Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spruce (Picea abies) Tulisan ini merupakan Terjemahan Disertasi SIPON MULADI untuk mendapatkan Gelar Doktor Pada Program Study Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hamburg Jerman disusun oleh Sipon Muladi dari Mrisen, Juwiring Kabupaten Klaten- Jawa Tengah, lndonesia
275
Embed
Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari ... · Proses Pulping Organosolv dan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Proses Pulping Organosolv dan
Pemutihan Bebas Klor dari Kayu
Daun Jarum Spruce (Picea abies)
Tulisan ini merupakan Terjemahan Disertasi SIPON MULADI untuk
mendapatkan Gelar Doktor Pada Program Study Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Hamburg
Jerman
disusun oleh
Sipon Muladi
dari Mrisen, Juwiring Kabupaten Klaten- Jawa Tengah,lndonesia
i
Judul Asli Desertasi : Aufschluss und Bleiche Yon Fichtenhulz [Picea abies
(L) Karst] Mach dem Acetosolv-Vertahren (1992)
Penulis : Sipon Muladi
Penerjemah : Prof. Dr. rer. nat. Sipon Muladi
Penerbit : ...............................
Hak terjemah dilindungi undang-undang All rights reserved.
Cetakan I : Agustus 2013
ISBN : .......................
Diterbitkan Oleh : ..........................
ii
Hamburg 1992
Penerjemah
Prof. Dr.rer.Nat. Ir. Sipon Muladi.
Fakultas Kehutanan
Universitas Mulawarman
Kampus Gunung Kelua
Samarinda
Januari, 2014
Desertasi ini atas dasar
Surat izin dari
Program Studi Biologi (Ilmu Pengetahuan Alam)
Universitas Hamburg
Atas Permintaan dari Promotor Prof. Dr. Ing. Horst. H. Nimz
Hamburg, Tanggal 07-04-1992
Tetanda
Stempel Univ.Hamburg Prof. Dr. L. Kies
Ketua Program Studi
iii
Pengantar Penterjemah
Desertasi Doktor oleh Sipon Muladi diterjemahkan yang bersangkutan.
Terjemahan ini kami pandang sangat penting. Hal ini disebabkan banyaknya
permintaan melalui telepon, faksimili, dan e-mail agar desertasi tersebut bisa
diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia dan bisa lebih bermanfaat atau
dipelajari ulang untuk pengembangan teknologi kimia kayu di Indonesia.
Semoga bermanfaat bagi anak bangsa. Hasil karya ini kupersembahkan untuk
istri tercinta R.A. Sri Hariyani Suswati dalam rangka ulang tahun perkawinan
yang ke-26 tahun.
Samarinda, 12 Januari 2014
Prof. Dr. Ir. H. Sipon Muladi
iv
Editors Note
The following works fulfill the requirements for a Doctoral dissertation at theUniversity of Hamburg, Germany, in cooperation with the Faculty of Forestry,Mulawarman University Samarinda, lndonesia.
Funding was provided by the German Government through the lndonesia-German Forestry Project (IGFP/GTZ), which also funded and organized thetranslation and Publication.
please note, that the translation from German into lndonesian was made by theauthor himself; therefore the responsibility for the content lies solely with theindividual author.
v
Organosolv Pulping and Bleaching without using Chlorine ofSpruce Wood
[ Picea abies (L.) KARTS ]
Sipon Muladi
Summary:For over 100 years, the world's pulping industry has mainly used either thesulfate or the sulfite process. Sulfate, or kraft, pulp is characterized by highstrength. During pulping, however, reduced sulfur compounds (mercaptans)are released, and chlorine chemicals must be used for bleaching, resulting inwastewater which contains chlorinated organic compounds. The sulfiteprocess and bleaching of sulfite pulps cold less environmentat potlution,provided that state-of-the-art technologies are used, but the pulps produced inthis way are not as strong as kraft pulps. Another drawback is that woods witha high resin content, such as pine and fir, can not be pulped using the sulfiteprocess.
The pulp industry is responsible for considerable environmental pollutioncaused by non disposable bleaching effluents discharged into water coursesalong with a load of strongly colored chemical substances, includingchlorinated organic compounds. The waste liquor from both of these pulpingprocesses is burned to obtain energy and to recover the pulping chemicalsused. ln compliance with the increasingly strict requirements of environmentallegislation, many countries are now developing new processes which willenable pulping and bleaching without releasing any pollutants. Pulps producedusing these processes must exhibit excellent brightness and good strength.
The Acetosolv process, to which this study was devoted, uses acetic acidunder normal pressure in the presence of a Lewis acid as the catalyst (NIMZand CASTEN 1984). This combines the advantages of pulping without sulfurwith the possibility of deriving economic value from the hemicellulose andlignin.
This. study investigated ways of optimizing the Acetosolv process for pulpingof Norway Spruce and possibilities for bleaching the pulps obtained withoutusing chlorine. By way of comparison, pulping of tropical hardwoods was alsostudied.lnitially, the pulping parameters for Nonrvay Spruce were studied andoptimized. Additional studies revealed the influence of pre- and posttreatmenton the kappa number. ln addition to hydrochloric acid, aluminum chloride andhydrobromic acid were also tried as catalysts. The catalyst concentration andduration of pulping were optimized.
When using hydrochloric acid as the catalyst, the following values wereestablished as being optimum:
Hydrochloric acid concentration : O,17% of solution
vi
Acetic acid concetration : 93%Duration of pulping : 5 hoursPulping temperature : 110ºCLiquor ratio : 1 : 7
Under these conditions, pulp with a kappa number of 18 is obtained. The totalyield is in the vicinity of 50% with a shive content of less than 0,1%. At 30ºSR, the pulp has a breaking length of 11.200 m, bursting area of 70,0 m2, anda tearing resistance of 63,2 cN. As the trials showed, it. is not possible toreduce the kappa number any further by means of pretreating the chips (byboiling in 93% acetic acid, impregnating with 93% acetic acid at roomtemperature, or pretreatment with ethyl acetate), post-treatment of the pulp(extraction, washing, or boiling in acetic acid), or modifying the washingsystem (different solvents: ethyl acetate, acetic acid, butyl acetate, and water).
The following values were ascertained to be optimum for pulping withaluminum chloride and hydrobromic acid as catalysts:
Aluminum chloride as catalyst:
Aluminum chloride concentration : 0,30% of solutionAcetic acid concentration : 93%Duration of pulping : 5 hoursPulping temperature : 110ºCLiquor ratio : 1 : 7
Hydrobromic acid as catalyst:
Hydrobromic acid concentration : 0,38% of solutionAcetic acid concentration : 93%Duration of pulping : 3 hoursPulping temperature : 110ºCLiquor ratio : 1 : 7
Using aluminum chloride as the catalyst, it proved possible to produce pulpswith a kappa number of 19, total yield of 54,7%, and a shive content of lessthan 0,1%. The pulp tests showed, at 30oSR, a breaking length of 12.000 m, abursting area of 71 m2, and a tearing resistance of 66 cN.
Using hydrobromic acid as the catalyst, the Acetosolv pulping process can beused for delignification to kappa numbers between 11 and 30. The total yieldis 50-53%, and the shive content below 0,5%. The pulp strength testsconducted at 30oSR established breaking lengths of 11.600 - 11.900 m,bursting areas between 65 and 69 m2, and tear resistance values between 68and 70 cN.Compared to conventional pulps from Nonray Spruce, those produced usingthe Acetosolv process have a lower kappa number, higher yields, and betterbreaking lengths and bursting strengths, although the resistance to tearing isabout the same.
vii
A comparison of Acetosolv pulps from Norway Spruce and tropicalhardwoods yielded the following results: tropical hardwoods are difficult topulp. The kappa numbers are above 40. This may be due to the poorerimpregnability and higher cation content of hardwoods, which means thatcatalyst is consumed. Under Acetosolv pulping conditions, the yield of pulpfrom Norway Spruce is about 50%, while tropical hardwoods produce yieldsof between 54 - 67%. The technical properties of pulps from tropicalhardwoods can be described as good compared with those of pulps fromNorway Spruce. On the other hand, pulp from Norway Spruce is stronger thanpulps from tropical hardwoods. Pulps from light tropical hardwoods (Albizziafalcataria, Eucalyptus deglupta, Acacia mangium, Schima walichii andMacaranga triloba) are well-suited for papermaking.
Gomparison of pulps from Norway Spruce with those of various tropicalhardwoods
Wood type AlCl3 Kappanumber
Shives Yield Degre ofgrinding
Breakinglength
Burstingarea
Tearingresistance
(%) (%) (%) (°SR) (m) (m2) (cN)
Norway 0,25 26,5 0,0 53,8 30 11.180 73,7 64,8
Spruce
Primary forest
Kapur 0,25 120 20,5 67,4 30 3.200 14,3 43,5
Red Meranti 0,25 118 17.2 66,0 30 3.400 15,3 46,6
Perupuk 0,25 51,7 3,7 54,8 30 5.820 28,6 66,3
Simpur 0,50 36,0 0,1 54,5 30 4.500 19,0 60,0
Secondary forest
Mahang 0,25 50,2 0,2 55,0 30 9.140 36,0 49,0
Puspa 0,25 52,3 0,1 55,4 30 7.120 25,4 40,3
Plantation forest
A. mangium 0,25 48,7 1,5 55,0 30 8.000 43,6 50,0
Albicia 0,25 37,8 0,6 56,0 30 7.580 35,5 60,0
E. deglupta 0,25 40,0 1,1 55,0 30 8.050 37,9 68,4
Rubber Tree 0,25 50,2 0,2 50,0 30 3.800 17,7 27,7
Pulping conditions:Acetic acid concentration : 0,93%Pulping time : 4 hoursPulping temperature : 110°CLiquor ratio : 1 : 7Acetosolv pulps from Norway Spruce processed under preassure have lowerkappa numbers and lower strength values than pulps treated withoutapplication of pressure.
viii
The study of the raw material parameters revealed that the results of pulpingdepend on the size of .the chips. With flat chips having a 1-mm thickness,lower yields and lower strengths were obtained at equivalent kappa numbers.
The second part of the study was devoted to bleaching of Acetosolv pulpsfrom Norway Spruce. The first stage of bleaching involved use of ozone inacetic acid. The ozone concentration, temperature, consistency, and acetic acidconcentration were optimized.
The following values were determined to be optimum: an acetic acidconcentration greater than 90%, a consistency of 35 – 46%, and a reactiontemperature of 20 - 30oC. Ozone bleaching permits removal of 95% of thelignin, while also improving the strength of the pulp as compared tounbleached pulp. The pulp viscosity changes only minimally with ozonebleaching, although brightness is significantly increased. Two-stage ozonebleaching with intermediate washing does not yield better results than single-stage ozone treatment.
ln addition, exploratory trials were conducted with nitrogen dioxide bleaching.The bleaching medium used was 93% acetic acid. Under optimum bleachingconditions (40% consistency, temperature of 70 – 80ºC, a bleaching time ofmore than one hour, and 2% nitrogen dioxide), it proved possible to remove50 – 60% of the lignin in a single bleaching stage. The strength of the pulpwas only negligibly changed.
With use of peracetic acid in a prebleaching stage, 50 – 60% delignification ofthe pulp can be achieved without reducing its strength.
The best bleaching approach proved to be a ZEPaN sequence. Following thesecond bleaching stage, brightness values as high as 82% ISO are achievedwithout reduction strength.
The possibility of using an alkaline extract with added NaBH4 in a finalbleaching stage was also investigated. With this method it proved possible toraise brightness to 84 % ISO, although the static strength of the pulpworsened. Better brightness values can be expected if the initial kappa numberis less than 15. It remains to be seen whether this can currently be achievedwith the studied pressurized pulping method. At present not even 5-or 6-stagechlorine- free bleaching sequences can achieve brightness values greater than90% ISO.
ix
Aufschluβ und Bleiche vonFichtenholz [Picea abies (L.) KARST]
nach dem Acetosolv-Verfahren
Sipon Muladi
Zrsammenfassung:
Die Zellstoffindustrie arbeitet seit über 100 Jahren welweit zumeist nach demSulfat- oder Sulfitverfahren. Die Sulfat- oder Kraftzellstoffe zeichnen sichdurch hohe Festigkeiten aus. Beim AufschluB werden jedoch reduzierteSchwefelverbindungen (Mercaptane) freigesetzt, und zur Bleiche desZellstoffes müssen chlorhaltige Chemikalien eingesetzt werden, die zuchlorierten organischen Verbindungen in den Abwädssern führen. DerSulfitprozeβ und die Bleiche von Sulfitzellstoffen verursacht zwar geringereUmweltbelastungen, sofern sie nach dem neuesten Stand der Technikdurchgeführt werden, jedoch sind die erzeugten Zellstoffe von geringererQualität als Kraftzellstoffe. Auβerdem lassen sich harzreiche Holzarten, wieKiefern und Douglasien, nicht nach dem Sulfitverfahren aufschlieβen.
Besondere Belastungen entstehen in der Zellstoffindustrie durch nichtentsorgbare Bleichereiabwässer, die die Vorfluter mit stark gefärbten und z.T.chlororganischen Verbindungen belasten. Die Ablauge aus den genanntenAufschluβverfahren wird zur Energie- bzw. der Rückgewinnung derAufschluβchemikalien verbrannt. Um den zunehmend steigendenAnforderungen der Umweltschutzgesetzgebung zu entsprechen, werden daherweltweit neue Verfahren mit dem Ziel entwickelt, Aufschluβ und Bleicheohne den Ausstoβ von Schadstoffen durchzuführen. Die nach diesenVerfahren hergestellten Zellstoffe sollen neben hohen Weiβgraden auch guteFestigkeitseigenschaften aufweisen.
Das in dieser Arbeit angewendete Acetosolv-Verfahren benutzt zumHolzaufschluβ heiβe Essigsäure unter Normaldruck in Gegenwart einerLewis-Säure als Katalysator (NIMZ und CASTEN, 1984). Es vereint dieVorteile eines schwefelfreien Aufschlusses mit der Möglichkeit zurVerwertung der Hemizellulosen und des Lignins.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung derAufschluβbedingungen des Acetosolv-Verfahrens für Fichtenholz und denMöglichkeiten einer chlorfreien Bleiche der gewonnenen Zellstoffe. ZumVergleich wird der Aufschluβ von tropischen Laubhölzern untersucht.
lm ersten Teil der Arbeit werden die Aufschluβparameter für Fichtenholzuntersucht und optimiert. Weitere Untersuchungen zeigen den Einfluβ einerVor- und Nachbehandlung auf die Kappazahl. Neben Salzsäure werden auch
x
Aluminiumchlorid und Bromwasserstoffsäure als Katalysatoren eingesetzt.Kata lysatorkonzentration und Aufschluβdauer werden optimiert.
Für Salzsäure als Katalysator werden folgende Werte als optimal ermittelt:
Unter diesen Bedingungen erhält man einen Zellstoff mit der Kappazahl 18.Die Gesamtausbeute liegt im Bereich von 50% bei einem Splitteranteil unter0,1%. Der Zellstoff besitzt bei 30oSR eine Reiβlänge von 11.200 m, eineBerstfläche von 70,0 m2 und eine Durchreiβfestigkeit von 63,2 cN. Durch eineVorbehandlung der Hackschnitzel (Kochung mit 93% iger Essigsäure,lmprägnierung mit 93 % iger Essigsäure bei Raumtemperatur bzw.Vorbehandlung mit Ethylacetat) und Nachbehandlung des Zellstoffes(Extraktion, Waschen oder Kochen mit Essigsdure) sowie durch Anderung desWaschsystems (verschiedene Losungsmittel - Ethylacetat, Essigsdure,Butylacetat und Wasser) kann keine weitere Senkung der Kappazahl erreichtwerden, wie die Versuche zeigen.
Als optimale Aufschluβbedingungen für Aluminiumchlorid und fürBromwasserstoffsäure als Katalysatoren ergeben sich folgende Werte:
Mit Aluminiumchlorid als Katalysator konnten Zellstoffe mit einer Kappazahlvon 19 bei einer Gesamtausbeute von 54,7% und einem Splitteranteil unter0,1% erhalten werden. Die Zellstoffprüfung ergibt bei 30ºSR eine Reiβlängevon 12000 m, eine Berstfläche von 71 m2 und eine Durchreiβfestigkeit von 66cN.Mit Bromwasserstoffsäure als Katalysator kann im Acetosolv-Aufschluβ aufKappazahlen von 14 - 20 delignifiziert werden. Die Gesamtausbeute liegt bei50 - 53%, der Splitteranteil unter 0,5%. Die Zellstoffestigkeitsprüfungen bei
xi
30ºSR ergeben Reiβlängen von 11600 - 11900 m, Berstflächen von 65 - 69 m2
und Durchreiβfestigkeiten von 68 - 70 cN.
lm Vergleich mit konventionellen Fichten-Zellstoffen besitzt der Fichten-Acetosolv-Zellstoff eine niedrigere Kappazahl, eine höhere Ausbeute undbessere Reiβlängen bzw. Berstfestigkeiten, während die Durchreiβfestigkeitetwa gleich ist.
Ein Vergleich von Acetosolv-Zellstoffen aus Fichtenholz und tropischenLaubhölzem bringt folgende Ergebnisse. Tropische Laubhölzer sind schweraufzuschlieβen. Die Kappazahlen liegen über 40. Das mag an der schlechterenlmprägnierbarkeit und dem höheren Kationengehalt der Laubhölzer liegen, derzu einem Verbrauch des Katalysators führt. Unter den genanntenAufschluβbedingungen beträgt die Ausbeute an Fichtenzellstoff etwa 50%,während tropische Laubhölzer Ausbeuten von 54 bis 67% ergeben. Dietechnologischen Eigenschaften von Zellstoffen aus tropischen Laubhölzernsind im Vergleich mit denen von Fichtenzellstoffen als gut zu bewerten. DieFestigkeiten des Fichtenzellstoffes erwiesen sich als besser als bei Zellstoffenaus tropischen Laubhölzern. Zellstoffe aus leichten tropischen Laubhölzern(Albizia falcataria, Eucalyptus deglupta, Acacia mangium, Schima walichiiund Macaranga triloba) lassen sich gut zur Papierherstellung verwenden.
xii
Vergleich des Aufschluβverhaltens von Fichtenholz mit demverschiedener tropischer Laubhölzer
Fichten – Acetosolv-Zellstofe aus Druckaufschlüssen zeigen im Vergleich zudenen aus drucklosen Aufschlüssen niedrigere Kappazahlen und geringereFestigkeiten. Bei der Untersuchung der Rohstoffparameter zeight sich, daß dasAufschlußergebnis von der Hackschnitzelgröße abhängig ist. Mit 1 mm dickenFlachspänen werden niedrigere Ausbeuten und geringere Festigkeiten beigleichen Kappazahlen erzielt.
Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit der bleiche des Fichten- acetosolv-Zellstoffes. Für die erste Bleichstufe wird Ozon in Essigsäure eingesetzt. DieOzonkonzentration, die Tempratur,die Stoffdichte und die Essigsäure –Konzentration werden optimiert.
Als optimal erweisen sich eine Essigsäurekonzentration von mehr als 90%,eine Stoffdichte von 35 – 46% und eine Reaktionstemperatur von 20 - 30°C.Die Ozonbleiche ermöglicht eine Delignifizierung um 95% wobei sich die
xiii
Zellstoffestigkeiten gegenüber dem ungebleicheten Zellstoff noch verbessern.Die Zellstoffviskosität verändert sich bei der Ozonbleiche nur wenig,währendein deutlicher Weißgradanstieg zu beobachten ist. Eine zweistufigeOzonbleiche mit Zwischenwäsche bringt gegenüber einer einstufigenOzonbehanlung keine voeteile.
Weiterhin wurden orientierende Versuche zur Stickstoffdioxidbleichevorgenommen. Als bleichmedium diente 93% ige Essigäure. Bei optimalenBleichbedingungen (40% Stoffdichte, Temperatur 70 - 80ºC, einer Bleichzeitvon über einer Stunde und 2 Stickstoffdioxid) konnte eine Delinifizierung von50 – 60% in einer Bleichstufe erreicht werden. Die Festigkeitseigen – schaftenänderten sich nur wenig.
Mit Peressigsäre in der Vorbleiche kann der Zellstoff um 50 – 60%delignifiziert werden, ohne daß die Festigkeiten abfallen.
Als günstigste Bleichbehandlung ergibt sich eine ZEPaN – Sequenz. Nach derzweiten Bleichstufe werden Weißgrade von bis zu 82% ISO ohneFestigkeitseinbußen erreicht.
Als mögliche Endbleichstufe wurde eine alkalische Extraktion mit NaBH4 –Zusatz untersucht. Der Weißgrad konnte auf 84% ISO gesteigert werdn,allerdings unter Verschlecterung der statischen Zellstoffestigkeiten. HöhereWeißgrade sind zu erwarten, wenn die Ausgangskappazahl unter 15 liegt. Obdies bei dem untersuchten Druckaufschluß gegenwärtig zu erreichen ist, bleibtabzuwarten. Zur Zeit ist ein Weißgrad von über 90% ISO auch mit Fünt – bissechsstufigen chlorfreien Bleichsequenzen nicht zu erreichen.
xiv
Kata Pengantar
Penelitian ini di bawah Bimbingan Prof. Dr. Horst H. Nimz pada
Institut Teknologi Kimia Kayu Universitas Hamburg (di bawah Institut Kimia
dan Teknologi Kimia Kayu, Lembaga Penelitian Hutan dan Kayu) sejak bulan
September 1986 sampai dengan April 1992. Atas kebaikan beliau diucapkan
terima kasih yang setinggi-tingginya, khususnya pengarahan-pengarahan dan
keramah-tamahannya.
Saya juga mengucapkan terima ksih kepada Bapak Prof. Dr. Rudolf
Patt, Prof. Dr. Oscar Faix, Prof Dr. Maruli Samatupang, Dr. O. Kordsachia
dan Ibu Dr. M. Hammann yang telah membantu didalam penyelesaian
dissertasi, khususnya bab diskusi dan pengarahan-pengarahan yang cukup
berarti.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak. Dr. Alex Berg.
