditif agar tidak terbuang bersama air.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh perbandingan serat eceng gondok dan kertas koran bekas dan pengaruh penggunaan filler CaCO3, dry strength starch, dan sizing agent AKD terhadap derajat putih, ketahanan tarik, dan daya serap air dari kertas yang dihasilkan.
2. Metodologi Penelitian
Tahap-tahap yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Persiapan serat non-wood dari batang eceng gondok, meliputi :
a. Perlakuan mekanis dengan dekortikasi.
Batang eceng gondok dibersihkan dari kotoran-kotoran yang menempel. Kemudian dimasukkan ke dalam dekortikator untuk memperoleh serat eceng gondok. Serat-serat tersebut dipotong-potong hingga ukuran 1 cm.
b. Perlakuan pemasakan serat eceng gondok.
Serat eceng gondok yang telah berukuran 1 cm dimasak dengan larutan NaOH 2%-b/b dengan rasio bahan terhadap larutan 1 : 15. Perlakuan ini dilakukan dengan menggunakan api kecil selama 1 jam. Setelah 1 jam, serat-serat tersebut dinetralkan dengan cara dibilas dengan air hingga pHnya 7.
c. Penguraian serat.
Proses penguraian serat adalah proses terfibrilasinya serat eceng gondok agar ikatan antar serat dan ikatan serat dengan aditif menjadi lebih baik. Serat yang telah netral dimasukkan ke dalam blender dengan jumlah air dan waktu perlakuan selama 1 menit.
2. Penyiapan serat sekunder dari kertas koran bekas, meliputi : a. Perlakuan mekanis terhadap kertas koran bekas.
Kertas koran bekas ditimbang dengan berat tertentu. Lalu kertas koran tersebut dipotong kecil-kecil dengan mesin pemotong kertas. Kemudian ditambahkan air hingga konsistensi 3% dan direndam selama 1 jam sambil diaduk.
b. Penguraian serat secara enzimatis.
Pulp hasil perlakuan mekanis ditambah larutan HCl hingga pHnya 5. Pulp dipanaskan didalam waterbath hingga mencapai suhu 55oC. Setelah tercapai suhu tersebut, enzim selulase dengan konsentrasi 1%-b ditambahkan ke dalam pulp. Perlakuan enzimatis ini dilakukan selama 30 menit. c. Pemisahan dan pembuangan tinta dengan flotasi: proses penghilangan tinta pada kertas koran
bekas.
Pulp hasil perlakuan enzimatis diberi larutan NaOH hingga pHnya menjadi 9. Kemudian pulp tersebut diencerkan dengan air hingga konsistensi 0,8%. CaCl2 teknis ditambahkan hingga kesadahannya 200 ppm, asam oleat ditambahkan sebanyak 2%-b dan sabun ditambahkan sebanyak 1,5%-b. Campuran diflotasi dengan dialirkannya udara dari kompresor selama 30 menit. Busa yang terbentuk pada proses flotasi diambil secara manual. Setelah proses flotasi selesai, suspensi disaring dengan ayakan 200 mesh, sambil dibilas dengan air kran.
3. Pembuatan Lembaran Kertas
Pulp eceng gondok dan pulp kertas koran ditimbang sesuai dengan variasi penelitian. Kedua bahan tersebut dicampur, kemudian ditambahkan 20%-b CaCO3 sebagai filler, 1%-b starch sebagai dry
strength dan retention aid, dan 0,1%-b AKD sebagai sizing agent. Campuran ditambahkan dengan air
dan diaduk hingga homogen. Pulp disaring dengan screen dan dicetak menjadi lembaran kertas. Kemudian lembaran kertas dapat dikeringkan.
Lembaran kertas yang dihasilkan dianalisis untuk menentukan kualitas kertas yang dihasilkan dari campuran serat eceng gondok dan serat kertas koran bekas berdasarkan standar dari Standar Nasional Indonesia (SNI). Analisis yang dilakukan adalah pengujian terhadap ketahanan tarik, derajat putih, dan daya serap air. Selain itu juga, dilakukan uji gramatur dan uji kadar abu.
3. Hasil Penelitian
Secara umum, hasil lembaran kertas yang dihasilkan cukup baik. Kertas yang dihasilkan dari pencampuran serat eceng gondok dan serat kertas koran memperbaiki kekuatan kertas terutama dengan jumlah serat eceng gondok yang besar. Namun hal tersebut berakibat pada peningkatan daya serap air dan penurunan derajat putih.