Dr. C. Granzow, Dr. Harmut Salow dan Dr. Peter. Scibbe, Dr. Bodo Saake,
dan Dr. Entique Vogel yang telah membantu di dalam koreksi bahasa Jerman
dan bagian yang lainnya. Begitu pula kepada Ibu E. Schmekal, saya
sampaikan terima kasih juga atas bantuannya di dalam analisa pulp dan kertas.
Selain itu saya juga menyampaikan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. H.J.
Weidelt selaku Mantan Direktur GTZ yang pertama di Samarinda, Bapak Dr.
G. Weinland selaku Mantan Direktur GTZ yang kedua dan Dr. M. Sachrai-
Rad selaku pengganti Direktur GTZ.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Yunus
Rasyid selaku Rektor Universitas Mulawarman dan Bapak Prof. Dr. Soetrisno
Hadi selaku Mantan Rektor. Prof. Dr. Arifien Bratawinata selaku Dekan Fak,
Kehutan Unmul, Selain itu, ucapan terima kasih kepada DAAD selaku
pemberi Beasiswa dan Rekomendasi surat izin tinggal di Jerman.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada istri saya (R.A. Sri
Hariyani Suswati) dan anak saya (Jusuf Taqwa dan Jafar Sidiq), yang mana
BOGOMOLOV dan GROSCEV, 1980; KATZEN et al, 1980; LANGE, 1982;
PASZNER dan CHANG, 1983, 1985; BUCHHOLZ dan JORDAN, 1983;
NIMZ, et al, 1984, 1986a, 1986b, 1988a, 198b, 1989; SAKAKIBARA et a1,
1984, PASZNER dan BAHERA, 1985; SANO dan TAKASHI, 1985; YOUNG
et al, 1985. 1986, 1987; ANDERS dan SCHMIGA, 1987; JOHANNSON et al,
1987a, 1987b; PYE, 1987a, 1987b dan KACHI et al, 1990). Proses pulping
organosolv lebih sedikit menimbulkan pencemaran lingkungan, jika dibandingkan
proses pulping secara konvensional. Disamping itu proses ini juga memungkinkan
pemanfaatan lignin dan hemiselulosa sebagai bahan baku produk kimia tertentu,
seperti benzen, phenol, furfural dan lain sebagainya (BOGOMOLOV dan
GROSEV, 1980).
Pemanfaatan lignin sebagai bahan baku benzene, phenol atau turunannya
yang secara teknis di laboratorium sangatlah memungkinkan, hanya secara teknis
industri dan proses pemisahannya kurang menguntungkan. Sebagai akibatnya
yang sampai saat ini tidak ada industri yang mengolah limbah menjadi produk
kimia turunannya (Nimz dan Casten, 1984).
6Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.2.1.1 Proses Pulping Alkohol dan Phenol
Dasar proses pulping ini adalah pemakaian bahan kimia berupa alkohol.
Salah satu alkohol yang dipakai adalah Ethanol, yang mana proses pulping
ethanol telah dikembangkan sejak 55 tahun yang lalu (KLEINERT dan
TAYENTAL, 1933). Selain ethanol, bahan kimia lain yang digunakan adalah
methanol. Proses pulping ini disebut proses pulping organocell dan saat ini telah
dibuat pilot proyek oleh perusahaan MD-München dengan bahan kimia methanol,
Natrium hidroksida dan sedikit katalisator Antrachinon pada temperatur 175˚C
(EDEL, et al 1984 dan EDEL, 1989). PASZNER dan CHANG (1983) telah
mengadakan penelitian pulping organosolv dengan variasi konsentrasi, methanol,
ethanol, n-propanol dan bahan tambahan berupa katalysator asam lewis serta
berbagai variasi temperatur. Katalisator yang dipakai antara lain kalsium klorida
(CaCl2), Magnesium sulfat (MgSO4), Magnesium nitrat (Mg(NO3)2). dan Kalsium
nitrat (Ca(NO3)2). Waktu pemasakan berkisar antara 20 sampai dengan 60 menit,
temperatur 196-220˚C dan konsentrasi katalisator CaCl2, atau MgCl2 0,1 mol.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa bilangan kappa sekitar 30 dan
viskositas selulosanya relatif rendah. Hasil penelitian terbaru adalah proses
pulping phenol pada temperatur 185˚C dan hasil- publikasinya disajikan pada
Tabel 2.2 (KACHI, et al, 1990). Secara umum bahwa proses pulping alcohol dan
phenol menghasilkan rendemen pulp antara 50 – 51% dan sisa lignin di dalam
pulp sangat bervariasi antara 0,8 – 8% (bilangan kappa 5,3 – 53). Untuk pengujian
yang lain seperti sifat fisika pulp, fisika dan mekanika kertasnya tidak dilakukan.
Penelitian ini masih pada tahap pendahuluan.
Selanjutnya proses pulping ini dikembangkan dengan memakai bahan
kimia campuran antara kresol, asam asetat dan air dengan campuran antara kresol
dan ethanol sebagai bahan pemasak (SAKAKIBARA, et al, 1984; ANDERS dan
SCHMIGA, 1987).
7Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 2-2. Proses Pulping Organosolv Dari Jenis Kayu Buche denganMemakai Bahan Kimia Turunan Phenol (KACHI, et al 1990)
Phenol Rendemen Viskositas
Kadar
Lignin
(%) (CP) (%)
4-Methylcatechol 43,3 8,4 0,8
Catechol 43,2 13,1 1,2
Phenol 50,9 17,1 3,8
Kresol 49,4 16,9 3,7
Ethylphenol 49,5 16,0 3,9
Syringol 49,0 11,2 4,2
Ethylenglycol 45,4 3,0 7,9
Isoeugenol 45,0 8,1 5,0
Propylphenol 44,6 3,0 7,9
Keterangan :Ketentuan Proses PulpingKonsentrasi Air di dalam Larutan = 202Rasio (kayu : larutan) = 1 : 6Temperatur = 185˚ CWaktu Pemasakan = 3,5 jam
2.2.1.2 Proses Pulping Ester
YOUNG, et al, (1987) telah mengadakan penelitian proses pulping ester.
Bahan kimia yang digunakan adalah campuran antara asam asetat, etilasetat dan
air pada temperatur 170-200˚ C dan waktu pemasakan antara 0,5 - 2 jam.
Keuntungan proses pulping ester adalah proses pengambilan bahan kimia bekas
pemasak relatif lebih mudah dan dapat dilakukan dengan cara destilasi.
Disamping itu proses isolasi ligninnya juga relatif mudah jika dibandingkan
dengan lignin kraft. Hasil penelitian rendemen dan bilangan kappa dari beberapa
jenis kayu dapat dilihat pada Tabel 2-3.
8Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 2-3. Proses Pulping Ester Dari Beberapa Jenis Kayu Dengan CampuranBahan Kimia Asam asetat-Etilesetat : Air (1 : 1), TemperaturPemasakan 170 - 200º C dan Waktu Pemasakan 0,5 – 2 jam(YOUNG, et al., 1987)
Jenis Kayu Rendemen (%) Bilangan Kappa
Aspe 55 13
Eiche 46 11
Birke 49 16
Eucalyptus 46 20
Fichte 44 29
Kiefer 42 22
2.2.1.3 Proses Pulping Organosolv Dengan Tambahan Garam
Anorganik
Proses pulping organosolv ini juga disebut proses ASAM (Alkalischer
Sulfitaufschluss mit Antraquinon und Methanol). Proses pulping ASAM
sebenarnya bukan proses organosolv murni, hal ini disebabkan bahan kimia
methanol berfungsi bukan melarutkan lignin (KORDSACHIA dan PATT, 1988;
PATT, et al, 1989 ), proses pulping organosolv murni adalah proses pulping
Acetosolv dan Organosell. Kedua proses ini telah dibuat pilot proyek di Jerman.
ketentuan proses pulping ASAM dapat dilihat pada Tabel 2-4.
9Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 2-4. Ketentuan Proses Pulping ASAM (KORDSACHIA dan PATT,1988)
Sedangkan penelitian yang lain adalah dari jenis kayu Buche, dengan ketentuanpemasakan optimal sebagai berikut (GRANZOW, 1990):Jenis kayu = BucheKonsentrasi Asam asetat = 93%Konsentrasi Asam klorida = 0,1%Waktu Pemasakan = 5 jamRasio (kayu : Iarutan) = 1 : 6Temperatur Pemasakan = 110˚C
2.2.1.5 Reaksi Komponen Kimia Kayu Pada Proses Pulping
Acetosolv
2.2.1.5.1. Reaksi Dengan Lignin
Ikatan yang paling penting pada molekul lignin adalah ikatan α- dan β-
Aryleter. Di dalam larutan asam asetat - air sebagian ikatan dapat terputuskan
rantai tersebut (ADLER, et al., 1957).
15Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
NIMZ (1981) meneliti presentase ikatan α- dan β- Aryleter dari lignin kayu
Buche. Persentase ikatan tersebut berjumlah 65%, yang mana pada proses
pulping, ikatan tersebut berpengaruh sangat besar. α-Aryleter secara umum lebih
mudah terputuskan rantainya jika dibandingkan β-Aryleter (SAKAKIBARA, et
a1., 1966; JOHANNSON dan MISCHE,1972).
Ikatan α-Aryleter di dalam air pada temperatur 100˚C dapat terputuskan
ikatannya, dimana sebagaian besar ikatan β-Aryleter sebelum terputuskan (NIMZ,
1966; LAI dan SARKANER, 1971). FREUDENBERG dan PLANKENHORN
(1942) telah mengadakan penelitian proses pulping dengan asam asetat, dimana
ikatan Aryleter telah diputuskan rantainya. PAULY (1916) mengadakan
penelitian kelarutan lignin di dalam 85% asam asetat dan 0,3% asam sulfat
sebagai katalisator. Selanjutnya, REUTULA dan SEVON (1927) mengadakan
penelitian proses pulping dengan larutan Eisessig dan asam klorida sebagai
katalisator. BRAUNS dan BUCHANEN (1945) mengadakan penelitian proses
pulping Acetosol-v dengan bahan kimia asam asetat dengan asam mineral sebagai
katalisator terhadap kelarutan lignin. FUKUZUMI, et a1., (1966) telah
mengadakan penelitian monomer lignin pada proses pulping kayu Fichte dengan
larutan asam asetat pekat dan magnesium klorida sebagai katalisator, pada
temperatur 122˚C. Dari penelitian tersebut diperoleh produk lignin seperti
Vanilloyl- metilketon, dan perubahan bentuk lignin dengan berat molekul tinggi.
WEYGAND, et a1., (1961) mengadakan penelitian tentang reaksi kimia yang
terjadi antara asam asetat dengan lignin dalam bentuk Vanilloylmetilketon
(Gambar 2-1). Melalui analisa secara spektroskopi dari lignin asam asetat
dihasilkan bentuk pemutusan ikatan β-Aryleter (NIMZ, et a1., 1985 dan
TERAZAWA, et al., 1986). ROTH (1984), mengadakan penelitian analisa
spektroskopi 13C-NMR dari lignin asam asetat dan didapatkan hasil signal pada
lingkaran aromatik lignin. Produk pemutusan rantai telah dihasilkan dan setelah
diidentifikasi ternyata menghasilkan produk vanillin, 1-(4-Hydroxy-3-
Methoxyphenyl) -2- propanon dan syringaaldehyd.
16Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
DAVIS, et al., (1987) mengadakan penelitian dari ikatan β-Arylether pada
substansi model lignin di dalam asam asetat. Ikatan β-Arylether phenolik lebih
cepat terputuskan dari pada ikatan ether bukan phenolik. Mekanisme pemutusan
rantai β- Aryleter dapat dilihat pada Gambar 2-2. (YASUDA dan ITO, 1987 ).
Gambar 2-1. Mekanisme Pembentukan Dari Vanilloyketon Dari Guajaclglycerin= β- ether Melalui Rekasi Acetolyse (WEYGAND, et al., 1961)
17Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-2. Reaksi Kimia Dari Bentuk β-0-4 Phenolik dan Bukan Phenolik Didalam Asam asetat (90% asam asetat, 180˚C) (YASUDA danITO, 1987).
Struktur phenolik Arylpropana atau ter-eterisasi Aylpropana dari lignin
pada medium asam akan terbentuk konjugasi posisi α dalam bentuk struktur
Chinonmethida, yang mana model reaksinya dapat dilihat pada gambar 2-3.
(GIERER, 1985).
18Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Struktur kimia dari organosolv lignin telah diteliti kembali beberapa ahli
seperti SCHÜTZ, 1941a, 1941b; BRAUN dan BUCHANAN, 1945; LANGE dan
, 1980). Hasil penelitian tersebut melitputi berat molekul dan struktur elemen
kimia yang berbeda-beda. Secara umum, dari hasil penelitian tersebut dapat
disimpulkan bahwa berat molekul ligninnya rendah dan gugusan phenolnya
tinggi.
Gambar 2-3. Stabilisasi Struktur Chinonmethil Melalui Proses Adisi Enolisasi
atau Nukleosasi (GIERER, 1985)
Acetylisasi
ROTH (1984) dan TSCHIRNER (1984) menemukan pada proses pulping
dari substansi model lignin kayu Buche di dalam 95% asam asetat dan 2 – 5%
Ethylenklorhydrin dengan alat spektrum 13C-NMR, tidak didapatkan ikatan α
yang kokoh karena Acetil-nya lebih kuat. Pada perubahan model substansi lignin
dengan 90% asam asetat tanpa katalysator akan mengalami acetilisasi secara
lambat (TSCHIRNER, 1984). Pada Tabel 2-7 ditunjukkan persentase jumlah
gugus acetil yang larut di dalam lignin asam asetat dari beberapa katalisator.
Beberapa katalisator seperti asam asetat klorida, magnesium klorida dan
asam klorida dapat digunakan, walaupun tujuannya belum untuk mendapatkan
pulp tetapi mengarah ke struktur lignin.
19Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 2-7. Prosentase Gugusan Asetyl Dari Lignin Asam asetat
Katalysator CH3COOH
(%)
Gugusan
Acetyl (%)/
Berat Lignin
Sumber
Cl-CH2 -COOH 80 3,4 SCHÜTZ, 1941a
Cl-CH2 –COOH 85 7,7 SCHÜTZ, 1941a
MgCl2 85 9,4 - 11,6 BRAUNS, et al., 1945
MgCl2 100 10,2
FREUDENBERG, et al.,
1942
HCl 100 14,5 - 17,8 BELL, et al., 1950
2.2.1.5.2. Reaksi Holoselulosa
Rantai selulosa dan hemiselulosa dapat terputuskan ikatan glukosidiknya
pada medium asam melalui pemutusan hidrolitik. Mekanisme reaksi kimia secara
hydrolisa asam disajikan pada Gambar 2-4 (FENGEL dan WEGENER, 1984).
Melalui reaksi kimia secara hydrolisa akan terjadi penurunan derajat polimerisasi
selulosa. Dengan penurunan derajat polimerisasi selulosa, maka sifat kekuatan
kertas juga akan mengalami penurunan, khususnya kekuatan lipat (RYDHOLM,
1965). Selain itu, juga terjadi reaksi yang lain seperti perubahan bentuk selulosa
dan hemiselulosa menjadi gula sederhana. Sebagai contoh, xilan kurang begitu
stabil jika dibandingkan selulosa, hal ini disebabkan atom C-5 pada pentosa
mengandung gugusan hydroxyl dan heksosa yang juga bisa berubah menjadi
hydroxymethyl (SZETLI, 1976).
PAULY, (1934), DUFF, (1957) dan MALM, et al., (1966) menemukan
bahwa selulosa hampir-hampir tidak rusak kalau bereaksi dengan asam asetat,
melainkan hanya sedikit saja yang terlarut. Sebagai contoh, pada pulp putih yang
dimasak selama 40 jam dengan 85 % asam asetat dan 0,3 % asam sulfat, kurang
lebih hanya sekitar 2% pulp tersebut yang larut. Reaksi kimia hemiselulosa
20Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
tergantung struktur dasar gulanya. Ikatan glukosidik antara galaktosa, arabinosa,
xylan akan lebih mudah terputuskan rantainya dari polimer glukosa dan mannosa.
Asam 4-0-Methylglukorono pada ikatan sampingnya relatif lebih stabil jika
dibandingkan ikatan xylosa (ROY dan TIMELL, 1968). Pada proses pulping
ASAM, glukomannan lebih stabil jika dibandingkan xylan. Selulosa relatif lebih
stabil daripada hemiselulosa, namun secara perlahan-lahan rantai selulosa juga
dapat terputuskan. Kelarutan hemiselulosa yang lebih besar ini disebabkan
struktur hemiselulosa yang bersifat amorphus (IMMERGUT, 1975).
Gambar 2-4. Mekanisme Reaksi Hydrosa Asam Pada Ikatan Glukosidik(FENGEL dan WEGENER, 1983).
Reaksi Pada Gugusan Hydroxyl
Melalui reaksi hydratasi pentosan akan berubah bentuk menjadi furfural.
Selain itu heksosa akan berubah bentuk menjadi furfural. Selain itu heksosa akan
berubah bentuk menjadi Hydroxymethylfurfural, asam Lavulin, serta asam
formiat. Disamping produk tersebut diatas, juga terbentuk produk lain/ produk
kondensasi (SZEJTLI, 1976). Pembentukan produk ini sangat dipengaruhi oleh
beberapa faktor/ketentuan reaksi, khususnya aktifitas proton, temperatur,
katalisator dan konsentrasi larutan (PAULY, 1943). Pada reaksi kimia ini bukan
21Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
saja karbohidrat yang mengalami asetilisasi, akan tetapi lignin juga mengalami hal
serupa. DUFF (1957) telah mengadakan penelitian dengan cara memberikan
perlakuan selulosa dengan 50% asam asetat selama 24 jam pada temperatur
100˚C. Dari hasil reaksi ini diperoleh persentase gugusan asetil 0,8%. Reaksi
asetilisasi karbohidrat tergantung dari konsentrasi asam asetat, (Tabel 2-8).
Tabel 2-8. Rendemen Monoasetat Dari Monomer Gula Yang Berbeda SetelahPerlakuan Pemasakan Pada Temperatur 100˚C Selama 24 Jam Didalam Asam asetat (DUFF,1957).
Konsentrasi 20
(%)
40
(%)
60
(%)
80
(%)
90
(%)
100
(%)
Acetylglukosa (%) 17,8 38,0 50,4 91 172 172
Acetylgalaktosa (%) 6,7 13,8 26,4 61 - 94
Acetylxylosa (%) 4,5 14,5 28,0 64 - 180
AIKEN (1843), BLETZINGER (1943), DUFF (1957), HERDLE dan GRIGS
(1965), FAHMI dan EL-KALYOUBI (1970) mengadakan penelitian persial
asetilisasi pulp di dalam asam asetat. Dalam hal ini dapat di simpulkan, bahwa
sifat kekuatan kertas dari pulp tersebut akan lebih baik 2 - 6% dari pada pulp yang
tidak mengalami asetilisasi. Sifat kekuatan kertas akan menurun secara drastis,
apabila prosentase gugusan asetil lebih besar dari 10% (Tabel 2-9).
Tabel 2-9. Sifat Kekuatan Kertas Dari Pulp Yang Telah MengalamiAsetilisasi (AIKEN, 1943).
Prosentase Kekuatan tarik Kekuatan jebol
Faktor Tear
Gugus Asetil LLb/ Sq in/ 100Lb
LLb/
Sq in/ 100Lb
(%) a b a b a b
0,00 11,09 41,91 32,7 155,7 2,482 0,988
2,61 12,16 41,95 37,8 173,9 2,821 0,989
4,05 11,80 44,87 43,5 173,9 3,007 1,000
22Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
6,75 11,33 51,69 33,0 169,3 3,624 1,089
7,95 8,94 51,67 23,8 161,9 2,101 1,038
12,98 5,60 42,20 13,7 148,6 1,395 1,168
15,37 4,89 30,57 13,3 95,8 1,137 1,165
18,97 4,50 16,23 9,8 35,2 0,971 0,907
23,60 - - 0,0 7,3 0,586 0,269
Keterangan :a. Pulp tidak diputihkan
b. Pulp diputihkan
2.2.1.5.3. Reaksi Dengan Zat Ekstraktif
Reaksi kimia yang terjadi, khususnya zat ekstraktif sudah dikenal, bahwa
asam asetat merupakan pelarut yang sangat baik untuk melarutkan zat ekstraktif
bentuk phenolik dan alipatik. SCHÜTZ dan KNACKSTEDT (1942) telah
menemukan pada proses pulping asam asetat dan 0,25 asam klorida sebagai
katalisator dari kayu Buche. Hasil penelitiannya menunjukkan, bahwa sebagian
kandungan mineral dari kayu mengalami reaksi netralisasi. Reaksi netralisasi
dapat ditemukan dalam bentuk ion klorida dengna kayu dan membentuk kation
mineral/ logam. Kation anorganik mengalami reaksi asosiasi dalam bentuk ikatan
organik atau anion anorganik radikal bebas. Reaksi kimia yang terjadi dengan
ikatan asam tersebut secara umum ditunjukkan pada model reaksi sebagai berikut
(SPRINGER dan HARRIS, 1985). Kapasitas reaksi netralisasi dan nilai pks
asam terisolisasi, yang mana efek netralisasi akan meningkat apabila nilai asiditas
dan nilai pks juga lebih besar.
Kayu – COO- – M+ + H+ Kayu – COO-H+ – M+
C
H3
C
O
O
H
23Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.3 Pemutihan Pulp
2.3.1 Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon
2.3.1.1 Struktur Dan Sifat Gas Ozon
Molekul gas ozon dapat membentuk 4 mesomer struktur batas (gambar 2-5)
Gambar 2-5. Struktur Molekul Gas Ozon (SINGH, 1985)
Karakter dipo dari struktur ozon memungkinkan membentuk suatu
molekul ozon sebagai elektrophil dan juga sebagai nukleophil.
Oksidasi potensial yang dihasilkan sebesar 2,07 V pada medium asam dan 3,03 V
pada medium Flor. Gas ozon dapat mengoksidasi semua ikatan rangkap pada
semua gugusan aliphatik dan aromatik. Gas ozon merupakan gas yang tidak stabil
dan dapat berubah secara perlahan-lahan pada temperatur ruangan dan tekanan
atmosphere (Gambar 2-6).
Proses pemutihan pulp sangat dipengaruhi oleh konsistensi dan perubahan
larutan. Sebagai contoh, kelarutan gas ozon didalam air kurang lebih 1 g/ l
sedangkan di dalam tetraklor metana sebesar 6,75 g/ l (CRIEGEE, 1975).
Perbandingan kelarutan gas ozon di dalam asam asetat asam propionat
dicantumkan pada tabel 2-10.
24Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 2-10. Kelarutan Gas Ozon Dan Asam propionat (ALEKSANDROU, etal., 1981)
Konsentrasi Asam asetat Asam propionat
(mol %) L1 L1
100 1,83 1,95
95 1,56
90 1,28
80 0,89
60 0,56
50 0,32
30 0,24
0 0,20 0,26
KeteranganL1) = Koefisien aswald adalah volume absorpsi gas ozon dibagi volume aborsi
cairan.
Selektivitas gas ozon akan lebih tinggi apabila dilarutkan di dalam asam
asetat, jika dibandingkan dengan air. Reaksi gas ozon dengan air akan membentuk
radikal OH˚, sehingga di dalam asam asetat terjadi tekanan (PAN, et al., 1981;
NIKI, et al., 1983; NIMZ et al., 1989). Reaksi gas ozon dengan asam asetat lebih
efektif membentuk radikal sehingga gugusan karbonyl pada rantai selulosa akan
lebih stabil (WALLING dan TALIAWI, 1973). Sehingga, kelarutan gas ozon di
dalam asam asetat 10 kali lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan di
dalam air (WARTENBERG dan PODJASKI, 1925). PAN, et al., (1987)
menjelaskan bahwa kerusakan gas ozon di dalam larutan terjadi melalui
penambahan asam asetat. Dengan penambahan asam asetat (10 ppm) saja, dalam
waktu satu jam akan meningkatkan konsentrasi gas ozon dua kali lipat jika
dibandingkan di dalam air (WALTER dan SCHERMAN, 1976).
25Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
a.
b. O3 + HOH 2HOo + O2
O3 + H2O2 HO0 + HOO0 + O2
O3 + HOO0 2O2 + HO0
O3 + HO0 O2 + HOO0
Gambar 2-6. a). Reaksi Ionisasi dan Oksidasi Radikal Pada Pemutihan Pulpb). Reaksi Redok Dengan Intisasi Ozon dan Propagasi Dari
Reaksi Radikal (GRATZL, 1987).
Keuntungan pemutihan pulp dengan gas ozon di dalm air (SOTELAND,1984):
a. Batas pemutih yang baik
b. Waktu reaksi pendek
c. Temperatur pemutihan rendah, dan tanpa tekanan
d. Tidak terjadi pencemaran lingkungan
Kerugian pemutihan dengan gas ozon :a. Kerusakan karbohydrat di dalam pelarut air relatif lebih besar, akan
tetapi dapat diatasi dengan pelarut Asam asetat.b. Biaya produksi untuk pembuatan generator ozon relatif mahal.c. Kulit dan sisa kayu yang tidak termasak menyebabkan derajat putih
kertas menurun.
H-
, R+,
Me
HO+, HOO-,
O2, H2O2 Me
26Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.3.1.2 Ketentuan Pemutihan dan Hasil Penelitian
Gas ozon sebenarnya sudah sering digunakan sebagai bahan pemutih pulp,
khususnya untuk pemutihan pendahuluan. Berdasarkan hal tersebut, saat sekarang
telah dipersiapkan beberapa pilot proyek seperti di Kanada, Amerika Serikat,
Norwegia, Perancis, Finlandia, Jerman dan Austria (LIEBERGOTT dan VAN
LIERROF, 1978, 1981; SING, 1981; LINDQUITS dan MARKLUND, 1992;
PATT, et al., 19841, 1984b). Pemutihan pulp dengan gas ozon sebenarnya
memberikan hasil yang baik, akan tetapi untuk skala industri belum dapat
direalisasikan. Dalam hal ini, faktor kendalanya adalah biaya pembuatan generator
gas ozon cukup mahal dan belum bisa terealisasi pada skala besar. Beberapa
penelitian dari kelompok peneliti juga telah dilakukan secara intensif. Faktor
yang penting didalam pemutihan pulp dengan gas ozon antara lain konsentrasi gas
ozon, bilangan kappa awal, temperatur, konsistensi dan pH (OSAWA dan
SCHRŰCH, 1963; LIEBERGOTT, et al., 1978, 1981, 1989; SOTELAND,
1971,1974,1977, 1984; ROTHENBERG, ROBENSON dan
JONHSONBAUGH, 1975; ALLISON, 1985; LORAS dan SOTELAN, 1982;
LINDQUIST, et al., dan ECKERT, 1984; BLOMBERG dan
WARTIOVAARA, 1986, LINDHOLM, 1987a, 1987b, 1988; PERKINS dan
SCHLEINKOFER, 1988; BERG, 1989; NIMZ, et al., 1989 dan GRANZOW,
1990).
Pengaruh Konsistensi
Pemutihan pulp dengan gas ozon yang paling optimal adalah pada
konsistensi antara 30 – 40 %. Sehubungan dengan hal ini, terdapat hasil
penelitian, tentang nilai optimalnya seperti tercantum pada tabel 2-11. Konsistensi
antara 30 – 50 % adalah paling ideal, karena pulp akan dapat dipisahkan menjadi
serat-serat yang teruarai. Namun demikian, pada konsistensi yang lebih rendah,
sebenarnya gas ozon juga dapat menembus dinding sel serat, akan tetapi tidak
optimal. Pada nilai konsistensi yang lebih besar dari 50 % juga tidak baik, karena
proses difusinya akan terganggu (LINDHOLM, 1987a). Publikasi tentang
27Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
masalah pemutihan pulp dengan gas ozon pada medium asam asetat hanya sedikit
yang tersedia, namun ada beberapa peneliti yang membahasnya antara lain
NIMZ, et al., (1989), BERG (1989) dan GRANZOW (1990). Pemutihan ini
dapat berjalan dengan baik, apabila konsistensi pulpnya cukup tinggi. Namun
demikian, hasil penelitian tersebut belum mendapatkan nilai yang optimal. Selain
asam asetat yang dipergunakan sebagai medium, telah diteliti pula bahan organik
yang lain, seperti Aseton pada pemutihan pulp dengan gas ozon (RAPSON,
1956).
Tabel 2-11. Konsistensi Yang Optimal Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon
Konsistensi Sumber
Kurang lebih 35 KORDSACHIA, 1984
30 - 40 LINDHOLM, 1987a
> 30 PATT, et al., 1988
35 HAMMAN, 1989
35 - 40 BERG, 1989 dan GRANZOW, 1990
Pengaruh pH
Pemutihan pulp dengan gas ozon yang paling baik adalah pada suasana
asam dengan pH 2 - 3, sedangkan untuk pH yang > 4 kurang efektif lagi
(LINDHOLM, 1987b). Pemutihan pulp dengan gas ozon yang paling efektif
yaitu dengan cara memberi perlakuan pulp dalam suasana asam seperti asam
formiat, asam sulfat, dan sulfur dioksida (KASSEBI, et aI., 1982; PATT, et al.,
1984a; LACHENAL dan BOKSTRÖM, 1985; LINDHOLM, 1987a).
MBACHU dan MANLEY (1981) menje1askan bahwa pemutihan pulp dengan
gas ozon pada medium asam asetat (45%), asam formiat (45%) atau asam sulfat
(pH = 2) akan lebih selektif jika dibandingkan di dalam medium air dengan pH 5 -
6. BERG (1989) telah mengadakan penelitian proses pulping dengan metoda
Acetosolv dari kayu Kiefer dengan nilai bilangan kappa awal 22,2, konsistensi
28Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
30%, temperatur 20˚C, konsistensi asam asetat sebagai medium 93% dan
konsentrasi gas ozon 1,9% yang menghasilkan nilai bilangan kappa 4,2 dan
derajat putih kertas 30% ISO. Penelitian yang lain untuk pulp kraft dengan nilai
bilangan kappa 28,8 konsistensi 47%, temperatur 22˚C, pH 5 - 6 hanya
memperoleh penurunan bilangan kappa dari 28,8 menjadi 16,5 dan derajat putih
kertas meningkat dari 25,4% ISO menjadi 34,6% ISO. Dengan perubahan pH 2
akan dihasilkan bilangan kappa 11,0 dan derajat putih kertas 41,0% ISO.
sedangkan di dalam medium asam asetat pH 2 akan didapat bilangan kappa 8,9
dan derajat putih kertas 43,1% ISO.
Pengaruh Temperatur
Temperatur sangat menentukan pada pemutihan pulp dengan gas ozon.
Pada temperatur yang tinggi akan didapat hasil pemutihan pulp yang kurang
memuaskan, karena akan terjadi perubahan struktur molekul gas ozon dan sebagai
akibatnya proses delignifikasi lignin akan terganggu. Selain itu, akan terjadi
kerusakan selulosa cukup besar (PATT, et al., 1988). Hasil yang paling optimal
dari pemutihan pulp dapat diperoleh pada temperatur antara 20 – 25˚C
(LIEBERGOTT dan VAN LIEROP, 1987; SINGH, 1982; KORDSACHIA,
1984, ALLISON, 1985 dan NIMZ, et al,, 1989).
Pengaruh Konsentrasi Gas Ozon
Konsentrasi gas ozon juga sangat berpengaruh di dalam proses pemutihan
pulp. semakin besar konsentrasi gas ozon, maka bilangan kappa, rendemen dan
nilai derajat polimerisasi selulosa akan menurun, tetapi nilai derajat putih kertas
makin tinggi (KORDSACHIA, 1984, PATT, et al., 1988; HAMMANN, 1989;
BERG, 1989; NIMZ, et al., 1990). Pengaruh konsentrasi gas ozon terhadap
penurunan bilangan kappa dari pulp Acetosolv (kayu Buche dan Kiefer ) dapat
dilihat pada Gambar 2-6a.
Derajat delignifikasi lignin bukan hanya dipengaruhi oleh konsentrasi gas
ozon, akan tetapi juga dipengaruhi oleh nilai billangan kappa awal dan metoda
proses pulpingnya. Pemutihan dengan menggunakan gas ini juga bisa dilakukan
29Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
pada pemutihan yang kedua, setelah pemutihan dengan gas oksigen pada medium
alkali (ROTHENBERG, et al., 1975; GUPTA dan ECKERT , 1984; STEVEN
dan SINGH, 1984; LINDHOLM, 1988). Pada pulp ASAM dapat dicapai derajat
putih kertas sampai 84,5% ISO dan derajat polimerisasi selulosa 336 B dengan
konsentrasi gas ozon 1%. Konsentrasi gas ozon yang lebih besar dari 1% untuk
pulp asam hasilnya tidak baik, karena akan terjadi kerusakan selulosa yang cukup
drastis sehingga penambahan nilai derajat putih kertasnya tidak besar (PATT, et
al.,1988). Sebaliknya pada pulp AcetosoLv kayu Buche dan Kiefer, pemberian
konsentrasi gas ozon yang lebih besar dari 1% tidak merusak selulosa (BERG,
1985; NIMZ, et al., 1989 dan GRANZOW, 1990).
Gambar 2-6a. Perubahan Nilai Bilangan Kappa Pada Pemutihan Pulp
Dengan Gas Ozon (BERG, 1989 dan GRANZOW, 1990)
30Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.3.1.3 Reaksi Kimia Gas Ozon Dengan Lignin Dan Karbohidrat
Beberapa hasil penelitian tentang reaksi kimia antara gas ozon dengan
lignin dan karbohidrat telah dipublikasikan. Hasil-hasil penelitian tersebut telah
dihimpun dan diringkas secara keseluruhan khususnya tentang model reaksi
tersebut oleh SOTELAND (1971, KANEKO, et al., (1973), SINGH, (1981),
GIERER (1986) dan GRATZL (1987).
Reaksi Kimia Dengan Lignin
Reaksi kimia yang terjadi antara gas ozon dengan lignin adalah perubahan
bentuk ikatan rangkap pada rantai aromatik dan olifin. Ikatan antara elektron pada
rantai lignin dapat mengalami subtitusi seperti kerusakan gugusan Alkoksi, dan
Alkil, yang mana ikatan rangkap pada rantai lignin lebih mudah diputuskan
rantainya. Model reaksi kimia antara lignin dengan gas ozon dapat dilihat pada
Gambar 2 - 7 dan 2 - 8 (GIERER, 1986).
1, 2, 3 Trioxalena dapat diputuskan rantainya secara hydrolitik dalam
bentuk epoxida atau dapat mengalami reagiritasi menurut mekanisme CRIEGEE
di bawah rekombinasi menjadi ozianida (1, 2 ,4 Trioxalane). Reaksi yang terakhir
dari gugus carbonyl dan carboksil menghasilkan fragmen-fragmen. BALAUSEK,
et al., (198l) KANEKO, et al., (1983) dan GIERER (1986) menjelaskan ikatan β-
Arylether dapat terputuskan ikatan Alkyl-AklyI atau A1kyl-Ether serta reaksi
oksidasi gugusan aldehyd. Reaksi yang mungkin terjadi pada bagian Aryl yaitu
reaksi hidrolisa pada ikatan β-0-4 seperti tercantum pada gambar 2-7 bagian 1b
dan 2a. Selain reaksi tersebut, pada gugusan OH ether phenolik dapat mengalami
demetilisasi.
31Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-7. Reaksi Gas Ozon Dengan Struktur Aromatik Lignin (GIERER,1986)
Gambar 2-8. Reaksi Gas Ozon Dengan Struktur Aliphatik Lignin (GIERER,1986)
32Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Reaksi Kimia Antara Gas Ozon Dengan Karbohidrat
Selain reaksi kimia antara lignin dengan gas ozon pada proses pemutihan
pulp, juga terjadi reaksi kimia antara gas ozon dengan karbohidrat (dalam bentuk
selulosa dan hemiselulosa). Reaksi kimia yang terjadi adalah mekanisme reaksi
ionik dan radikal (PAN, et al., 1981; GODSAY dan PEARCE, 1984;
ERIKSSON dan GIERER, 1985). KATAI dan SCHUERCH (1966) dan PAN,
et al., (1981) telah menemukan model glukosida, yaitu ikatan glukosidik pada fase
permulaan pernutihan yang mengalami reaksi ionisasi yang mengakibatkan
terjadinya pemutusan rantai. Kerusakan ozon di temukan pada atom oksigen asetal
atau pada ikatan C-H atau Cl. Reaksi ini biasanya terjadi setelah reaksi yang
kedua (Gambar 2-9). Selain reaksi ionik pada karbohidrat, maka terjadi pula
reaksi secara radikal pada rantai-rantai karbohidrat. Pemutusan ikatan glukosidik
terjadi secara langsung dengan gas ozon melalui fungsi asetal dan autoksidasi
melalui tingkatan reaksi yang kedua secara radikalis (KORDSCHIA, 1984). Pada
reaksi pembentukan dinyatakan bahwa produksi ozonisasi tidak stabil. Dengan
peningkatan reaksi akan terjadi kerusakan secara drastis pada hemiselulosa dan
selu1osa dari pulp melalui radikal hidroksil pada ikatan C-H polisakarida (PAN,
et a1., 1981). Dari reaksi kimia ini diperoleh produksi radikal sampingan, yaitu
terjadinya reaksi antara rantai di bawah pengaruh gas oksigen. Hasil reaksi
oksidasi ini membentuk struktur Hydroperoxid-, Karbonil-, Karboksil- dan Lakton
(KATAI dan SCHUERCH, 1966).
Untuk mengatasi kerusakan selulosa dan hemiselulosa sebenarnya dapat
diberi tambahan bahan aditif. Beberapa bahan kimia yang dapat digunakan antara
lain pemakaian asam organik pada konsentrasi tinggi di dalam pemutihan pulp
dengan gas ozon (KAMISHIMA, et aI., 1982, 1984). MBACHU dan MANLEY
(1981) telah menemukan bahwa asam asetat merupakan salah satu bahan kimia
yang dapat menekan kerusakan selulosa dan menambah selektivitas pada
pemutihan pulp dengan menggunakan gas ozon.
33Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-9. Reaksi Ionik Antara Gas Ozon Dengan Karbohidrat (PAN et al.,
1981).
2.3.2 Pemutihan Pulp Dengan Gas Nirogen dioxida
HEUSER, et al., (1944) dan CLARKE (1944) telah mengadakan
penelitian delignifikasi dari pulp dengan gas ozon Nitrogen dioksida pada
temperatur 90˚ C dan waktu reaksi yang berbeda-beda. Selanjutnya, Pulp tersebut
diputihkan dengan Natrium hidroksida dan hypoklorida. Pemutihan pulp dengan
gas Nitrogen dioksida telah diteliti secara intensif di Swedia oleh YETHON sejak
tahun 1978 dan SAMUELSON, et. a1, sejak tahun 1982.
Arabinose
binose
34Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.3.2.1 Struktur Dan Sifat Gas Nitrogen dioxida
Gas Nitrogen dioksida terdiri atas dimer dan dinitrogen tetraoksida dalam keadaan
setimbang.
2NO2 N2O4 (berbentuk gas ) ∆H = - 57,2 kj/Mol
2NO2 N2O4 (berbentuk cairan) ∆H = + 85,9 kj/Mol
Struktur kimia Nitrogen dioksida dapat dituliskan menjadi 4 bentuk struktur
resonansi, sedangkan dinitrogentetraoksida dapat dituliskan dalam bentuk Planer
(ULRICHS, 1981).
Gambar 2-10. Model Struktur Dari Gas Nitrogen dioxida Dari
Dinitrogentetraoxida.
Nitrogen dioksida dapat membentuk asam nitrat di dalam air dan bentuk
ikatan yang lain, seperti asam nitrit dan nitrogen monooksida, seperti ditunjukkan
dalam sistematika dibawah ini.
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
HNO3 HNO3 + 2NO + H2O
2NO + O2 2NO2
Gas Nitrogen dioksida dapat mengalami oksidasi pada temperatur 100˚C
dan menjadi Nitrogen oksida. Dari Nitrogen dioksida dapat digunakan sebagai
bahan pemutih dan mampu memutuskan rantai lignin (BRINK, 1978). Radikal
35Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
NO2 bersifat elektrophile kuat Ion- Nitronium (NO2+), yang mana ion ini dapat
memutuskan rantai lignin.
2HNO3 H2NO3+ + NO3
-
2H2NO3+ H2O + NO2
+
2NO + 3HNO3 NO2+ + NO+ + H3O+ + 3NO2
-
2.3.2.2 Ketentuan Pemutihan Pulp Dengan Nitrogen dioxida dan
Hasil Penelitian.
Pemutihan pulp dengan gas Nitrogen dioksida sebagai bahan pengikat atau
penghancur lignin telah lama dikenal, namun penelitian yang mendalam tentang
hal tersebut masih sedikit sekali. Pertimbangan pemakaian gas Nitrogen dioksida
sebagai bahan pemutih adalah harganya relatif murah dan sangat efisien
(CLARKE, 1944). Faktor yang penting di dalam pemutihan pulp dengan gas
Nitrogen dioxida antara lain adalah bilangan kappa awal, temperatur, konsistensi
dan waktu reaksi (KORDSACHIA, 1984). Pemutihan pulp dengan gas Nitrogen
dioksida dari pulp Acetosolv kayu Kiefer di dalam media asam asetat 93% telah
dilakukan oleh BERG (1989). Hasil yang diperoleh adalah diketahuinya ketentuan
pemutihan seperti tercantum pada Tabel 2-12.
Tabel 2-12. Ketentuan Pemutihan Pulp Acetosolv Dengan Gas Nitrogendioxida Dari Jenis Kayu Kiefer (BERG, 1989).
36Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Hasil Pemutihan
Sejak tahun 1944, CLARKE telah merintis yaitu pemanfaatan gas
Nitrogen dioksida sebagai bahan delignifikasi lignin dari pulp. Penggunaan gas
Nitrogen dioksida mempunyai keuntungan yaitu harganya lebih murah jika
dibandingkan klor, namun secara teknik industri masih sulit diterapkan. Hal ini
disebabkan sifat gas Nitrogen dioksida pada temperatur di atas nol derajat
berbentuk uap. SAMUELSON dan kelompok kerjanya sejak tahun 1982 telah
menerbitkan lebih dari 30 publikasi. pemutihan dengan gas Nitrogen dioxida
dapat diterapkan pada fase kedua setelah pemutihan dengan oksigen pada media
alkali. Tujuan pemutihan dengan gas Nitrogen dioksida bukan delignifikasi tetapi
modifikasi kimia lignin. KORDSACHIA (1984) telah mengadakan penelitian
pulp dengan gas Nitrogen dioksida dari pulp sulfat kayu daun jarum. Dari hasil
penelitian tersebut diperoleh penurunan bilangan kappa dari 31 menjadi 6,
rendemennya menurun menjadi 93% dan perubahan nilai viskositasnya tidak
terlalu besar. Namun penelitian pemutihan pulp dengan gas Nitrogen dioksida di
dalam medium asam asetat belum banyak. Dari dasar ini, BERG (1989) nencoba
pemutihan pulp dengan menggunakan gas Nitrogen dioksida pada medium asam
asetat, dan dengan pertimbangan ekonomis proses pulpingnya juga menggunakan
asam asetat. Dari hasil penelitian tersebut dapat dibedakan konsentrasi gas
Nitrogen dioksida dan faktor lainnya dari pulp Acetosolv kayu Kiefer. Nilai
bilangan kappa akan menurun jika konsentrasi gas Nitrogen dioksida
ditingkatkan. Pada konsentrasi gas Nitrogen dioksida antara 6 – 8% tidak
menunjukkan perbedaan yang besar terhadap penurunan bilangan kappa. Sifat
kekuatan kertas pada nilai derajat giling 30˚SR diperoleh kekuatan tarik yang
berkisar antara 8,790 – 9,370 km, kekuatan jebol berkisar antara 61,6 – 69,6 m2
dan kekuatan sobek 60,6 - 77,5 cN.
37Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
2.3.2.3 Reaksi Kimia Antara Gas Nitrogen dioxida Dengan Lignin
dan Karbohidrat.
Reaksi Dengan Lignin
Reaksi kimia antara lignin dengan gas Nitrogen dioksida secara detil telah
diteliti, dimana model reaksi kimia tersebut diketahui sangat komplek
(KORDSACHIA, 1984). Reaksi kimia yang terjadi antara lain adalah reaksi
substitusi dan oksidasi. Reaksi yang terjadi adalah nitrasi pada lingkaran aromatik
melalui kerusakan secara radikal dan ionik. Tipe model reaksi radikalis gas
Nitrogen dioksida adalah ion Nitronium dan Nitrosonium (Gambar 2-11).
Pada reaksi substitusi ditemukan pemutusan bentuk eter guaiacyl atom C-6
dan pada struktur phenolik atom C-5 dan C-1 ikatan samping. Pada atom C-2 dan
C-6 dari bentuk syringlaldehid dapat mengalami aktivasi. Ikatan samping dapat
terputus menjadi bentuk struktur Benzylalkohol dan gugus hydroksil bebas atau
eter mengalami oksidasi menjadi gugusan aldehid. Atom C-3 dimasuki gugusan
nitro atau hidroksil dan atom C-4 dapat mengalami pemutusan hidrolitik atau
oksidasi menjadi struktur ortho dan pera-chinon, seperti yang tercantum pada
Gambar 2-12 (KORDSACHIA, 1984).
Gambar 2-11a.Nitrasi Lingkaran Aromatik (KORDSACHIA, 1984)
38Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-11b. Pemutusan Rantai Samping Melalui Ion Nitronium(KORDSACHIA, 1984)
Gambar 2-11c. Reaksi Metilisasi Melalui Ion Nitronium (KORDSACHIA,1984)
Gambar 2-11d. Reaksi Nitrasi Melalui Radikal NO2˚ (KORDSACHIA, 1984)
39Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-12. Reaksi Oksidasi Dari Struktur Lignin Melalui Ion Nitronium(KORDSACHIA, 1984).
Reaksi Dengan Karbohidrat
Gas Nitrogen dioksida juga seperti Nitrogen dioksida/air yang mempunyai
kemampuan untuk memutuskan gugusan hirolxil pada rantai selulosa. Reaksi
kimia antara gas Nitrogen dioksida dengan karbohidrat tergantung gugusan
holoselulosa, temperatur, waktu reaksi, pH, kristalitas, konfigurasi selulosa dan
konformasi selulosa (ANDERSSON dan SAMUELSON, 1983, 1985;
SAMUELSON, et al., 1985). Gugusan a1kohol sekunder pada karbohidrat dapat
mengalami oksidasi dan membentuk model ikatan 2,3 Dialdehid, 2,3 Dikarboxil
dan 2,3 Diketon (NEVELL, 1985). Molekul selulosa yang reaktif adalah gugusan
alkohol primer dan sekunder pada ikatan anhidroglukosa.
Pada Ikatan β-glukosidik, oksigen asetat dan daerah rantai terakhir bentuk
aldehid dapat terputus rantainya. Reaksi yang terjadi antara gugusan OH primer
dan gas Nitrogen dioksida adalah reaksi oksidasi (YACKEL dan KEYON, 1942;
MC GEE, et al., 1947, 1948; MAURER dan REIFF, 1943). Melalui reaksi
40Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
oksidasi ini, gugusan methylol dapat berubah bentuk menjadi gugusan karboksil
dan selanjutnya dapat membentuk ikatan polisakarida, yang merupakan rantai
asam anhidroglukuron (GOEL, 1967). Bagian yang lain yaitu gugusan alkohol
sekunder juga dapat mengalami oksidasi (ASSARSSON dan THEANDER,
1964). Reaksi selanjutnya adalah reaksi oksidasi reduksi gugusan akhir dan
membentuk asam aldon serta pemutusan ikatan glukosidik pada temperatur di atas
60˚C dan konsentrasi gas Nitrogen dioksida yang tinggi (GATZL, 1987).
Gambar 2-13. Reaksi Oksidasi Pada Ikatan Anhydro Glukosa (NEVELL, 1985)
2.3.3 Pemutihan Dengan Asam Peressig
2.3.3.1 Struktur dan Sifat Asam Peressig
Asam peressig di dalam sistem reaksi bolak balik dapat membentuk asam
asetat dan hidrogen peroksida dalam suasana asam. Pembuatan asam peressig
dapat dilakukan secara langsung, yaitu dengan cara mereaksikan asam asetat dan
hidrogen peroksida yang diberi tambahan asam sulfat pekat (SWERN, 1970).
41Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Di dalam media asam asetat akan terbentuk asam peressig, hidrogen peroksida
dan ion Hydroxonium (HO+) (JOHNSON, 1980 dan GIERER, 1986). Hal yang
lain adalah adanya dugaan bahwa asam peressig juga dapat membentuk ion
asetonium (CH3CO+) dalam jumlah kecil, dimana ion tersebut sangat berpengaruh
di dalam proses oksidasi (LAI dan SARKANEN, 1968). Pada medium netral
(CH3CO-) dan alkali, asam peressig dapat membentuk Anion-peroksiacetat
(GIERER, 1986). Di dalam kondisi basa kuat akan mengalami perubahan dengan
cepat dan kehilangan oksigen aktif. Perubahan tersebut tergantung beberapa faktor
yang antara lain adalah pH, temperatur, kadar ion logam dan konsentrasi asam
peressig. pada temperatur 13˚C asam peressig murni atau asam peressig pekat
relatif stabil, akan tetapi jika dipanaskan akan mudah rneledak (SWERN, 1970).
2.3.3.2 Ketentuan Pemutihan dan Hasil penelitian
Asam peressig digunakan bukan hanya untuk pemutihan pulp, melainkan
juga digunakan di dalam proses pulping. Pemutihan pulp dengan asam peressig
dapat dilakukan untuk semua jenis pulp, yang artinya pulp dapat dihasilkan dari
metoda yang berbeda. Sebagai contoh, pulp TMP, sulfat, sulfit, Acetosolv dan
Lain sebagainya (Tabel 2-13).
Tabel 2-13. Ketentuan Pemutihan Pulp Dengan Asam peressig
Bahan Yang
Diteliti
pH Awal Temperatur
(⁰C)
Waktu
(Jam)
Sumber
Kayu Asam Lemah 70 4 POLJAK, 1984
Kayu Netral 70 2 LEOPOLD, 1961
TMP 7,5 70 2 STEVENS et al., 1966
TMP 7,5 40 2 WAYMAN et al., 1965
TMP 7,5 26 2 MC. DONOUG, 1972
Pulp Kraft 4,0 90 1 OKUBO et al., 1977
Pulp Sulfit 4,0 90 0,5-1 OKUBO et al., 1977
Pulp Acetosolv Asam 70 2-6 BERG, 1989
Pulp Acetosolv Asam 70 6 GRANZOW, 1990
42Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tujuan pemutihan pulp dengan asam peressig adalah delignifikasi dan
peningkatan nilai derajat putih kertas pada media asam atau netral sampai alkali
lemah/ basa lemah. Banyak publikasi yang membahas pemutihan pulp dengan
asam peressig, namun tidak diperoleh ketentuan yang tetap mengenai pH dan
waktu reaksi yang optimal. Berdasarkan hal tersebut di atas, maka BAILAY dan
DANCE (1966) mengadakan penelitian berbagai faktor yang mempengaruhi
pemutihan pulp terhadap pulp yang dihasilkan. Hal serupa juga dilakukan oleh
RAPSON pada tahun sebelumnya yaitu, pada tahun 1965. Dari hasil penelitian
tersebut diperoleh nilai optimal untuk sementara yaitu konsistensi 3 – 6 %,
temperatur 50 - 85˚ C, dan pH dibawah 3.
Dari ketentuan tersebut di atas, maka penurunan bilangan kappanya relatif
besar dan terjadi penurunan nilai viskositas. Kenaikan pH dari 3 menjadi 4 - 9
hanya sedikit menurunkan bilangan kappa dan nilai viskositas se1ulosa.
TANIGUCHI dan OGIYAMA (1971) dan ABAU-STATE, et a1., (1987)
menjelaskan bahwa kenaikan pH akan merusak rantai selulosa dan sebagai
akibatnya akan terjadi penurunan nilai viskositas selulosa. CHRISTIANSEN, et
a1., (1966) mengadakan penelitian pemutihan pulp dengan menggunakan asam
peressig pada media netral dan pemutihan tingkat akhir dengan tujuan untuk
meningkatkan derajat putih kertas. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa
derajat putih kertasnya sangat tinggi namun selulosanya mengalami kerusakan
cukup besar. KONO dan KONDO (1965) meneliti pemutihan pulp sulfat dengan
menggunakan asam peressig konsentrasi tinggi (> 45%). Dalam waktu beberapa
menit, telah diperoleh kenaikan derajat putih yang cukup tinggi, rendemen
pulpnya mengalami penurunan sebesar 4 – 5% dan sifat kekuatan kertasnya masih
cukup baik. Walaupun hasilnya relatif baik, namun bila ditinjau dari segi
ekonomis masih terlalu mahal.
OKUBO, et al., (1974, 1975) mengadakan penelitian pemutihan pulp
sulfat dengan menggunakan asam peressig (26%), konsistensi 33%, pH 4,
temperatur 90̊ C dan waktu pemutihan 10 - 60 menit. Dengan ketentuan tersebut,
di peroleh derajat putih kertas di atas 90% ISO dan rendemen pulp berkisar antara
93 – 96%. Penelitian lainnnya adalah pemutihan pulp sulfat dan sulfit dengan
43Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
kombinasi antara klordioksida (D) dan asam peressig (Pa) (ROYMAULIK,
1971). Penelitian serupa dari pulp sulfat yaitu kombinasi antara hidrogen
peroksida (p), asam peressig (Pa) dan klordioksida. Dengan 5 (lima) tingkatan
kombinasi juga dipero1eh derajat putih kertas yang cukup tinggi (RAPSON dan
ANDERSON, 1985). HEBELL dan KRÜGER (1972); KRÜGER, et al.,
(1980) dan PAPPIUS, et aI., (1986) mengadakan penelitian pemutihan pulp bebas
klor. Pemutihan tersebut dilakukan pada media air dan konsistensi sedang dengan
kombinasi hidrogen peroksida (p) pada media a1ka1i dan asam peressig pada
media asam serta temperatur 40 - 90˚C. Kombinasi pemutihan yang dianggap
memberikan hasil paling optimal adalah P-Pa-P-Pa-P. Selain itu, penelitian yang
lain adalah pemutihan pulp Acetosolv pada fase pertama dengan asam peressig,
namun hasil yang dicapai pada metoda ini belum optimal (NIMZ dan CASTEN,
1984). Bedasarkan hasil penelitian sebelumnya, penelitian dilanjutkan dengan
tujuan untuk mencari nilai optimal pemutihan dengan asam peressig (BERG,
1989 dan GRANZOW, 1990). Faktor yang diteliti di dalam pemutihan ini antara
lain adalah pengaruh konsentrasi asam peressig, waktu, temperatur, konsistensi
dan pH. Hasil penelitian tersebut menyimpulkan beberapa hal sebagai berikut
(BERG, 1989 dan GRANZOW, 1990):
a. Makin tinggi konsentrasi asam peressig, maka makin rendah sisa lignin di
dalam pulp dan derajat putih kertasnya makin meningkat.
b. Sisa lignin, rendemen dan derajat polimerisasi selulosa semakin menurun
apabila waktu pemutihan semakin lama, dan sebaliknya derajat putih kertas
makin meningkat.
c. Dengan kenaikan konsistensi dari 4% menjadi 17% maka sisa lignin dalam
pulp makin berkurang, akan tetapi konsistensi di atas 20% akan terjadi
sebaliknya. Derajat polimerisasi selulosa dan rendemennya juga mengalami
kenaikan sesuai dengan konsistensinya. Derajat putih kertas yang optimal
adalah pada nilai konsistensi pulp antara 10 – 17% (khusus pulp Acetosolv
dari jenis kayu Kiefer atau Pinus sylvestris).
44Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Kombinasi pemutihan pulp Acetosolv dengan asam peressig telah diteliti secara
rinci oleh BERG (1989). Nilai derajat putih kertas yang tinggi akan dicapai
apabila pemutihan pulp Acetosolv dikombinasikan dengan dua kali pemutihan gas
ozon, dan dilanjutkan dengan asam peressig serta tahap terakhir dengan
klordioksida. Pemutihan tahap akhir dapat dilakukan dengan asam peressig di
dalam media netral dan akan diperoleh hasil yang sangat baik sekali. Derajat putih
kertas di atas 80% ISO akan diperoleh, apabila kombinasi pemutihan menurut
ketentuan Ze-Ze-PaN (Ozon di dalam asam asetat 2 kali dan asam peressig di
dalam air). Jumlah bahan kimia yang dipakai yaitu 3% gas Ozon dan 1% asam
peressig (dihitung sebagai hidrogen peroksida).
2.3.3.3 Reaksi Kimia Antara Asam peressig Dengan Lignin dan
Karbohidrat.
Reaksi Dengan Lignin
CHANG dan ALLAN (1971), JOHNSON (1971), NIMZ dan
SCWINDT (1981) mengadakan penelitian tentang model reaksi antara asam
peressig dan lignin, baik pada substansi model lignin di dalam media asam
maupun netral. Pada pH netral dapat terjadi pemutusan rantai lignin pada gugusan
phenolik, struktur α-Carbonyl ether, β-Ary1ether, ikatan rangkap olifen dan
methylether. Produk akhir dari hasil reaksi ini diteliti lebih lanjut dan diperoleh
derivat chinon serta asam mukonik seperti tercantum pada Gambar 2-14
(ELVIDGE, et al, 1951) dan GIERER, 1986).
Perubahan rantai aromatik dapat terjadi dengan cara reaksi oksidasi, yaitu
melalui tahapan ortho chinon menjadi asam mukonik atau hidrolisa lingkaran
aromatik menjadi para-chinon dan asam hydroxy mukonik, seperti tercantum pada
Gambar 2-15 (FARRAND dan JHONSON, 1971).
45Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-14. Reaksi Kimia Pada Inti Aromatik Lignin (GIEFER, 1986)
Gambar 2-15. Reaksi Kimia Derivat 4- methylbrenzcatechin Dengan AsamPeressig (FARRAND dan JOHNSON, 1971).
SAKAI dan KONDO (1966) juga mengadakan penelitian tentang
reaktivitas struktur aromatik pada perlakuan dengan asam peressig. Kereaktivan
46Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
tersebut didasarkan atas jenis dan jumlah subtitusi, dimana secara umum lignin
dari kayu daun lebar lebih mudah terputuskan rantainya dari pada lignin kayu
daun jarum (MC. DONOUGH dan RAPSON, 1975; SARKANEN, et al., 1965;
ISHIKAWA, et al., 1976). Kereaktivan model lignin secara prinsip didasarkan
juga gugus sampingnya, khususnya pada atom C aromatik nomor 3, 4, dan 5
seperti tercantum pada Gambar 2-16 (JOHNSON, 1980). SAKAI dan KONDA
(1975) menjelaskan bahwa lingkaran aromatik syringyl lebih cepat terputus
rantainya jika dibandingkan struktur guajacyl. Pada peneltian Dioxanlignin dari
kayu daun jarum dan daun lebar dinyatakan bahwa inti syringyl akan lebih cepat
rusak 2,5 kali dari pada inti guajacyl. Reaksi kimia ini terjadi bukan hanya pada
inti aromatik, tetapi juga pada ikatan samping pada posisi α, β dan ∂ arylether.
Pada posisi β- Arylether akan di peroleh produk yang bermacam-macam seperti
tercantum pada Gambar 2-17 (LAWRENCE. et al., 1980; SAKAI, et al., 1972 dan
ISHIKAWA, et al., 1976).
Gambar 2-16. Reaksi Relatif Struktur Aromatik Lignin Dengan Asam peressig(JOHNSON, 1980).
47Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 2-17. Reaksi Kimia Pada Struktur β-Arylether Dengan Asam peressig(LAWRENCE, et al., 1980).
Reaksi Kimia Dengan Karbohidrat
Asam peressig merupakan bahan kimia yang sangat selektif untuk
melarutkan lignin dari dalam kayu (POLJAK, 1948 dan POPPIUS, et al., 1986).
Pada temperatur 100˚C, asam peressig telah dapat merusak struktur jaringan
anatomi kayu Fichte/spruce dan telah terjadi proses pulping. Dari penelitian ini,
sebagian lignin telah larut namun bagian karbohidratnya belum mengalami
kerusakan yang cukup berarti. Pada perlakuan tersebut, sebagian hemiselulosa
larut oleh asam peressig. Selanjutnya, dengan proses hydrolisa di dalam 2,5%
asam sulfat akan memperoleh kurang lebih 10,3% pentosan. Proses pulping
dengan asam peressig akan diperoleh rendemen hemiselulosa dan selulosa yang
cukup tinggi serta sisa lignin di dalam pulp relatif rendah. Dengan penggunaan
asam peressig yang berlebih akan terjadi reaksi oksidasi polisakarida melalui
pembentukan radikal hydroxy seperti tercantum pada Gambar 2-18 (NEVELL,
48Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
1985). Dengan ketentuan pemutihan yang ekstrim, akan terjadi reaksi oksidasi
pemutusan rantai C-1 polisakarida (Gambar 2-19). Polisakarida tidak mengalami
kerusakan yang cukup berarti pada pH netral, sehingga asam peressig dapat
digunakan di dalam analisa kimia untuk memperoleh holoselulosa (LEOPOLD,
1961). HATAKEYAMA, et al., (1967, 1968) dan NEIMO, et al, (1965)
mengadakan penelitian reaksi mekanisme antara asam peressig dengan mono dan
polisakarida. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa xylan dan mannan lebih
mudah terputus jika dibandingkan dengan selulosa. Heksosa dapat mengalami
oksidasi pada gugusan alkohol primer, yang selanjutnya akan terjadi kerusakan
oksidatif pada atom C2 dan C3 pada molekul glukosa.
Gambar 2-18. Oksidasi Rantai Anhidroglukosa (NEVELL, 1985)
Gambar 2-19. Gugusan β-Alkoksi (x) dan Pemutusan Rantai di dalam IkatanAnhidroglukosa Karbonil (NEVEL, 1985).
49Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
BAB III
HASIL PENELITIAN DAN DISKUSI
3.1 Pengaruh Konsistensi Asam Klorida dan Waktu Pemasakan
Seperti diperlihatkan dalam Tabel 3-1 dan Gambar 3-1, penurunan bilangan
kappa, rendemen dan sisa kayu yang tidak termasak sangat dipengaruhi oleh
waktu pemasakan dan konsentrasi asam klorida dengan variabel tetap konsentrasi
asam asetat 93% dan temperatur 110˚C. Pada konsentrasi asam klorida antara 0,12
– 0,17% (berdasarkan volume larutan), akan terjadi penurunan bilangan kappa
hingga mencapai nilai optimal. Pada konsentrasi di atas 0,2% terjadi kenaikan
bilangan kappa (sisa lignin), yang disebakan oleh terjadinya reaksi kondensasi dan
rekombinasi antara gugusan lignin yang sudah terlarut. Pada konsentrasi asam
klorida 0,12% dan waktu pemasakan 6 jam, ternyata nilai bilangan kappa masih di
atas 35. Penyebab tingginya nilai bilangan kappa adalah chip kayu yang belum
termasak secara sempurna, sehingga lamela tengah belum terurai semuanya,
karena lamela tengah mengandung sebagian besar lignin. Pada konsentrasi asam
klorida 0,17%, didapatkan nilai bilangan kappa 25. Selanjutnya, untuk konsentrasi
asam klorida antara 0,15 – 0,17% dan waktu pemasakan 3 - 6 jam di peroleh
kisaran bilangan kappa antara 24 - 30. Dengan kenaikkan konsentrasi asam
klorida, terjadi peningkatan bilangan kappa hingga di atas 40%. Rendemen dan
sisa kayu yang tidak termasak dipengaruhi oleh perbedaan waktu pemasakan dan
konsentrasi asam klorida. Secara khusus, pada konsentrasi asam klorida yang
rendah, nilai rendemen sangat dipengaruhi oleh waktu pemasakan. Pada
konsentrasi asam klorida 0,12 – 0,14% larutan dan waktu pemasakan antara 3 - 4
jam, di peroleh nilai rendemen total antara 55 – 59%. Sedangkan untuk waktu
pemasakan 5 - 6 jam, di peroleh rendemen yang berkisar antara 53 – 55%. Dengan
kenaikkan konsentrasi asam klorida menjadi 0,15 – 0,16%, diperoleh rendemen
pulp yang berkisar antara 50 – 53%. Pada konsentrasi asam klorida 0,17%, dan
waktu pemasakan 1 - 8 jam, diperoleh rendemen antara 60 – 48,5%.
50Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-1. Pengaruh Konsentrasi Asam Klorida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Sisa Kayu Yang TidakTermasak Dan Rendemen Total (dengan variabel tetap konsentrasiasam asetat 93%, temperatur 110ºC dan rasio 1 : 6).
No. Waktu HCl Bilangan Sisa Kayu Rendemen Total
(jam) (%) Kappa (%) (%)
A1 3 0,12 47,7 15,0 58,7
A2 4 0,12 45,0 6,0 55,5
A3 5 0,12 40,1 2,6 54,8
A4 6 0,12 35,6 2,0 54,0
A5 3 0,14 44,8 12,0 57,9
A6 4 0,14 38,0 3,0 54,7
A7 5 0,14 36,0 0,2 53,1
A8 6 0,14 30,6 0,1 53,4
A9 3 0,15 40,3 9,8 54,6
A10 4 0,15 36,2 2,2 53,3
A11 5 0,15 29,8 0,1 51,5
A12 6 0,15 26,8 0,0 51,5
A13 3 0,16 35,4 8,3 53,4
A14 4 0,16 33,2 0,9 52,5
A15 5 0,16 30,9 0,0 51,4
A16 6 0,16 25,5 0,0 50,4
A17 1 0,17 51,7 24,0 60,1
A18 2 0,17 43,2 11,8 55,1
A19 3 0,17 33,4 6,0 53,4
A20 4 0,17 28,0 0,9 52,8
A21 5 0,17 25,4 0,0 50,6
A22 6 0,17 24,2 0,0 50,0
A23 8 0,17 29,7 0,0 48,0
A24 3 0,20 44,1 0,4 50,5
A25 5 0,20 56,5 0,4 48,5
51Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-1. Pengaruh Konsentrasi Asam klorida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Sisa Kayu Yang TidakTermasak dan Rendemen Total (dengan Variabel tetap konsentrasiasam asetat 93 %, temperatur 110º C dan rasio 1 : 6).
52Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Hubungan antara bilangan kappa dan rendemen total di peroleh hubungan
positif. Hubungan ini hanya berlaku pada konsentrasi asam klorida 0,12 - 0,17%.
Hubungan antara bilangan kappa (X) dengan rendemen total (Y) diperoleh suatu
persamaan regresi linier y= 43,10 + 0,31x dengan nilai r = 0,95 (Gambar 3-2).
Untuk konsentrasi asam klorida 0,20% (berdasarkan volume larutan) diperoleh
hubungan negatif antara bilangan kappa dengan rendemen total. HaI ini berarti
bahwa terjadi kerusakan selulosa cukup besar, sehingga terbentuk monomer
glukosa atau gula-gula sederhana larut dalam air (Tabel 1).
Gambar 3-2. Korelasi Antara Bilangan Kappa Dengan Rendemen Total PadaProses Pulping Acetosolv Dengan Katalisator Asam Klorida (93%Asam asetat, rasio 1 : 6, dan Temperatur 110ºC).
53Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat Kekuatan Kertas
Hubungan antara derajat giling dan waktu giling.
Seperti diperlihatkan pada Gambar 3-3, nilai derajat giling sete1ah proses
pulping relatif tinggi. Dengan penggilingan pulp acetosolv untuk waktu beberapa
menit saja, telah di peroleh derajat giling yang cukup tinggi, jika dibandingkan
pulp Sulfat (memerlukan waktu ± 2 jam untuk memperoleh nilai derajat giling 40
- 50ºSR). Hubungan antara waktu giling (x dalam menit) dan derajat giling (y
dalam ºSR) pada pulp Acetosolv menunjukan hubungan yang positif. Persamaan
regresi linier tersebut adalah y = 18,05 + 2,23 x, dengan nilai Koefisien regresi (r)
= 0,97.
Gambar 3-3. Perubahan Nilai Rata-Rata Derajat Giling Pada Pulp AcetosolvKayu Fichte dengan Katalisator Asam Klorida (dari 200 pengujianderajat giling).
54Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat Kekuatan Kertas
Sifat kekuatan kertas dari 25 macam pulp yang diperoleh dari berbagai
macam ketentuan proses pulping diperoleh nilai derajat giling yang berkisar
antara 20 – 52ºSR dan waktu giling antara 0 – 15 menit. Untuk kisaran derajat
giling tersebut, diperoleh nilai kekuatan tarik yang berkisar antara 9,300 – 12,200
km, kekuatan jebol antara 50 - 70 m2 dan kekuatan sobek antara 70 - 56 cN.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa makin tinggi nilai derajat giling, kekuatan
tarik dan kekuatan jebol akan meningkat, akan tetapi sifat kekuatan sobeknya
makin menurun. Sifat kekuatan kertas yang paling baik diperoleh pada kertas hasil
proses pulping Acetosolv dengan ketentuan konsentrasi asam asetat 93%,
konsentrasi asam klorida 0,17% (berdasarkan volume larutan), rasio antara kayu :
larutan (1 : 7), waktu pemasakkan 5 jam dan temperatur pemasakkan 110ºC. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa nilai optimal bilangan kappa adalah 19 dan
rendemen total 50%. Sifat kekuatan kertasnya di dapat kisaran nilai derajat giling
antara 20 – 64 ºSR, kekuatan tarik 9,480 – 12,600 km, kekuatan jebol antara 53 -
78 m2 dan kekuatan sobek antara 70 - 61 cN. Untuk melihat secara jelas hasil
penelitian tersebut data-data penelitian diringkas pada Tabel 3-2 dan Gambar 3-4.
Tabel 3-2. Sifat Kekuatan Kertas Pada Nilai Derajat Giling Yang Berbeda
Waktu Derajat Kekuatan Kekuatan Kekuatan
Giling Giling Tarik Jebol Sobek
(menit) (⁰SR) (km) (m2) (cN)
Nilai Rata-Rata
0 20 9,340 49,7 71,9
2,5 24 10,490 59,9 65,3
5 30 11,190 64,9 59,5
10 43 11,670 68,1 58,0
15 52 12,200 69,5 55,6
55Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Nilai Optimal
0 20 9,480 53,2 70,0
2,5 29 11,110 69,6 63,0
5 38 11,770 73,7 60,0
10 54 12,500 75,2 60,2
15 64 12,600 78,3 60,8
56Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-4. Nilai Rata-rata Sifat Kekuatan Kertas Yang Didasarkan PadaPerubahan Derajat Giling (dengan katalisator HCl)
Tabel 3-3 menunjukkan sifat kekuatan kertas dengan perbedaan
konsentrasi asam klorida dan waktu pemasakan. Nilai derajat giling di interpolasi
menjadi 30 ºSR dan nilai sifat kekuatan kertasnya juga di interpolasi berdasarkan
nilai derajat giling. Nilai sifat kekuatan kertas yang paling baik ditunjukkan pada
konsentrasi asam klorida yang berkisar antara 0,14 – 0,17% berdasarkan volume
(0,84 - 1,02% berdasarkan berat kayu). Pada konsentrasi asam klorida yang lebih
rendah dari 0,14% atau lebih besar dari 0,17% akan menyebabkan penurunan sifat
kekuatan kertas, khususnya kekuatan tarik. Pada konsentrasi asam klorida 0,12%,
sifat kekuatannya tidak baik, yang disebabkan oleh kadar hemiselulosa di dalam
pulp masih relatif besar, sehingga ikatan antar serat tidak kuat (hemiselulosa
bersifat amorphus). Pada konsentrasi asam klorida 0,20% juga menyebabkan sifat
kekuatan kertasnya tidak baik. Hal ini disebabkan oleh terjadinya reaksi
kondensasi dan kerusakan selulosa yang cukup besar, sehingga derajat
polimerisasi selulosa relatif kecil. Reaksi kondensasi menyebabkan reaksi
rekombinasi monomer lignin yang sudah terputuskan rantainya, sehingga
mempengaruhi jumlah selulosa per satuan berat. Sifat kekuatan sobek kertas tidak
mengalami perubahan yang cukup berarti pada konsentrasi asam klorida 0,15 –
0,17% dan waktu pemasakan 2 – 8 jam.
57Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-3. Interpolasi Derajat Giling 30 ºSR Terhadap Sifat Kekuatan KertasDengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida dan Waktu Pemasakan.
No. HCl Waktu Derajat Kekuatan Kekuatan Kekuatan
Giling Tarik Jebol Sobek
(%) (jam) (⁰SR) (km) (m2) (cN)
A2 0,12 4 30 11,210 60,0 57,2
A3 0,12 5 30 11,200 65,2 60,0
A4 0,12 6 30 10,900 65,0 59,6
A5 0,14 3 30 11,470 60,3 57,3
A6 0,14 4 30 11,000 60,0 60,1
A7 0,14 5 30 11,710 68,9 59,0
A8 0,14 6 30 10,560 65,5 59,9
A14 0,16 4 30 11,330 66,8 58,1
A15 0,16 5 30 11,700 65,6 62,7
A18 0,17 2 30 10,130 53,0 57,7
A19 0,17 3 30 11,000 64,0 53,4
A20 0,17 4 30 11,500 60,1 71,5
A21 0,17 5 30 11,600 69,9 61,3
A22 0,17 6 30 11,100 65,0 60,0
A23 0,17 8 30 11,580 63,0 59,5
A24 0,20 3 30 11,010 70,2 57,6
A25 0,20 5 30 10,500 61,0 51,4
58Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-5. Interpolasi Derajat Giling 30 ºSR Terhadap Sifat Kekuatan Kertas
Dengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida dan Waktu Pemasakan
59Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.2 Perlakuan Chip
3.2.1 Perlakuan Chip Kayu Melalui Pemasakan Asam asetat 93%.
Tujuan perlakuan chip kayu pada mulanya adalah untuk mendapatkan nilai
bilangan kappa yang rendah (< 20) dan untuk mengikat sebagian zat ekstraktif
tanpa mempengaruhi kualitas pulp, tetapi hasil penelitian terhadap pemasakan
chip dengan menggunakan asam asetat 93% ternyata tidak dapat memperoleh
bilangan kappa di bawah 20. Sebagai contoh, perlakuan pemasakan chip kayu dari
0 – 5 jam dan waktu pemasakan (proses pulping dengan katalisator HCl)
diperoleh nilai bilangan kappa yang menurun dari 27,7 menjadi 23,9. Dalam hal
ini, sebenarnya sudah terjadi penurunan bilangan kappa, namun nilai bilangan
kappa di bawah 20 tidak tercapai. Dari hasil penelitian ini, perlakuan pemasakan
chip kayu dengan menggunakan asam asetat tidak dapat memperoleh nilai
bilangan kappa di bawah 20. Sisa kayu yang tidah termasak relatif sangat kecil
dan rendemen pulp berkisar antara 50,6 – 52% (Tabel 3-4). Di dalam percobaan
ini tidak dilakukan uji kekuatan kertas, karena tujuan utama adalah memeperoleh
nilai bilangan Kappa yang rendah (< 20), sehingga memudahkan proses
pemutihan pulp.
Tabel 3-4. Pengaruh Perlakuan Chip Kayu Melalui Perlakuan Perendaman DiDalam Asam Asetat dan Pemasakan Di Dalam 93% Asam asetat.
No. Waktu Waktu Bilangan Sisa Rendemen
Perendaman Pulping Kappa Kayu Total
(jam) (jam) (%) (%)
A26 0 4 35,0 0,1 52,0
A27 1 4 34,8 0,3 52,0
A28 2 4 25,2 0,1 52,0
A29 0 5 27,7 0,1 51,3
60Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.2.2 Perlakuan Chip Kayu Melalui Impranasi Perendaman Di dalam
Asam asetat 93% Pada Temperatur Ruangan (20º).
Berdasarkan Percobaan perlakuan pemasakan dengan asam asetat 93% di
atas yang tidak berhasil dengan baik, maka dicoba perlakuan lainnya yaitu
impragnasi perendaman di dalam asam asetat 93% pada temperatur ruangan.
Tujuan perlakuan tersebut adalah untuk menurunkan bilangan kappa atau sisa
lignin yang ada di dalam pulp dan melarutkan sebagian zat ekstraktif secara
perlahan-lahan tanpa menurunkan kualitas pulp.
Hasil penelitian perlakuan impragnasi secara keseluruhan dapat dilihat
pada Tabel 3-5 dan Gambar 3-6. Dari hasil penelitian ini diperoleh penurunan
bilangan kappa dari 27,7 menjadi 18,4, kisaran rendemen antara 50 – 51% dan
sisa kayu yang tidak termasak antara. Nilai bilangan kappa yang rendah akan
dicapai apabila perlakuan impragnasi dalam waktu lebih 60 jam. Namun cara ini
secara teknis di dalam industri tidak menguntungkan secara ekonomis.
Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling 30ºSR menunjukkan bahwa
impragnasi dapat memperbaiki kekuatan tarik dan kekuatan jebol kertas,
walaupun kekuatan sobeknya relatif sama. Untuk menjelaskan permasalahan ini,
61Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
perlu diteliti lebih lanjut mengenai struktur molekul selulosa dan hemiselulosan,
khususnya gugusan acetyl pada hemiselulosa dan ikatan cabangnya. Dalam hal
ini, sangat memungkinkan bahwa sebagian struktur atau ikatan cabang
hemiselulosa dapat terputuskan rantainya melalui perlakuan impragnasi.
Tabel 3-5. Pengaruh Impragnasi Pendahuluan Chip Kayu Dengan 93% Asamasetat Pada Temperatur 20ºC Terhadap Perubahan Bilangan Kappa,Rendemen Total, Sisa Kayu dan Sifat Kekuatan Kertas.
No. Waktu Bilangan Sisa Rendemen Derajat Kekuatan
Impragnasi Kappa Kayu Total Giling Tarik Jebol Sobek
(jam) (%) (%) (⁰SR) (km) (m2) (cN)
A35 0 27,7 0,1 50,3 30 10,650 60,0 61,5
A36 1 26,1 0,1 50,9 30 10,980 80,9 58,6
A37 2 25,7 0,0 50,1 - - - -
A38 10 25,6 0,0 50,3 30 12,050 80,2 62,3
A39 20 25,8 0,0 50,1 - - - -
A40 30 23,7 0,0 50,2 30 11,040 83,1 58,6
A41 60 18,4 0,1 50,3 30 12,630 70,6 60,2
A42 140 19,4 0,0 50,1 30 12,440 74,4 60,1
Keterangan :Konsentrasi Asam asetat : 93%Konsentrasi Asam klorida : 0,17%Rasio (kayu : larutan) : 1 : 6Temperatur Pemasakan : 110ºCWaktu Pemasakan : 5 jam
62Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-6. Pengaruh Impragnasi Melalui Perendaman Di dalam Chip Kayu Didalam Asam asetat 93% Pada Temperatur 20ºC Terhadap SifatKekuatan Kertas (30ºSR).
3.2.3 Pengaruh Kadar Air Chip Kayu
Penelitian tentang pengaruh kadar air chip terhadap proses pulping
Acetosolv adalah bertujuan untuk mengetahui apakah di dalam teknik industri,
kayu segar dapat dimasak secara sempurna serta untuk mengetahui sistem
pengeringan chip yang paling cepat dan biaya paling murah. Beberapa perlakuan
yang dicoba adalah perbedaan kadar air awal chip mulai dari 157% hingga kering
tanur (0%). Kadar air tersebut diasumsikan mulai dari kadar air kayu segar
hinggga kering tanur, yaitu dengan perlakuan merendam chip kayu pada waktu
tertentu hingga kadar air yang diinginkan. Pengikatan air kembali dilakukan
dengan tiga cara yaitu ekstraksi dengan larutan Aceotrop (Butilasetat dan
Etilasetat) dan pengeringan dengan oven. Pengikatan air dengan larutan
Butilasetat dalam waktu 40 menit telah menurunkan kadar air dari 157% menjadi
63Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
0%. Secara teoritis, proses ini sangat tepat bila digunakan untuk mengeringkan
chip kayu untuk skala industri. Namun terdapat sedikit kendala bahwa di dalam
sel kayu masih tertinggal sedikit larutan Butilasetat. Larutan butilasetat pada
konsentrasi tertentu tidak mempengaruhi proses pulping Acetosolv, bahkan sangat
dianjurkan. HaI ini disebabkan butilasetat dapat bercampur dengan baik di dalam
larutan campuran antara asam asetat dan air. Keuntungan lain pada campuran
tersebut adalah dapat meningkatkan temperatur pemasakan. Pengikatan air dengan
larutan etilasetat tidak rnenunjukkan hasil yang baik, Yang disebabkan titik didih
larutan etilasetat lebih rendah jika dibandingkan dengan air. Hal ini akan
menyebabkan air dari dalam kayu tidak dapat terikat secara sempurna. Hasil
penelitian penurunan kadar air chip kayu dengan perlakuan ekstraksi butilasetat
dan etilasetat dapat dilihat ada Gambar 3-7.
Gambar 3-7. Pengambilan Air Dari Dalam Chip Melalui Proses EkstraksiDengan Butil Asetat atau Etil Asetat.
Dari hasil penelitian tersebut tidak diperoleh perbedaan yang jelas antara
bilangan kappa (27,7 – 30,5), rendemen total (50,6 – 51,4%) dan sisa chip kayu
yang tidak termasuk (0%). Selain itu, sifat kekuatan kertasnya juga tidak
menunjukkan perbedaan jelas. Pada nilai derajat giling 30ºSR diperoreh kisaran
64Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
kekuatan tarik antara 10.600 – 11.670 km, kekuatan jebol antara 59,9 - 63,8 dan
kekuatan sobek antara 59,l – 61,7 cN (Tabe1 3-6).
Tabel 3-6. Pengaruh Kadar Air Chip Kayu Terhadap Perubahan BilanganKappa, Sisa Kayu yang Tidak Termasak, Rendemen Total dan SifatKekuatan Kertas.
No. Kadar Bilangan Sisa Rendemen Derajat Kekuatan
Air Kappa Kayu Total Giling Tarik Jebol Sobek
Chip (%) (%) (⁰SR) (km) (m2) (cN)
A43 0* 30,5 0,0 51,1 30 11,670 60,7 61,7
A44 12,3** 27,7 0,0 50,6 30 10,600 59,9 61,3
A45 12,3 29,9 0,0 51,1 30 11,200 63,8 60,7
A46 93,8 28,4 0,0 51,4 30 11,580 63,3 60,0
A47 157,0 28,0 0,0 51,1 30 11,500 61,1 59,1
Keterangan :*) Chip kayu dikeringkan di dalam Oven selama 24 jam dan temperatur
105ºC.**) Chip kayu yang diletakkan di dalam ruangan konstan (temperatur 20ºC)
3.2.4 Perlakuan Chip Kayu Di dalam Butilasetat
Tabel 3-7 menunjukkan bahwa perlakuan chip kayu dengan Etilasetat
kurang ekonomis. Perlakuan di dalam etilasetat pada temperatur 20ºC selama 1 -
2 jam menghasilkan bilangan kappa antara 25 - 26. Apabila perendaman
dilakukan selama 4 jam, ternyata menaikkan bilangan kappa menjadi 59. Hal ini
disebabkan etilasetat masih terdapat di dalam chip kayu. Etilasetat ini
menyebabkan temperatur pemasakan lebih rendah dari 110ºC.
Perlakuan perendaman tersebut menunjukkan bahwa etilasetat dapat diikat
kembali melalui ekstraksi dengan larutan asam asetat pada temperatur 80ºC.
Perendaman selama 8 jam dengan butil asetat menunjukkan penurunan bilangan
65Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
kappa dari 59 menjadi 22. Namun, cara ini tidak ekonomis untuk dilakukan dalam
skala industri, karena akan menambah biaya produksi. Sifat kekuatan kertas dari
perlakuan tersebut pada nilai derajat giling 20ºSR memperoleh kekuatan tarik
kertas yang berkisar antara 9.560 – 11.700 km, kekuatan jebol kertas antara 70 –
85 m2 dan kekuatan sobek kertas antara 61 - 77 cN. Sifat kekuatan tersebut relatif
lebih baik jika dibandingkan sifat kekuatan kertas dari pulp Sulfat, atau Sulfit,
khususnya kekuatan tarik dan jebol. Proses pulping Acetosolv dilakukan seperti
biasa yaitu 93% asam asetat, HCl 0,17%, Ratio (Kayu : Larutan) = 1 : 6, waktu
pemasakan 5 jam dan temperatur 110 oC.
Tabel 3-7. Pengaruh Perlakuan Chip Kayu dengan Cara Perendaman danEkstraksi Di dalam Larutan Ethylasetat Terhadap PerubahanBilangan Kappa, Rendemen dan Kekuatan Kertas.
No.
Perlakuan
Perendaman Bilangan Rendemen Derajat Kekuatan Kekuatan Kekuatan
66Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.3 Perlakuan Terhadap Pulp
Seperti telah dijelaskan pada bab terdahulu, bahwa nilai rataan bilangan
kappa hasil dari 40 kali pemasakan dengan ketentuan yang sama didapat nilai
rata-ratanya 27,7. Untuk menurunkan nilai bilangan kappa secara ekonomis telah
dilakukan dengan berbagai cara yaitu melalui perlakuan terhadap chip kayu,
namun semua perlakuan tersebut tidak menunjukkan pertimbangan ekonomi yang
menguntungkan.
Pulp tersebut diberi perlakuan dengan beberapa metoda yang antara lain :
ekstraksi ulang, pencucian ulang dengan asam asetat dan pemasakan ulang dengan
asam asetat. Perlakuan ekstraksi ulang dengan soklet selama 2,5 – 3,5 jam hanya
menurunkan bilangan kappa sebesar 0 - 0,3. Perlakuan ini praktis tidak
berpengaruh sama sekali. Perlakuan pulp dengan sistem pencucian ulang
menggunakan 93% asam asetat panas juga tidak menurunkan bilangan kappa. Hal
ini berarti bahwa lignin yang tersisa di dalam pulp sangat sulit untuk diikat
kembali dengan asam asetat, upaya selanjutnya adalah mencoba proses pulping
ulang atau pemasakan ulang yaitu dengan asam asetat yang ditambah dengan
katalisator HCl. Akan tetapi, perlakuan ini juga tidak berhasil menurunkan
bilangan kappa.
Sifat kekuatan kertas antara kontrol dengan perlakuan ekstraksi dan
pencucian relatif tidak mengalami perubahan, akan tetapi ekstraksi 3,5 jam
menurunkan sifat kekuatan kertas. Perlakuan pemasakan ulang menyebabkan
penurunan sifat kekuatan kertas relatif tinggi, yang disebabkan oleh terjadinya
pemutusan rantai selulosa dan hemiselulosa (Gambar 3-8).
Kekuatan tarik menurun 20 – 30 %, kekuatan jebol dan sobek juga
menurun antara 20 – 30 % pada nilai derajat giling yang sama. Hal ini disebabkan
bahan kimia asam klorida sangat kuat memutuskan rantai hemiselulosa dan
selulosa.
67Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-8. Pengaruh Perlakuan Ekstraksi, Pencucian dan Pemasakan Ulang Didalam Asam asetat 93% Terhadap Perubahan Bilangan Kappa danSifat Kekuatan Kertas (30ºSR)
No. Perlakuan Bilangan Kekuatan Kekuatan Kekuatan
Kappa Tarik Jebol Sobek
(km) (m2) (cN)
MA1. Kontrol : 27,7 10,630 66,3 64,3
A54. Ekstraksi 2,5 jam : 27,7 11,060 70,5 60,0
A55. Ekstraksi 3,5 jam : 27,4 9,980 67,1 53,8
A56. Pencucian ulang
dengan asam asetat
panas : 27,6 10,490 61,0 61,4
A57. Pemasakan ulang
dengan asen asetat +
0,1% HCl, Rasio 1 : 20,
1 jam : 28,0 8,040 43,1 42,1
A58. Pemasakan ulang
dengan asen asetat +
0,15% HCl, Rasio 1 :
20, 1 jam : 26,4 8,180 44,5 40,0
68Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-8. Pengaruh Perlakuan Pulp Di dalam 93% Asam asetat TerhadapPerubahan Sifat Kekuatan Kertas (Ekstraksi, Sistem Pencucian danPemasakan Ulang Dengan Asam Asetat + HCl)
3.3.1 Sistem Pencucian Pulp Dengan Pelarut Yang Berbeda
Dengan tidak diperolehnya penurunan bilangan kappa, maka penelitian
selanjutnya adalah mencoba sistem pencucian pulp dengan pelarut yang berbeda.
Pelarut yang digunakan tersebut antara lain adalah air, campuran antara asam
asetat dengan air, campuran antara asam asetat dengan air dilanjutkan dengan
campuran antara asam asetat + butilasetat + air, asam asetat + air dan dilanjutkan
dengan asam asetat + etilasetat + air seperti tercantum pada Tabel 3-9.
69Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Dari perlakuan tersebut, hasil yang paling jelek adalah perlakuan dengan
pencucian air setelah proses pulping selesai, menghasilkan bilangan kappa 61,5.
Hal ini disebabkan lignin yang sudah terlarut di dalam asam asetat terikat kembali
oleh pulp. Untuk perlakuan lainnya, diperoleh bilangan kappa hingga 22,3 namun
secara ekonomis tidak menguntungkan, khususnya campuran antara asam asetat,
air dan butilasetat serta campuran antara asam asetat, air dan ethylasetat. Sifat
kekuatan kertas secara keseluruhan tidak diuji dan untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada lampiran Tabel 7-5 Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling
30ºSR diperoleh kekuatan tarik 10,650 – 11,600 km, kekuatan jebol 66 - 70 m2
dan kekuatan sobek 62 - 70 cN.
Tabel 3-9. Pengaruh Sistem Pencucian Pulp dan Proses Pulping Acetosolv JenisKayu Fichte Terhadap Perubahan Bilangan Kappa.
Untuk percobaan ini diteliti berbagai variasi temperatur pada proses
pulping terhadap perubahan bilangan kappa. Variasi temperatur yaitu antara 103 -
l09ºC dan waktu pemasakan 1 - 6 jam. Pada proses pulping ini digunakan larutan
asam asetat 93% dan katalisator asam klorida 0,17%. Selanjutnya, proses yang
digunakan adalah pulping sistem tekan tanpa memakai katalisator asam klorida
dan temperatur pemasakan 170 – 200 ºC (Tabel 3-10). Da1am proses pulping
tanpa tekanan didapat bilangan kappa berkisar antara 17 – 52. Bilangan kappa
terendah diperoleh pada temperatur 109ºC dan waktu pemasakan 6 jam.
Sedangkan proses pulping dengan tekanan memperoleh kisaran bilangan kappa 12
- 30. Temperatur pemasakan 170ºC tidak menghasilkan bilangan kappa di bawah
20. Hal ini disebabkan asam asetat belum mampu melarutkan sebagian besar
ikatan α dan β aryl ether lignin. Temperatur pemasakan 180ºC, akan
menghasilkan bilangan kappa di bawah 20 apabila waktu pemasakan dilakukan
selama 3 - 4 jam. Temperatur pemasakan 190ºC dalam waktu 1 jam telah dapat
menghasilkan bilangan kappa di bawah 15. Hal ini berarti bahwa asam asetat pada
temperatur tersebut telah mempu melarutkan sebagian besar ikatan α- dan β-
arylether lignin untuk waktu pemasakan 2 - 3 jam, sehingga akan terjadi kenaikan
bilangan kappa, yang disebabkan oleh terjadinya reaksi kondensasi. Bilangan
kappa terendah tersebut dicapai apabila proses pulping dilakukan temperatur
200ºC dan waktu pemasakan 1 jam. Jika waktu pemasakan ditambah, maka akan
terjadi kenaikan bilangan kappa, yang disebabkan oleh terjadinya reaksi
kondensasi.
71Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-10. Pengaruh Temperatur dan Waktu Pemasakan Pada Proses Pulping
Acetosolv Terhadap Perubahan Bilangan Kappa *)
No. Temperatur Waktu Rasio HOAc- HCl- Bilangan
Pemasakan (kayu : larutan) kappa
(⁰C) (Jam) (%) (%)
A69 103 1 1 : 7 93 0,17 51,8
A70 103 2 1 : 7 93 0,17 41,7
A71 103 3 1 : 7 93 0,17 35,2
A72 103 4 1 : 7 93 0,17 28,9
A73 103 5 1 : 7 93 0,17 47,6
A74 103 6 1 : 7 93 0,17 46,9
A75 106 1 1 : 7 93 0,17 48,5
A76 106 2 1 : 7 93 0,17 37,0
A77 106 3 1 : 7 93 0,17 30,9
A78 106 4 1 : 7 93 0,17 23,6
A79 106 5 1 : 7 93 0,17 20,2
A80 109 1 1 : 7 93 0,17 44,7
A81 109 2 1 : 7 93 0,17 36,1
A82 109 3 1 : 7 93 0,17 27,2
A83 109 4 1 : 7 93 0,17 22,7
A84 109 5 1 : 7 93 0,17 19,3
A85 109 6 1 : 7 93 0,17 17,2
A86 170 3 1 : 7 85 0 30,2
A87 170 4 1 : 7 85 0 28,6
A88 170 5 1 : 7 85 0 28,7
A89 180 2 1 : 7 85 0 22,9
A90 180 3 1 : 7 85 0 15,5
A91 180 4 1 : 7 85 0 13,1
A92 190 1 1 : 7 85 0 14,5
A93 190 2 1 : 7 85 0 15,8
A94 190 3 1 : 7 85 0 16,9
A95 200 0,5 1 : 7 85 0 18,0
A96 200 1 1 : 7 85 0 11,9
A97 200 2 1 : 7 85 0 20,6
A98 200 3 1 : 7 85 0 28,5
*) Penelitian ini dilakukan oleh Sukaton (1989) dan Lee (1989)
72Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-9a. Pengaruh Temperatur Terhadap Bilangan Kappa Pada ProsesPulping Acetosolv Dengan Katalisator HCl
Gambar 3-9b. Pengaruh Temperatur Terhadap Bilangan Kappa Pada ProsesPulping Acetosolv Dengan Sistem Tekanan dan Tanpa Katalisator.
73Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.3.3 Pengaruh Rasio (Perbandingan Antara Kayu Dengan Larutan)
Perbandingan antara chip kayu dengan larutan pemasak juga berpengaruh
terhadap perubahan bilangan kappa dan rendemen (Tabel 3-11). Rasio 1 : 4
menghasilkan bilangan kappa 29,0 dan rendemen 52%. Penyebab tingginya nilai
bilangan kappa adalah pada waktu proses pulping berjalan (tahapan awal),
sebagian chip kayu tidak terendam di dalam larutan asam asetat. Sebagai
akibatnya lignin lignin yang tertinggal di dalam pulp masih relatif besar.
Penyebab lainnya adalah konsentrasi asam kloridanya relatif sedikit jika
dibandingkan dengan rasio yang lebih tinggi, sehingga reaksi kimia yang terjadi
kurang sempurna. Dengan perubahan rasio dari 1 : 4 menjadi 1 : 7, ternyata
bilangan kappa dapat menurun dari 29,0 menjadi 18,8. Pada rasio 1 : 8, akan
terjadi kenaikan bilangan kappa dari nilai optimal 18,8 menjadi 19,3, walaupun
perubahan tersebut relatif tidak besar. Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat
giling 30ºSR menunjukkan kekuatan tarik relatif yang seragam, berkisar antara
11410 - 11720 km, kekuatan jebol antara 60 - 70 m2, kekuatan sobek antara 63 -
65 cN dan derajat putih kertas antara 6,6 – 7,7% ISO. Untuk melihat perubahan
sifat kekuatan kertas yang didasarkan pada nilai derajat giling, secara lengkap
dapat dilihat pada lampiran No 7-6. Jika kita bahas lebih lanjut dari lampiran
Tabel 7-6, sifat kekuatan kertas yang paling baik adalah pada rasio 1 : 7. Rasio
tersebut cukup ideal, karena pada proses pulping, chip kayu sudah terendam sejak
awal semua di dalam asam asetat. Namun kelemahannya adalah bahwa sifat
kekuatan sobek pulp Acetosolv lebih rendah dibanding pulp ASAM dan sulfat,
dan hal ini telah menjadi ciri secara umum.
74Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-11. Pengaruh Rasio Terhadap Perubahan Bilangan Kappa, Rendemendan Sifat Kekuatan Kertas (30ºSR).
No. RatioBilanganKappa
SisaKayu(%)
Rendemen(%)
KekuatanTarik(Km)
KekuatanJebol (m2)
KekuatanTarik (cN)
DerajatPutih(%
ISO)
GA1 1 : 4 29,0 0,2 52,1 11,410 60,2 63,2 6,6
GA2 1 : 5 26,8 0,1 51,7 11,670 67,5 64,0 6,8
GA3 1 : 6 25,3 0,0 50,6 11,720 63,0 64,8 7,0
GA4 1 : 7 18,8 0,0 50,0 11,180 70,0 63,2 7,7
GA5 1 : 8 19,3 0,0 48,2 - - - -
Keterangan :Konsentrasi Asam asetat : 93%Konsentrasi Asam klorida : 0,17% (berdasarkan volume larutan)Waktu Pemasakan : 5 jam
3.4 Pengaruh Katalisator Pada Proses Pulping Acetosolv
Proses pulping Acetosolv menggunakan asam klorida sebagai katalisator.
selain itu klorethanol juga dapat digunakan sebagai katalisator (NIMZ, et al.,
1986). BERG (1989) mencoba di dalam proses asam jodida dan Aluminium
bromida, dimana katalisator tersebut dapat digunakan di dalam proses pulping
Acetosolv. Berdasarkan hal tersebut, dicoba 13 (tiga belas) jenis bahan kimia
sebagai katalisator seperti tercantum pada tabel 3-12. Dari 13 jenis bahan kimia
tersebut ditemukan 2 jenis bahan kimia yang memberikan hasil positif atau dapat
digunakan sebagai katalisator. Dua jenis bahan kimia tersebut adalah Aluminium
Klorida dan Asam Bromida.
Penelitian pendahuluan ini dengan menggunakan ketentuan proses pulping
yang seragam yaitu konsentrasi asam asetat 93%, konsentrasi katalisator 0,48 mol,
rasio antara kayu : larutan = 1 : 6, waktu pemasakan 5 jam dan temperatur
pemasakan 110ºC. Dari ketiga kelas katalisator tersebut selanjutnya diadakan
optimalisasi proses pulping. Optimalisasi proses pulping yang diteliti tersebut
75Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
hanya hanya katalisator aluminium klorida dan asam bromida. Hal ini disebabkan
kedua jenis bahan kimia tersebut memberikan hasil yang positif.
Tabel 3-12. Pengaruh Katalisator Terhadap Delignifikasi Kayu Fichte (Spruce)Pada Proses Pulping Acetosolv.
No. Katalisator Delignifikasi
1 NaCl Negative
2 BaCl2 Negative
3 KCl Negative
4 CaCl2 Negative
5 NH4Cl Negative
6 (NH4)2S Negative
7 Na2SO3 Negative
8 FeCl3 Bilangan Kappa 108
9 H2SO4 Negative
10 HNO3 Negative
11 Al2(SO4)3 Negative
12 AlCl3 Positif
13 HBr Positif
3.4.1 Aluminium Klorida Sebagai Katalisator
Dengan kenaikan konsentrasi aluminiurn klorida, maka terjadi penurunan
rendemen, sisa kayu yang tidak termasak dan sisa lignin dalam pulp seperti
tercantum pada tabel 3-13, Gambar 3-10a dan 3-10b. Setiap konsentrasi
aluminium klorida dan waktu akan mempunyai nilai optimal untuk mendapatkan
sisa lignin yang terkecil di dalam pulp. Kenaikkan konsentrasi aluminium klorida
antara 0,225 - 0,40% (1,6 - 2,8% berdasarkan berat kayu) dan waktu pemasakan
76Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
antara 2 jam lebih menghasilkan bilangan kappa dibawah 20, sisa kayu yang tidak
termasak menurun dari 7,5% menjadi 0,1% dan rendemen total menurun dari 63%
menjadi 50%.
Konsentrasi di bawah 0,225% (antara 0,113 – 0,200%) tidak diperoleh
bilangan kappa di bawah 20, dimana kisaran bilangan kappa menurun dari 69 -
33,2, sisa kayu yang tidak termasak menurun dari 10% menjadi 0,4% dan
rendemen total menurun dari 66,8% menjadi 55%. Nilai bilangan kappa yang
lebih besar dari 30 tersebut disebabkan katalisator aluminium klorida tidak
mampu melarutkan sebagian besar lignin. Hal ini berarti katalisator aluminium
klorida telah habis bereaksi dengan lignin, sementara ikatan polimer belum
terlarut keseluruhan.
Pada konsentrasi aluninium klorida di atas 0,45% juga tidak baik pada
proses pulping, hal ini disebabkan terjadinya reaksi kondensasi. Hal ini dapat
dilihat pada konsentrasi 0,45% dan waktu pemasakan 4 jam yang menghasilkan
bilangan kappa 20. Akan tetapi, untuk waktu pemasakan 5 jam, bilangan kappa
meningkat menjadi 30,1.
Pada konsentrasi 0,6 – 1,2% Aluminium Klorida dan waktu pemasakan
0,5 – 2 jam akan menaikkan bilangan kappa di atas 20. Sisa kayu yang tidak
termasuk antara 5 – 15%, rendemen total 58 – 60,4%. Sebaliknya, sifat kekuatan
kertasnya menurun secara drastis (kekuatan tarik antara 4300 – 4500 m2),
kekuatan jebol 24 – 25,6 m2, dan kekuatan sobek lebih baik jika dibandingkan
perlakuan yang lain.
77Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-13. Pengaruh Waktu Pemasakan dan Konsentrasi Aluminium KloridaTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Sisa Kayu Kertas TidakTermasak, Rendemen Total, Sifat Kekuatan Kertas dan DerajatPutih Kertas (Konsentrasi Asam Asetat 93%, Temperatur 110ºC).
No. WP. Rasio. AlCl3. Bk. Sk. Rend. Dg. KT. KJ. Ks. D.P.K
Keterangan :Wp : Waktu Pemasakan DPk : Derajat Putih KertasBk : Bilangan Kappa KT : Kekuatan TarikRatio : Perbandingan Chip : Larutan KS : Kekuatan SobekSk : Sisa Kayu (%) DP : Derajat Putih Kertas
78Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-10a. Pengaruh Konsentrasi Aluminium Klorida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Bilangan Kappa.
Gambar 3-10b. Pengaruh Konsentrasi Aluminium Klorida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Rendemen Total, Sisa Kayu Yang TidakTermasak dan Derajat Putih Kertas.
79Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-11. Pengaruh Konsentrasi Aluminium Klorida Pada Waktu Pemasakan
1 jam Terhadap Perubahan Sifat Kekuatan Kertas (30ºC).
80Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Pengaruh Ukuran Chip Kayu
Di dalam industri pulp, chip kayu yang digunakan di dalam proses pulping
ukurannya sangat bervariasi. Dimensi chip kayu sangat berpengaruh pada proses
pulping, khususnya untuk impragnasi, sisa kayu yang tidak termasak dan
rendemen. Dari dasar tersebut di atas dicoba penelitian dengan membedakan
dimensi chip kayu yang berasal dari industri dan dibandingkan chip kayu yang
dibuat secara laboratorium.
Tabel 3-14 menunjukkan hasil penelitian dengan perbedaan ukuran chip
kayu terhadap bilangan kappa, rendemen, sisa kayu dan sifat kekuatan kertas.
Ukuran chip kayu 30 x 2 x 1 mm3 sampai 30 x 12 x 5 mm3 tidak menunjukkan
perbedaan bilangan kappa (dengan kisaran bilangan kappa 21,5 – 23,7 ) dan sisa
kayu yang tidak termasak sebesar 0,1%. Ukuran chip kayu yang besar
menunjukkan peningkatan rendemen total dari 51,l% menjadi 53,6%. Sedangkan
chip yang dibuat secara laboratorium menunjukkan bilangan kappa 19,1, sisa kayu
yang tidak termasak 0,1 % dan rendemen total 53,7.
Rendahnya bilangan kappa ini, disebabkan chip yang dibuat secara
laboratorium lebih bersih, khususnya kulit kayu dan kotoran sehingga tidak terjadi
reaksi kimia antara bahan kimia dengan non kayu. Sifat kekuatan kertas pada nilai
derajat giling 30ºSR diperoleh kisaran kekuatan tarik kertas antara 9,900 – 12,170
km, kekuatan jebol 58,7 – 69,5 m2 dan kekuatan sobek 53,9 – 77,1 cN. Kekuatan
kertas akan meningkat apabila ukuran dimensi chip makin besar. Untuk ukuran
chip yang lebih kecil, terdapat permukaan kayu yang lebih luas, sehingga secara
otomatis akan berpengaruh pada luasan penampung permukaan kayu atau dengan
kata lain banyak serat yang terpotong. Lebih jelasnya sifat kekuatan kertas dapat
dilihat pada Gambar 3-12 dan lampiran pada Tabel 7-8.
81Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-14. Pengaruh Ukuran Chip Kayu Terhadap Perubahan Bilangan Kappa,Sisa Kayu Yang Tidak Termasak, Rendemen Total dan SifatKekuatan Kertas Pada Nilai Derajat Giling 30ºSR.
No. Ukuran Chip Bilangan Sisa Rendemen Kekuatan Kekuatan Kekuatan
(pxlxt mm3) Kappa Kayu Total Tarik Jebol Sobek(%) (%) (km) (m2) (cN)
82Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-12. Pengaruh Ukuran Chip Kayu (panjang x lebar x tinggi dalamsatuan mm3) Pada Proses Pulping Acetosolv Dengan 0,30%Aluminium Klorida Sebagai Katalisator Terhadap Sifat KekuatanKertas.
83Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.4.2 Asam Bromida Sebagai Katalisator
Pada bab sebelumnya telah dijelaskan, bahwa asam klorida dan aluminium
klorida telah diketahui sebagai katalisator yang dapat menghasilkan bilangan
kappa di bawah 20. Katalisator tersebut dipertimbangkan, tetapi tidak efisien,
karena waktu pemasakannya adalah 5 jam. Waktu pemasakan ini dapat
diperpendek, dengan cara memakai katalisator asam bromida, seperti
diperlihatkan pada Tabel 3-1 dan Gambar 3-13.
Kenaikan konsentrasi asam bromida akan menurunkan sisa lignin dari
dalam pulp, rendemen serta sisa kayu yang tidak termasak. Konsentrasi asam
bromida 0,28% dan waktu pemasakan 1 - 6 jam menghasilkan bilangan kappa
yang berkisar antara 40 - 20 dan rendemen total 70 – 52%, tetapi sisa kayu yang
tidak termasak masih cukup tinggi yaitu berkisar antara 8 – 41,4%. Konsentrasi
asam bromida 0,38% dan waktu pemasakan 1 - 6 jam mendapat kisaran bilangan
kappa antara 25,7 – 14,1%, sisa kayu yang tidak termasak antara 0,1 – 18,3% dan
rendemen total antara 48 – 60%. Derajat putih kertas relatif kecil yaitu berkisar
antara 8 – 14% ISO. Pada konsentrasi yang sama, perbedaan perlakuan proses
pulping yang menggunakan magnit putar didapat kisaran bilangan kappa antara 24
– 13, sisa kayu yang tidak termasak 10,1 – 0,0% dan rendemen total antara 56 –
45 % dan derajat putih kertas antara 8 – 12% ISO. Pada konsentrasi asam bromida
antara 0,48 - 0,58%, diperoleh bilangan kappa yang > 15, dengan kisaran 19 – 75,
sisa kayu yang tidak termasak antara 13 – 0%, rendemen antara 57 – 41% dan
derajat putih kertas antara 4 – 11% ISO. Rendemen yang kecil ini disebabkan
pulp yang dihasilkan rusak dan berubah menjadi monomer gula-gula sederhana
atau glukosa.
84Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-15. Pengaruh Waktu Pemasakan dan Konsentrasi Asam bromidaTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Sisa Kayu yang TidakTermasak, Rendemen Total dan Derajat Putih Kertas.