Penambahan zat aditif tidak dapat meningkatkan kekuatan kertas, tetapi dengan pengamatan secara visual tampak perbedaan yang cukup jelas. Lembaran kertas dengan aditif tampak lebih cerah dan lebih halus dibandingkan kertas tanpa aditif. Hal tersebut mendukung teori yang menyatakan bahwa zat aditif berupa filler akan memperbaiki sifat printability seperti meningkatkan kehalusan dan meningkatkan brightness. Sedangkan fungsi dari dry strength, retention aid, dan sizing agent tidak dapat dilihat secara visual, hanya dapat diamati dari hasil pengujian. 0 50 100 150 200 250 G r am at u r ( g /m 2) 1 : 3 1 : 1 3 : 1
Serat Eceng Gondok : Serat Kertas Koran (berat kering)
Uji Gramatur Kertas
tanpa aditif dengan aditif
Gambar 3.1 Uji gramatur kertas
Gramatur adalah massa lembaran kertas atau lembaran karton dalam gram dibagi dengan satuan luasnya dalam meter persegi yang diukur pada kondisi standar. Uji gramatur dilakukan untuk mengetahui keseragaman sampel kertas yang telah dibuat. Gambar 3.1 memperlihatkan bahwa keenam sampel kertas memiliki gramatur kertas yang hampir seragam. Ketidakseragaman tersebut disebabkan oleh tekanan yang diberikan pada masing-masing lembaran pada waktu pencetakan kertas tidak sama karena menggunakan tangan.
0 10 20 30 40 50 D er a jat P u ti h (%) 1 : 3 1 : 1 3 : 1 S erat Eceng Gondok : S erat Kertas
Koran (berat kering)
Uji Derajat Putih Kertas
tanpa aditif dengan aditif
Gambar 3.2 Uji derajat putih kertas
Derajat putih (brightness) adalah derajat kecerahan kertas yang diakibatkan oleh cahaya tampak menjadi cahaya pada panjang gelombang tertentu (457 nm). Berdasarkan Gambar 3.2 dapat dilihat bahwa kecenderungan kertas tanpa aditif dan dengan aditif sama, yaitu semakin banyak serat eceng gondok, maka derajat putihnya pun semakin rendah karena warna serat eceng gondok sendiri adalah kuning kecoklatan. Selain itu, dapat dilihat juga pengaruh penambahan zat aditif pada kertas menyebabkan meningkatnya derajat putih kertas karena zat aditif CaCO3, starch, dan AKD yang ditambahkan berwarna putih.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 In de ks T a ri k ( N m /k g ) 1 : 3 1 : 1 3 : 1
S erat Eceng Gondok : S erat Kertas Koran (berat kering)
Uji Ke tahanan Tarik Ke rtas
tanpa aditif dengan aditif
Gambar 3.3 Uji ketahanan tarik kertas
Ketahanan tarik kertas adalah gaya tarik maksimum yang masih dapat ditahan oleh sebuah jalur kertas dengan lebar dan kondisi pengujian tertentu. Dari Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa indeks tarik untuk kertas tanpa aditif cenderung meningkat seiring dengan peningkatan jumlah serat eceng gondoknya. Hal tersebut berarti ikatan yang dibentuk dari serat non-kayu akan membuat kertas menjadi lebih baik karena serat-serat dari eceng gondok lebih panjang jika dibandingkan dengan serat-serat kertas koran bekas. Serat yang panjang memberikan titik tangkap yang luas kepada gaya-gaya yang mengenainya sehingga dapat menahan gaya-gaya yang besar. Walaupun serat kertas koran merupakan serat kayu, serat-serat tersebut menjadi lebih pendek dari serat eceng gondok karena serat kertas koran telah mengalami recycle. Demikian pula, kecenderungan yang sama terlihat pada kertas dengan aditif.
Pengaruh penambahan zat aditif menyebabkan menurunnya nilai indeks tarik karena semakin renggangnya ikatan antar serat dengan adanya zat aditif yang terikat pada serat. Hal tersebut dapat dilihat dari permukaan kertas dengan aditif yang lebih halus daripada kertas tanpa aditif karena adanya zat aditif yang mengisi ruang-ruang kosong pada ikatan antar serat.
0 100 200 300 400 500 600 Co bb 60 (g/ m 2 ) 1 : 3 1 : 1 3 : 1
S erat Eceng Gondok : S erat Kertas Koran (berat kering)
Uji Daya Serap Air Kertas
tanpa aditif dengan aditif
Gambar 3.4 Uji daya serap air kertas
Daya penyerapan air (water absorbtive), yang disebut sebagai metode Cobb, adalah jumlah air yang diserap (dalam gram) oleh 1 m2 lembaran kertas/karton dalam waktu tertentu. Daya serap air suatu kertas sebaiknya tidak terlalu tinggi karena akan lebih mudah menyerap tinta.Namun daya serap air suatu kertas pun tidak boleh terlalu rendah karena akan menyebabkan kertas mudah robek.