No. Waktu HBr Bilangan
Kappa
Sisa
Kayu
Rendemen
Total
Derajat Putih
Kertas
(jam) (%) (%) (%) (% ISO)
C1 1,0 0,28 40,2 41,4 69,8 14,7
C2 2,0 0,28 32,2 28,5 62,9 13,6
C3 3,0 0,28 22,3 16,3 59,3 9,8
C4 4,0 0,28 21,3 9,8 52,3 8,1
C5 5,0 0,28 21,0 9,7 52,1 8,0
C6 6,0 0,28 20,8 8,0 52,0 7,8
C7 1,0 0,38 25,7 18,3 60,0 14,2
C8 2,0 0,38 21,2 8,0 56,0 13,4
C9 3,0 0,38 20,3 0,6 53,1 11,9
C10 3,5 0,38 17,7 0,5 50,1 10,8
C11 4,0 0,38 16,0 0,2 48,5 9,7
C12 5,0 0,38 14,1 0,1 48,4 8,4
C13 6,0 0,38 15,6 0,1 48,0 8,2
C14* 1,0 0,38 24,3 10,1 56,2 11,5
C15* 1,5 0,38 23,0 8,3 55,2 10,0
C16* 2,0 0,38 19,5 3,7 51,5 9,7
C17* 2,5 0,38 17,9 0,8 50,7 8,4
C18* 3,0 0,38 15,2 0,7 49,5 8,2
C19* 3,5 0,38 13,8 0,1 46,9 11,5
C20* 4,0 0,38 13,0 0,0 45,6 10,0
C21* 5,0 0,38 13,0 0,0 45,2 9,9
C22 1,0 0,48 25,0 12,9 56,9 9,2
C23 2,0 0,48 20,9 6,2 51,9 8,6
C24 3,0 0,48 19,1 0,4 51,0 8,8
C25 4,0 0,48 24,8 0,2 48,0 8,4
C26 5,0 0,48 40,8 0,1 47,1 8,1
C27 6,0 0,48 50,9 0,1 45,2 9,6
C28 1,0 0,58 24,5 7,8 53,8 8,5
C29 2,0 0,58 24,2 1,6 50,2 7,6
C30 3,0 0,58 38,2 0,2 48,1 6,2
C31 4,0 0,58 55,0 0,1 45,0 5,7
C32 5,0 0,58 64,4 0,1 43,0 5,0
C33 6,0 0,58 75,1 0,0 41,1 4,3
Keterangan :*) Proses pulping dengan bantuan Magnit putar
Ketentuan Pemasakan :- Konsentrasi Asam asetat : 93%- Rasio (kayu : larutan) : 1 : 7- Temperatur Pemasakan : 110ºC
85Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-13a. Pengaruh Konsentrasi Asam Bromida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Bilangan Kappa dan Derajat Putih Kertas (%ISO).
86Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-13b. Pengaruh Konsentrasi Asam Bromida dan Waktu PemasakanTerhadap Perubahan Rendemen Total, dan Sisa Kayu YangTidak Termasak.
87Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat kekuatan kertas untuk nilai optimal diperoleh pada konsentrasi asam
bromida 0,38 %, dengan variasi waktu pemasakan 1 – 6 jam. Pada nilai interpolasi
derajat giling 30ºSR diperoleh kekuatan tarik yang berkisar antara 10,670 –
11,850 km, kekuatan jebol 61,2 - 68 m2 dan kekuatan sobek 60,8 - 71 cN (Tabel
3-16 dan Gambar 3-14 ). Nilai sifat kekuatan kertas yang paling baik pada
konsentrasi 0,38 % dengan waktu pemasakan 3 - 4 jam. Sifat-sifat kekuatan kertas
ini secara rinci dapat dilihat pada Tabel Lampiran 7-9.
Tabel 3-16. Pengaruh Waktu Pemasakan Proses Pulping Acetosolv DenganKonsentrasi Asam bromida 0,38% Terhadap Sifat Kekuatan Kertas(30ºSR).
88Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3-14. Pengaruh Waktu Pemasakan Proses Pulping Acetosolv DenganKonsentrasi Asam bromida 0,38% Terhadap Sifat KekuatanKertas (30ºSR)
89Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.5 Perbandingan Kualitas Pulp Yang Lain Dengan Pulp
Acetosolv.
3.5.1 Perbandingan Dengan Metoda Pulping Yang Lain.
Proses pulping ASAM (A1ka1i Sulfit ditambah Methanol dan Antraqinon)
sangat memungkinkan penurunan kadar lignin, apabila waktu pemasakan
ditambah dan konsentrasi bahan kimia dinaikkan. Dengan proses pulping ASAM
diperoleh bilangan kappa antara 23 - 25, Rendemen 52 – 56% kekuatan tarik
kurang lebih 10,000 km, dan kekuatan sobek 90 - 100 cN (PATT, et aI, 1989 ).
Sedangkan untuk pulp sulfat dan sulfit diperoleh bilangan kappa 31, rendemen
48%, kekuatan tarik 9,000 – 9,500 km, kekuatan sobek 80 - 112 cN. Selanjutnya,
dengan proses pulping Acetosolv diperoleh bilangan kappa antara 18 - 20, bahkan
pada proses pulping sistem tekan dapat diperoleh bilangan kappa 9,8, namun
rendemen pulpnya relatif kecil yaitu 44%. Sifat kekuatan tarik kertasnya relatif
sama dengan proses pulping ASAM, namun sifat kekuatan sobeknya relatif lebih
rendah, jika dibandingkan pulp ASAM dan sulfat (Tabel 3-17).
Tabel 3-17. Perbandingan Proses Pulping Acetosolv Dengan Proses Yang Laindari Kayu Fichte Pada Derajat Giling (20ºSR).
No. Pulping Bilangan Rendemen Kekuatan SumberKappa Tarik Jebol
(%) (m) (cN)a. ASAM I 23,0 52,0 10,000 100 PATT. Et al. (1989)b. ASAM II 25,0 56,0 9,990 90 PATT. Et al. (1989)c. Sulfat 31,2 48,6 9,000 112 KORDSACHIA et al.
(1988)d. Sulfit 31,5 - 9,500 80 WANG (1982)
Pulp Acetosolv :
GA 4. HCl 18,8 50,0 9,500 70B23. AlCl3 19,1 53,7 11,270 72C9. HBr 20,3 53,1 10,550 78DA43. Sistem Tekan 9,8 44,0 10,000 70
90Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.5.2 Proses Pulping Acetosolv Dari Jenis Kayu Yang Berasal Dari Daerah
Tropika.
Delignifikasi proses pulping acetosolv dari kayu daun lebar hasilkan
bilangan kappa yang lebih tinggi dibandingkan pulp jenis kayu spruce dan Pinus
sylvestris (NIMZ, et al., 1989). Secara umum kayu daun lebar dari daerah tropis
sulit untuk dimasak, karena berat jenis dan faktor lainnya yang belum diketahui
secara pasti.
Proses pulping Acetosolv untuk jenis kayu dari hutan primer seperti kapur
dan meranti merah menghasilkan bilangan kappa di atas 100, sisa kayu yang tidak
termasak 17 – 20% dan rendemen total 66 – 67%. Penyebab tingginya bilangan
kappa adalah persentase katalisatornya yang relatif kecil, sehingga sebagian besar
katalisator tersebut bereaksi dengan mineral dari kayu dan zat ekstraktif tertentu.
Hal ini terbukti bahwa pada jenis kayu perupuk dan simpur diperoleh bilangan
kappa yang lebih rendah, yang berkisar antara 36 - 52, sedangkan sisa kayu yang
tidak termasak berkisar antara 0,1 – 3,7% serta rendemen total berkisar antara 54
– 55%. sisa lignin di dalam pulp yang tinggi menyebabkan sifat kekuatan kertas
yang tidak baik (Tabe1 3-18).
Proses pulping Acetosolv untuk jenis kayu hutan sekunder seperti mahang
dan puspa menghasilkan kisaran bilangan kappa antara 50 - 52, sisa kayu yang
tidak termasak di bawah l% dan rendemen total pulp 55%. Nilai bilangan kappa
ini dapat diturunkan melalui optimalisasi proses pulping. Sifat kekuatan kertas
pada nilai derajat giling 30ºSR diperoleh kekuatan tarik 7,100 – 9,100 km, namun
kekuatan sobek dan jebolnya relatif kurang baik jika dibandingkan pulp dari kayu
daun jarum. HaI ini cukup jelas, karena struktur anatomi serat, khususnya serat
kayu daun jarum panjang jika dibandingkan serta kayu daun lebar. Diameter serat
kayu daun jarum lebih kecil jika dibandingkan serta kayu daun lebar. Sifat
anatomi tersebut menyebabkan ikatan antar dan inter serat kayu daun lebar tidak
sebaik kayu daun jarum. Untuk jenis kayu dari Hutan Tanaman industri dapat
dikaitkan bahwa secara keseluruhan lebih baik jika dibandingkan kayu yang
berasal dari hutan primer dan hutan sekunder, kecuali untuk kayu karet.
91Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Kayu yang berasal dari Hutan Tanaman Industri terdiri atas Akasia,
Albizia, Eucalyptus dan Karet, Bilangan kappa dari keempat jenis kayu tersebut
berkisar antara 37 - 50, sedangkan sisa yang tidak termasak antara 0,2 – 1,5% dan
rendemen total pulp 50 – 56%. Bilangan kappa tersebut pada dasarnya dapat
diturunkan, apabila optimalisasi proses pulping diteliti secara rinci. Penelitian
terhadap kayu yang berasal dari daerah tropis tidak dilakukan secara rinci,
khususnya untuk optimalisasi proses pulping. Sifat kekuatan kertas juga relatif
lebih baik jika dibandingkan kayu yang berasal dari hutan primer, kecuali kayu
karet (Tabel 3-18). Sifat kekuatan kertas secara keseluruhan dapat dilihat pada
lampiran Tabel 7-10.
Tabel 3-10. Perbandingan Proses Pulping Acetosolv Antara Kayu Spruce danKayu Yang Berasal Dari Daerah tropis.
No. Jenis AlCl3 Bilangan Sisa Rendemen Derajat KekuatanKappa Kayu Total Giling Tarik Jebol Sobek
Gambar 3 – 19a. Pengaruh Konsistensi Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon.
115Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 19b. Pengaruh Konsistensi Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas OzonTerhadap Perubahan Kekuatan Kertas (25°SR).
116Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.2.3 Pengaruh Temperatur Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas
Ozon
Pemutihan Pulp dengan gas ozon dari berbagai temperatur anatar 20 –
60°C dapat menurunkan bilangan kappa dari 20,2 menjadi 2,5 – 3,4. Gas Ozon
terpakai dari variasi temperatur antara 20 – 60°C berkisar antara 97,8 – 95,2%,
dimana kenaikan temperatur sedikit mempenagaruhi efisiensi gas ozon terpakai.
Makin tinggi temperatur, maka makin banyak sisa gas ozon. Rendemen pulp
berkisar antara 93 – 94%, dimana penurunan rendemen ini sangat logis, yang
disebabkan oleh sebagian besar penurunan kadar lignin dari dalam pulp.
Peningkatan derajat putih kertas berkisar dari 14,1% ISO menjadi 27,31% ISO.
Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling 25°SR diperoleh kekuatan tarik dan
kekuatan jebol yang lebih baik dibandingkan pulp yang tidak diputihkan, dengan
kisaran nilai kekuatan tarik 10,770 – 11,800 km, kekuatan jebol antara 76 - 91 m²,
sedangkan kekuatan sobeknya sedikit mengalami penurunan yaitu dengan kisaran
antara 56 -67 cN (Tabel 3 – 29 dan Tabel lampiran 7 – 14). Pemutihan pulp pada
temperatur di atas 60°C sulit dilakukan, karena tekanan di dalam tabung lebih
tinggi jika dibandingkan tekanan di luar tabung. Selain pengaruh hal tersebut,
tekanan yang tinggi juga menyebabkan pulp terbakar.
117Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3.29. Pengaruh Temperatur Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas OzonTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Gas Ozon Terpakai,Rendemen, Derajat Putih Kertas, DP dan Sifat Kekuatan Kertas(25°SR).
118Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 20. Pengaruh Temperatur Pada Pemutihan Pulp Dengan Gas OzonTerhadap Perubahan Bilangan Kappa, Gas Ozon Terpakai,Rendemen, Derajat Putih Kertas, DP dan Sifat Kekuatan Kertas(25°SR)
119Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.2.4 Pengaruh Konsentrasi Asam Asetat Sebagai Media Pada
Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon.
a. Konsistensi Rendah
Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi asam asetat sebagai media, maka
faktor-faktor yang dibuat seragam adalah konsentrasi gas ozon 2%, temperatur
pemutihan 20 C dan konsistensi pulp 2%. Konsentrasi asam asetat berpengaruh
terhadap penurunan bilangan kappa, namun pada konsistensi rendah (2%) asam
asetat kurang efektif melarutkan sisa lignin dari dalam pulp. Hal ini disebabkan
gas ozon terpakai yang relatif kecil. Penurunan bilangan kappa dari 27,7 menjadi
25,9. Penurunan derajat polimerisasi selulosa relatif kecil yang berkisar antara 0-
780. Makin tinggi konsentrasi asam asetat, maka derajat polimerisasi selulosa
makin stabil atau tidak terjadi penurunan nilai DP. Sifat kekuatan kertas pada nilai
derajat giling 21 – 24ºSR, diperoleh kekuatan tarik dan kekuatan jebol pulp yang
diputihkan lebih baik dari pada pulp yang tidak diputihkan, kisaran nilai kekuatan
tarik antara 9,160 – 10,460 km, dan kekuatan jebol anatara 53 – 64 m². Kekuatan
sobeknya relatif menurun yaitu dari 80,8 menjadi 65 cN (Tabel 3-30).
Tabel 3-30. Pengaruh Konsentrasi Asam asetat pada pemutihan pulp dengan Gasozon terhadap perubahan bilangan kappa, Gas ozon terpakai, DP dansifat kekuatan.
No Asam Ozon DP Derajat KekuatanAsesat Terpakai Giling Tarik Jebol Sobek(%) (%) (°SR) (km) (m²) (cN)
120Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
b. Konsistensi Tinggi
Penelitian yang lain adalah perbedaan konsentrasi asam asetat sebagai
media pada konsistensi tinggi (40%). Dari hasil penelitian, diketahui bahwa
konsentrasi asam asetat sangat berpengaruh terhadap penurunan bilangan kappa.
Konsentrasi asam asesat yang paling baik berkisar antara 80 – 100%, yang dapat
menghasilkan penurunan bilangan kappa dari 26,5 menjadi 8,2 – 5,5. Pada
konsentrasi asam asesat 0% (medium air) ternyata hanya mampu menurunkan
bilangan kappa dari 26,5 menjadi 22,0. Disamping itu gas ozon terpakai juga
dipengaruhi oleh konsentrasi asam asesat, yaitu makin tinggi konsentrasi asam
asesat, makin tinggi pula gas ozon yang terpakai. Rendemen yang diperoleh
berkisar antara 94 – 97%, dimana penurunan rendemen ini setara dengan
penurunan bilangan kappa.
Derajat putih kertas dari berbagai konsentrasi asam asesat berkisar antara 25
– 27% ISO, kecuali pada konsentrasi pada asam asesat dibawah 70% (Tabel 3-31
dan gambar 3-21). Sifat kekuatan kertas setelah diputihkan dengan gas ozon
ternyata pada nilai derajat giling 30ºSR mengalami peningkatan baik kekuatan
tarik maupun jebolnya, dengan kisaran tarik antara 10,480 – 12,900 km, dan
kekuatan jebol antara 64,7 – 76,3 m². Sedangkan kekuatan sobek kertasnya sedikit
mengalami penurunan dari 64,8 cN jadi 59,8 cN. Pada konsentrasi asam asetat
70% diperoleh hasil bahwa kekuatan kertasnya menurun, jika dibandingkan pulp
yang tidak diputihkan (Tabel 3-31, gambar 3-22).
121Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3 -31. Pengaruh Konsentrasi Asam Asesat Pada Pemutihan Pulp DenganGas Ozon Terhadap Perubahan Bilangan Kappa, Ozon Terpakai,Derajat Putih Kertas dan Kekuatan Kertas (30ºSR).
percobaan E55) (*)Temperatur : 20°CA : Sebelum diputihkanB : Setelah Diputihkan
126Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Kat. HCl Kat. AlCl3 Kat. HBr
Keterangan :
Pulp Kontrol (Unbleached Pulp) Pemutihan dengan Gas Ozon.
Kat : Katalisator
Gambar 3 – 23. Pengaruh Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon Dari 3 Jenis PulpAcetosolv Terhadap Perubahan Sifat Kekuatan Kertas(Unbleached pulp 1 kontrol adalah GA1, B23, CG lihatlampiran).
127Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.2.6 Pemutihan Pulp Dua Kali Dengan Gas Ozon
Pemutihan dengan gas ozon pada tahap pertama dilakukan pada
konsistensi menengah (10%), yang dilanjutkan dengan pemutihan kedua pada
konsistensi tinggi (40%). Metode lain yang dapat dilakukan adalah tahap pertama
dan kedua semuanya pada konsistensi tinggi (40%). Dari hasil penelitian, ternyata
pada pemutihan dengan pada gas ozon sebanyak dua kali dapat menurunkan
bilangan kappa dari 21 – 29 menjadi 0,3 – 1,4, rendemen pulp berkisar antara 91 –
92% dan derajat putih kertas meningkat dari 6,6 – 15% ISO menjadi 48 – 54%
ISO. Pemutihan pulp dengan gas ozon sebanyak dus kali memperoleh hasil yang
paling baik pada konsistensi yang paling tinggi (40%), seperti tercantum pada
tabel 3-33. Pemutihan pulp pada tahap satu dengan konsistensi 10% tidak selektif
dalam menurunkan sisa lignin dari dalam pulp, yang disebabkan oleh terjadinya
gumpalan pulp, sehingga gas ozon tidak mampu menembus seluruh lapisan serat.
Hal ini bisa dilihat pada penurunan bilangan kappa 26,5 menjadi 13,9 dan sisa gas
ozon yang masih tertinggal didalam medium asam ases
Tabel 3 – 33. Pemutihan Pulp 2 kali Dengan Gas Ozon Pada Medium Asamasetat.
No. Pemutihan Ozon Konsis Bilangan Rendemen Derajat
A B tensi Kappa Putih
(%) (%) (%) (% ISO)
GA1 (Kontrol) - - - 29,0 100,0 6,6
E56 ZE1 2,0 1,9 40 6,0 93,8 24,2
E57 ZE1 ZE ZE 1,0 0,6 40 0,5 91,2 51,4
B18 (Kontrol) - - - 26,5 100,0 15,0
E58 ZE2 2,0 1,7 10 13,9 95,2 21,0
E59 ZE2 ZE ZE 1,0 0,9 40 2,4 92,4 36,0
E60 ZE2 ZE ZE 2,0 1,4 40 1,4 91,1 48,2
128Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
C23 (Kontrol) - - - 20,9 100,0 13,0
E61 ZE4 2,0 1,94 40 4,5 95,1 34,2
E62 ZE4 ZE ZE 1,0 0,6 40 0,3 91,7 54,3
Keterangan :
- Konsentrasi Asam asesat : 93%- Temperatur : 20°C- A : Gas Ozon awal- B : Gas Ozon terpakai
Misal keterangan No E57 : ZE1 ZE ZE, artinya diputihkan gas ozon ZE1 2 % dan 2E
yang kedua 1 % dan seterusnya.
Sifat kekuatan kertas akan menurun apabila pemutihan pulp dengan gas
ozon dilakukan dilakukan sebanyak dua kali. Hal ini dapat dilihat pada nilai
derajat giling 30ºSR, yang menunjukan kekuatan tarik kertas berkisar antara 9,500
– 9,700 km, kekuatan jebol antara 61-64 m² dan kekuatan sobek antara 55-60 cN.
Sifat kekuatan kertas ini dapat dibandingkan dengan sifat kekuatan kertas dari
pulp yang tidak diputihkan pada nilai derajat giling 30ºSR yang menunujukan
kisaran kekuatan tarik antara 11,650-11,800 km, kekuatan jebol antara 69- 74 m²
dan kekuatan sobek antara 64-70 cN (tabel 3-34 dan tabel lampiran 7-6 ; 7-7)
Tabel 3.34. Sifat Kekuatan Kertas Pada Pemutihan 2 Kali Dengan Gas Ozon.
No Waktu Derajat Kekuatan Kekuatan Kekuatan
Giling Giling Tarik Jebol Sobek
(min) (ºSR) (km) (m²) (cN)
E58 0 20 9,770 61,8 69,6
5 30 10,270 73,6 66,5
E59 0 21 8,810 54,3 67,5
5 30 9,710 62,5 60,5
E60 0 20 8,500 54,1 66,4
5 30 9,680 63,4 60,1
129Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
E61 0 20 10,500 60,4 75,4
5 30 12,100 79,4 64,3
E62 0 21 8,210 51,3 65,5
5 33 9,770 62 52,3
7,5 45 10,000 65,3 51
10 54 10,030 67,9 50,5
3.6.3 Pemutihan Pulp Dengan Asam Peressig Atau Hidrogen Peroksida.
BERG (1989) dan GRANZOW (1990) telah mengadakan penelitian
tentang pemutihan pulp, dimana tahap pemutihan yang pertama menggunakan
asam peressing atau hidrogen peroksida. Faktor-faktor yang diteliti antara lain
tempratur, konsistensi, konsistensi asam peressig atau hidrogen peroksida, waktu
pemutihan dan jenis kayu atau jenis pulp (Kiefer dan Buche). Di dalam penelitian
ini hanya diteliti pengaruh konsentrasi asam pressing atau hidrogen peroksida,
tempratur dan waktu pemutihan.
Pemutihan pulp dengan hidrogen peroksida hanya mampu menurunkan
bilangan kappa dari 23 menjadi 13,5 dan rendemen 98,3%, pada konsistensi 10%,
konsistensi hidrogen peroksida 8%, temperatur 70ºC dan waktu pemutihan 6 jam.
Pemutihan dengan asam peressig lebih selektif dari pada hidrogen peroksida. Hal
ini dapat dilihat pada penurunan bilangan kappa dari 27,7 menurun menjadi 8,5
dan 14,7 menjadi 6,4 (tabel 3-35 dan gambar 3-23). Ketentuan pemutihan dengan
asam peressig adalah pada konsistensi 10% waktu pemutihan 1-3 jam,
konsentrasi asam peressig 1-5% dan tempratur 70-85ºC. Pada konsentrasi 4%,
70ºC, selama 1 jam dan konsistensi 10% mampu menurunkan bilangan kappa dari
27,7 menjadi 17,7. Sedangkan pada temperatur 85ºC dan waktu 3 jam pada
konsentrasi asam peressig mampu menurunkan bilangan kappa dari 27,7 menjadi
9,7. Hal ini berarti bahwa temperatur dan waktu pemutihan sangat berpengaruh
terhadap penurunan bilangan kappa. Pada ketentuan yang sama juga mampu
menurunkan bilangan kappa dari 14,7 menjadi 6,4 dan rendemen pulp menurun
2%.
130Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-23. Pemutihan Pulp Dengan Asam Peressig Atau Hidrogen PeroksidaDi dalam 99% Asam Asetat.