Dari Gambar 3.4, dapat dilihat bahwa semakin banyak serat eceng gondok, maka semakin tinggi daya serap airnya karena sifat serat eceng gondok lebih mudah menyerap air. Kecenderungan tersebut berlaku pula untuk kertas dengan aditif. Selain itu, dapat diamati juga bahwa kertas dengan aditif memiliki daya serap air yang lebih tinggi daripada kertas tanpa aditif karena adanya penambahan zat aditif CaCO3 yang dapat menyerap air.
0 2 4 6 8 10 12 K a da r A bu (% ) 1 : 3 1 : 1 3 : 1 Serat Eceng Gondok : Serat Kertas
Koran (berat kering)
Uji Kadar Abu Kertas
tanpa aditif dengan aditif
Gambar 3.5 Uji kadar abu kertas
Kadar abu (ash content) adalah sisa pembakaran kertas pada temperatur 925 ± 25°C. Uji kadar abu dilakukan untuk mengetahui jumlah zat aditif yang tertahan pada lembaran kertas. Kadar abu yang diperoleh dari percobaan telah memenuhi standar, yaitu untuk kertas tanpa aditif akan memiliki kadar abu dibawah 2%. Berdasarkan Gambar 3.5, diperoleh bahwa penambahan zat aditif mengakibatkan meningkatnya nilai kadar abu kertas. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin banyak zat aditif yang tertahan dalam kertas.
4. Kesimpulan
1. Perbandingan serat eceng gondok dan serat kertas koran berpengaruh pada kualitas kertas yang dihasilkan.
2. Semakin besar perbandingan serat eceng gondok terhadap serat kertas koran bekas, maka kualitas kertas yang dihasilkan memiliki indeks tarik kertas yang semakin tinggi, derajat putih kertas yang semakin rendah, dan daya serap air kertas yang semakin tinggi.
3. Kadar abu kertas tanpa aditif lebih kecil dari 2% dan kadar abu kertas dengan aditif bernilai lebih besar daripada kertas tanpa aditif.
4. Penambahan zat aditif meningkatkan derajat putih, daya serap air dan kadar abu kertas, namun menurunkan indeks tarik.
5. Pencampuran kedua jenis serat memperbaiki kekuatan kertas, tetapi daya serap airnya meningkat dan derajat putihnya menurun.
6. Zat aditif memperbaiki kualitas kertas yaitu dari segi derajat putih dan kehalusan. Namun dari segi indeks tarik dan daya serap air, kualitas kertas menurun.
Daftar Pustaka
1. Britt, K. W., (1970), “Handbook of Pulp and Paper Technology”, 2nd ed., Van Norstrand Reinhold Company.
2. Casey, J. P., (1961), “Pulp and Paper: Chemistry and Chemical Technology”, 2nd ed., vol. 3: Paper
Testing and Converting, Interscience Publishers Inc.
3. Elyani, N. dan J. P. Rismajana, (1992), “Diktat Penyediaan Bahan Kimia”, Bandung.
4. Grace, T. M., B. Leopold, dan E. W. Malcolm, (1989), “Pulp and Paper Manufacture”, vol. 5: Alkaline
Pulping, 3rd ed., Joint Textbook Committee of Paper Industry, Montreal.
5. IFAS (Institute of Food and Agricultural Sciences), (2003), “Water Hyacinth − Eichhornia crassipes:
How To Identify Water Hyacinth”, University of Florida, http://aquat1.ifas.ufl.edu/hyacin2.html.
6. Joedodibroto, R., (1983), “Prospek Pemanfaatan Eceng Gondok Dalam Industri Kertas”, Berita Selulosa, Maret, vol. 19, no. 1, hlm. 3-7.
7. Judy R. W., (2003), “Variabel-Variabel Yang Mempengaruhi Proses Flotasi Pemisahan Suspensi Tinta
Dalam Proses Pembuburan Kertas Koran Secara Enzimatik”, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia 2003, hlm. 1-6.
8. Onggo, H., (2004), “Pengaruh Perlakuan NaOH Terhadap Perubahan Morfologi Serat Nenas dan Serat Eceng Gondok”, Pusat Penelitian Fisika LIPI Bandung.
10. Sutejo, B., (2003), “Sifat-Sifat Kertas”, Quality Assurance Department (Training Section), PT Pabrik Kertas Tjiwi Kimia, Tbk., Mojokerto.
11. Winarto, R., (1998), “Laporan Penelitian Penentuan Pengaruh Variabel-Variabel Proses Pembuburan dan Perlakuan Enzimatik Terhadap Penghilangan Tinta Kertas Koran Bekas Secara Enzimatik Dengan Proses Flotasi”, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung.