No Pemutihan Konsen Konsis Temperatur Waktu Bilangan Rendemen
trasi Tensi Kappa
(%) (%) (ºC) (jam) (%)
B35 (Kontrol ) 23 50
PE 1 10 70 6 19.7 99.1
2 10 70 6 16.5 98.7
3 10 70 6 15.7 98.7
4 10 70 6 15 98.2
6 10 70 6 13 98.7
8 10 70 6 12.5 98.3
MA1 (kontrol) 27.7
PaE 1 10 70 1 22.8
2 10 70 1 19.3
3 10 70 1 18.1
4 10 70 1 17.2
MA1 (kontrol) 27.7
PaE 1 10 85 3 16.5
2 10 85 3 14.5
3 10 85 3 12.2
4 10 85 3 9.7
5 10 85 3 8.5
DA44 (kontrol) 14.7
PaE 1 10 85 3 11.3 99.4
2 10 85 3 9.1 98.5
3 10 85 3 7.3 98.1
4 10 85 3 6.4 98,0
Ketentuan Pemutihan :
Konsistensi : 10%Berat pulp : 25 gram
131Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 24. Pengaruh Konsentrasi Asam Peressig/Hidrogen Peroksida DanWaktu Pemutihan Perubahan Bilangan Kappa.
3.6.4 Kombinasi Pemutihan Pulp Dengan Gas Nitrogen Dioksida Dan Gas
Ozon.
Kombinasi pemutihan pulp ini tahap pertama dilakukan dengan
menggunakan gas nitrogen dioksida, dan tahap kedua dengan gas ozon. Pulp yang
digunakan adalah pulp acetosolv dengan nilai bilangan kappa awal 27,7 dan 18,7.
Dari hasil penelitian tersebut diperoleh penurunan bilangan kappa terendah dari
27,7 menjadi 2,8 dan derajat putih kertas meningkat dari 5,5% ISO menjadi
22,8% ISO, sedangkan untuk pulp dengan nilai bilangan kappa awal 18,7
menurun menjadi 0,3 dan derajat putih kertas meningkat dari 13,9 menjadi 51,0%
ISO. Penurunan bilangan kappa dan kenaikkan derajat putih yang paling baik
diperoleh setelah pemutihan dengan gas ozon, karena gas ozon mampu
memutuskan rantai lignin berbentuk chromoform dan chininmethida.
Pemutihan pulp pada tahap pertama hanya mampu menurunkan bilangan
kappa dari 27,7 menjadi 22,4 pada konsentrasi 2% NO2 ; sedangkan pada gas
NO2 3 – 4% hanya menurunkan bilangan kappa antara 21,6 – 20,2. Derajat putih
kertas pada tahap pemutihan pertam tidak mengalami kenaikkan sama sekali.
132Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Pemutuhan pulp dengan gas NO2 hanya mampu mereduksi lignin sampai 95%
dan mampu meningkatkan derajat putih kertas cukup tinggi.
Tabel 3-36. Pemutihan Pulp Dua kali Dengan Gas Nitrogen Dioksida DanOzon Pada Media 93% Asam Asesat Dari Pulp Acetosolv.
No Pemutihan Konsentrasi Tempe Konsis Waktu Bilangan Derajat
I II A B ratur tensi Kapa Putih
(%) (%) (°C) (%) (min) (% ISO)
MA1 Kontrol - - - - - 27,7 5,5
D2 NE - 2 - 70 40 60 22,2 5,6
F1 NE ZE 2 1,9 20 40 42 4,4 22,2
D3 NE - 3 70 40 60 21,6 5,6
F2 NE ZE 2 1,9 20 40 60 3,5 22,6
D4 NE - 4 70 40 60 20,2 5,7
F3 NE ZE 2 1,87 20 40 60 2,8 22,8
B23 Kontrol - - - - - 18,7 13,9
F4 NE - 3 - 70 40 60 - -
F5 NE ZE 2 1,9 20 40 42 2,1 37,5
F6 NE ZE 3 2,7 20 40 63 0,3 51,0
Keterangan :Media : 93% Asam asesat
Sifat kekuatan kertas sebelum dan sesudah diputihkan dapat dilihat pada
Tabel 3-37 dan Gambar 3-25. Sifat kekuatan kertasnya pada nilai derajat giling 24
– 64ºSR dapat dikatakan bahwa kekuatan tarik dan jebolnya sedikit mengalami
penurunan, namun penurunan tersebut tidak terlalu besar, kekuatan sobek kertas
secara umum mengalami relatif besar, yang disebabkan oleh daya ikat antar
selulosa mengalami penurunan.
133Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-37. Sifat Kekuatan Kertas Setelah Diputihkan Dengan Gas NO2 DanOzon.
No Waktu Derajat Kekuatan Kekuatan KekuatanGiling Giling Tarik Jebol Sobek(min) (ºSR) (km) (m²) (cN)
Tabel 3-39. Pengaruh Kombinasi Pemutihan Pulp Terhadap Perubahan SifatKekuatan Kertas (30ºSR)
No Kombinasi Kekuatan Derajat
Pemutihan Tarik Jebol Sobek Putih
(km) (m²) (cN) (%ISO)
MA1 Kontrol 10,630 66,3 64,3 5,5
G1 NEZEPaN 10,190 61,3 50,5 50,2
G2 NEZEPaN 8,820 51,0 39,9 55,7
G3 NEZEZEPaN 8,300 49,9 37,9 78,4
G4 NEZEPaNZE 7,820 48,3 41,7 64,4
G5 NEZEZEPaNZE 7,300 45,3 38,4 82,9
137Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 26. Pengaruh Kombinasi Pemutihan Pulp Terhadap Perubahan sifatKekuatan Kertas.
138Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.6 Kombinasi Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon Di Dalam Asam Asesat
(ZE) Dan Asam Peressig Di Dalam Buthylaseatat (PaN).
3.6.6.1 Pengaruh Larutan Pada Sistem Pencucian.
Dari hasil penelitian, bahwa pemutihan yang terbaik adalah dengan gas
ozon di dalam asam asetat karena dapat melarutkan sebagian besar lignin dan
pada waktu yang sama dapat meningkatkan derajat putih kertas. Pemutihan
dengan gas Nitrogen dioksida hanya menurunkan bilangan kappa kurang lebih
50%, dan tidak meingkatkan derajat putih. Untuk meningkatkan derajat putih
kertas dapat dilakukan dengan cara pemutihan pulp yang menggunakan media
asam perresig. Dalam penelitian ini, pemutihan pulp dengan kombinasi ZE pan
dapat meningkatkan derajat putih kertas dan memungkinkan pemakaian bahan
kimia yang relatif kecil.
Faktor yang mempengaruhi pemutihan pulp adalah sistem pencucian pulp
setelah pemutihan dengan asam peressig dan gas ozon. Disamping itu, faktor lain
yang berpengaruh adalah konsistensi pulp, waktu reaksi dan pH larutan (media).
Untuk menghindarkan pH asam pada pemutihan dengan asam persessig, maka
dipilih media netral yaitu butilasesat. Pemutihan tahap pertama dengan 2% gas
ozon pada pulp Acetosolv dengan katatalisator alumunium klorida dengan
bilangan kappa awal 26,5 menurun menjadi 5. Setelah selesai pemutihan dengan
gas ozon, maka pada tahap berikutnya, pulp dicuci dengan asam asetat panas
(93%). Selanjutnya, untuk menghilangkan asam asetat yang masih tertinggal di
dalam pulp, maka dicuci dengan butilasetat sampai bebas asam (dapat dibuktikan
dengan kertas pH atau lakmus). Selanjutnya, pulp diputihkan dengan asam
peressig pada media butilasetat. Setelah selesai pemutihan dengan asam perressig,
maka pulp tersebut dicuci dengan larutan yang berbeda-beda antara lain dengan
larutan butilasetat atau air hanya didapat kenaikan derajat putih kertas 55,3 dan
55,7% ISO. Sistem pencucian yang terbaik adalah campuran butilasetat, asam
asetat akan tetapi persentase air tidak boleh melebihi 25 %. Kalau presentase air
melebihi 25%, maka akan terjadi 2 fase cairan (tabel 3-40). Sifat kekuatan kertas
setelah pemutihan dengan gas ozon dan asam peressig pada nilai derajat giling
139Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
20ºSR menghasilkan kekuatan tarik antara 9,150 – 9,660 km, kekuatan jebol
anatara 53 – 55,5 m² dan kekuatan jebol anatara 58 – 69,3 cN. Secara umum dapat
dikatakan, bahwa pulp yang diputihkan 2 kali mengalami penrunan sifat kekuatan
kertas. Penurunan ini dapat dimengerti karena pada pemutihan tersebut terjadi
juga kerusakan selulosa atau penurunan derajat polimerisasi selulosa. Namun,
kekuatan kertas tersebut masih dianggap baik untuk konsumsi kertas tulis.
Tabel 3 – 40. Pengaruh Larutan Bahan Kimia Pada Sistem Pencucian PulpTerhadap Perubahan Derajat Putih Kertas dan Sifat KekuatanKertas.
NO Campuran Derajat Kekuatan
(BuAc : HOAc : H2O) Putih Giling Tarik Jebol Sobek
(%)
(%
ISO) (ºSR)
B18 - - - 15,0 19 10,230 59,5 73,3
H1 100: 00 : 00 55,3 20 9,190 53,3 69,3
H2 0: 0:100 57,7 20 9,300 54,7 64,7
H3 60: 35: 05 59,3 20 9,150 54,6 64,5
H4 60: 30: 10 61,0 20 9,060 55,5 63,7
H5 60: 25: 15 62,2 20 9,660 54,3 58,4
H6 60: 20: 20 62,9 20 9,330 55,1 71,2
H7 60: 15: 25 55,5 20 9,200 54,7 64,3
Ketentuan pemutihan:Pemutihan Pertama : 2%Konsentrasi Gas ozon : 93% Asam asesatMedia : 40%Konsistensi : 20ºCTempratur : 42 menit / 100 g pulp
Pemutihan Kedua :Konsentrasi Asam peressig : 2%Media : ButilacetatKonsistensi : 10%Tempratur : 70ºCWaktu Reaksi : 90 menit
140Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.6.2 Pengaruh Pemberian Natrium Karbonat Pada Pemutihan
Pulp Dengan Asam Peressig Di Dalam Media Butilasetat
Pemutihan pulp dengan asam peressig di dalam butilasetat memperoleh
pH larutan < 7, dapat dilakukan dengan pemberian natrium karbonat sampai 10%
(berdasarkan berat pulp kering tanur). Setelah selesai pemutihan, maka pulp
tersebut dicuci dengan campuran antara butilasetat (60%), asam asetat (25%) dan
air (15%). Hasil penelitian menunjukan,bahwa penambahan Natrium karbonat (<
8%) dapat meningkatkan derajat putih kertas sampai 60% ISO. Derajat putih
kertas meningkat antara 80 – 81,5% ISO, apabila waktu pemutihan dilakukan
selama 120 – 180 menit.
Pada konsentrasi Natrium karbonat di atas 10% akan menyebabkan
penurunan derajat putih kertas (sebesar 52% ISO), sifat kekuatan kertasnya pada
nilai derajat giling 20ºSR masih relatif stabil, khususnya kekuatan tarik dan
kekuatan jebol, namun kekuatan sobek mengalami penurunan (Tabel 3-41). Sifat
kekuatan kertas secara keseluruhan pada nilai derajat giling antara 19 – 60ºSR.
Sifat kekuatan tarik kertasnya secara umum tidak mengalami penurunan yang
berarti, namun kekuatan jebol dan sobeknya mengalami penurunan relatif besar.
Tabel 3 – 41. Pengaruh Pemberian Natrium Karbonat Pada Pemutihan PulpDengan Asam Peressig Di dalam Asam Asetat Terhadap PerubahanDerajat Putih Kertas Dan Sifat Kekuatan Kertas.
NO Na2CO3 Derajat Kekuatan
Putih Giling Tarik Jebol Sobek
(% ISO) (ºSR) (km) (m2) (cN)
B18 (Kontrol) 15,0 19 10,230 59,5 73,3
H8 0 59,3 20 9,810 56,7 70,3
H9 2 59,0 20 9,880 53,0 63,1
H10 4 60,1 20 9,690 55,7 74,2
H11 6 60,0 20 10,060 53,6 79,4
H46 6* 80,5 25 11,290 56,3 60,0
141Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
31 11,300 61,9 61,9
40 10,880 72,9 54,5
55 10,530 66,7 50,8
H47 6** 81,5 24 11,170 56,7 56,4
31 11,210 60,2 54,8
40 10,890 67,0 52,1
55 9,720 60,9 51,2
H12 8 60,4 20 10,660 54,4 72,5
H13 10 52,0 20 9,900 53,3 76,5
Ketentuan pemutihan :Tahap I dengan Gas ozon 2% ( lihat Tabel. 3-40)No.H46 dan H47 dengan 3% Ozon
Pemutihan Kedua :Konsentrasi Asam peressig : 2% berdasarkan berat pulpMedia : ButilacetatKonsistensi : 10% pada Tempratur 70ºCWaktu Reaksi : 90 menit, * 120 menit dan ** 180 menit
142Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 27. Sifat Kekuatan Kertas Pada Pemutihan Ze PaN DenganTambahan Natrium Karbonat.
143Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.6.3 Pengaruh Pemberian Asam Asetat Pada Pemutihan Pulp
Dengan Asam Peressig Di dalam Buthylasetat.
Pemutihan pulp Acetosolv pada tahap pertama adalah dengan gas ozon.
Selanjutnya pada tahap kedua dengan asam persessig pada medium butilasetat.
Namun dari segi teknik pemutihan dengan media butilasetat memerlukan
perlakuan khusus, karena proses pulping dan pemutihan dilakukan dengan
menggunakan gas ozon pada media asam asetat. Untuk merubah dari media asam
asetat menjadi butilasetat berarti memerlukan perlakuan pencucian sampai bebas
asam. Berdasarkan hal tersebut, dicoba pemutihan dengan asam peressig pada
medium butilasetat dan campuran antara butilasetat dan asam asetat. Setelah
selesai pemutihan, pulp tersebut dicuci dengan campuran butilasetat (60%), asam
asetat (25%) dan air (15%). Hasil penelitian yang diperoleh paling baik adalah
pemutihan pulp di dalam butilasetat yang menghasilkan derajat putih kertas 79,4%
ISO. Penambahan Asam asetat 10%, menurunkan derajat putih kertas dari 79,4
menjadi 69,8% ISO, sedangkan pemutihan asam peressig di dalam media asam
asetat 100% menurunkan derajat putih kertas dari 79,4 menjadi 51,4% ISO. Sifat
kekuatan paling baik yang diperoleh adalah pada media butilasetat. Pada nilai
derajat giling 30 ºSR diperoleh kekuatan tarik 11.200 km, kekuatan jebol 58,4 m²
dan kekuatan sobek 51,9 cN. Penambahan asam asetat 10% menyebabkan
kekuatan tarik menurun menjadi 10.030 km, kekuatan jebol 58,3 m² dan kekuatan
sobek 48,6 cN. Kekuatan kertas pada media asam asetat (100%) menghasilkan
kekuatan tarik 10,000 km, kekuatan jebol 59,1 m² dan kekuatan sobek 50,2% cN
(Tabel 3-42)
144Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-42. Pemutihan Pulp Dengan Asam pereeig Di dalam Bothylasetat danDiberi Penambahan Asam asetat.
NO Kons. Rendemen Derajat Waktu Derajat Kekuatan Trans-
HOAc (%) Putih Giling Giling Tarik Jebol Sobek paransi
(%) ISO (min) ( º SR ) ( Km ) (m²) ( cN) (%)
H44 0 92,0 79,4 4 30 11,200 70,8 58,4 51,9
H48a 10 91,3 69,8 4 30 10,030 58,3 48,6 61,7
H48b 100 92,0 51,4 4 30 10,000 59,1 50,2 50,2
Ketentuan Pemutihan :Pemutihan tahap pertama : Pemutihan Tahap Kedua :Konsentarsi ozon : 3% Asam peressig : 2%Media : 93% HOAc Media : BuAcTemperatur : 20ºC Temperatur : 90ºCKonsistensi : 40% Konsistensi : 10%Waktu Pemutihan : 60 menit Waktu Pemutihan : 120 menit
3.6.6.4 Pengaruh Konsentrasi Gas Ozon dan Asam Peressig
Konsentrasi gas ozon bervariasi antara 2,0% - 2,5% dan asam peressig
antara 0,5% - 5%. Konsentrasi gas ozon antara 2,0 – 2,5% adalah ideal untuk
melarutkan sisa lignin dari dalam pulp. Derajat putih kertas pada pemutihan gas
ozon 2% dan asam peressig 0,5 – 1% hanya diperoleh antara 45,2 – 58,8% ISO,
sedangkan pada konsentrasi gas ozon 2,5% dan asam peressig 1% diperoleh
derajat putih kertas 68,7% ISO, sedangkan pada konsentrasi gas ozon 2,5%
menghasilkan derajat putih kertas 75,8% ISO. Ketransparanan kertas dari dua
kombinasi tersebur berkisar antara 61 – 75,3%. Sifat kekuatan kertas pada nilai
derajat giling antara 20 – 22ºSR diperoleh kekuatan tarik antara 10,500 – 11,550
km, kekuatan jebol antara 59 – 65 m2, kekuatan sobek antara 61 – 73 cN, dan
kekuatan lipat antara 840 – 2690 m. Kekuatan tarik dan jebol kertas secara umum
tidak mengalami perubahan, sedangkan kekuatan secara drastis, jika konsentrasi
gas ozon 2,5% dan konsentrasi asam peressig 5% (Tabel 3-34). Peningkatan nilai
derajat putih dapat dicapai secara ekonomis dengan hasil yang memuaskan
145Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
apabila temperatur dinaikkan dan waktu pemutihan diperpanjang. Peningkatan
nilai derajat putih kertas tersebut dapat dilihat pada sub bab berikut.
Tabel 3-43. Pengaruh Konsentrasi Gas Ozon dan Asam peressig TerhadapPerubahan Derajat Putih Kertas, Ketransfaran dan Sifat KekuatanKertas.
NO Ze PaN Derajat Trans Derajat Kekuatan
Putih faran Giling Tarik Jebol Sobek Lipat
(%) (%) (% ISO) (%) (ºSR) (km) (m²) (cN) (M)
B18 (Kontrol) 15,0 99,0 19 10,230 59,5 73,3
H14 2,0 0,5 45,2 75,3 22 10,490 60,0 65,6 2690
H15 2,0 1,0 58,8 71,2 22 10,970 61,8 69,1 2580
H16 2,0 1,5 60,0 69,9 21 10,660 62,5 68,9 2480
H17 2,0 2,0 63,5 71,1 20 11,500 65,0 71,1 1740
H18 2,0 3,0 66,4 69,3 21 10,660 64,4 69,3 1210
H19 2,0 4,0 69,0 72,0 21 11,450 62,8 72,9 1050
H20 2,0 5,0 70,9 71,3 22 10,700 59,1 71,3 1400
H21 2,5 1,0 68,7 64,7 22 11,550 65,8 63,5 1560
H22 2,5 2,0 72,5 64,3 22 10,810 63,8 61,1 1540
H23 2,5 3,0 73,7 66,6 20 11,200 62,4 64,1 1480
H24 2,5 4,0 75,2 63,2 21 11,020 63,2 65,9 1940
H25 2,5 5,0 75,8 61,1 22 10,700 64,0 61,9 840
Ketentuan Pemutihan :Pemutihan tahap Pertama : Pemutihan Tahap Kedua :Konsentrasi Ozon : 2 – 2,5% Kons. Asam peressig : 0,5 – 5%Media : 93% HOAc Media : BuAcKonsistensi : 40% Konsistensi : 10%Temperatut : 20ºC Temperatur : 70ºCWaktu reaksi : 40 – 50 min Waktu Reaksi : 2 h
146Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.6.5 Perubahan Temperatur Pemutihan Pulp dengan Asam
Peressig Pada Medium Butilasetat
Pemutihan pulp dengan asam peressig pada medium butilasetat dapat
meningkatkan derajat putih kertas, apabila temperatur pemutihan diubah menjadi
antara 50 – 90ºC. Dari hasil penelitian, bahwa temperatur pemutihan 50ºC hanya
dimenghasilkan nilai derajat puith kertas 74,0% ISO, sedangkan pada temperature
90 ºC menghasilkan derajat putih kertas 82,9% ISO (pada konsentrasi gas ozon
3% dan asam peressig 3%). Pada konsentrasi gas ozon 2% dan asam peressig 3%
diperoleh nilai derajat putih kertas 80,7% ISO. Nilai ketransparanan kertas
berkisar antara 57 – 65%, dan dapat dikatakan bahwa makin tinggi derajat putih
kertas, maka makin menurun nilai ketransparanan kertas. Sifat kekuatan kertas
pada nilai derajat giling 19 – 26ºSR di peroleh kekuatan tarik yang berkisar
antara 10,500 – 11,600 km, kekuatan jebol antara 57 – 70 m² dan kekuatan sobek
antar 57 – 71 cN. Secara umum dapat dinyatakan bahwa sifat kekuatan kertas
antara pulp yang diputihkan dan yang tidak diputihkan relatif stabil (Tabel 3-44).
Tabel 3-44. Pengaruh Temperatur Pada Pemutihan Pulp Tahap Kedua DenganButilasetat Terhadap Perubahan Derajat Putih Kertas, Transparansidan Kekuatan Kertas.
NO Temp PaN Waktu Derajat Trans Derajat Kekuatan
Putih faransi Giling Tarik Jebol Sobek
(ºC) (%) (h) (% ISO) (%) (ºSR) (km) (m²) (cN)
B18 Kontrol 15,0 99,0 19 10,230 59,5 73,3
H26 50 3 3 74,0 65,1 23 11,280 61,9 65,1
H27 60 3 3 76,4 60,1 24 11,580 61,3 60,5
H28 70 3 3 78,4 63,3 20 10,700 60,4 69,5
H29 80 3 3 80,0 57,6 24 11,540 60,7 61,7
H30 90 3 3 82,9 58,3 23 10,500 57,2 57,1
H31 90 2 2 79,0 65,2 20 11,130 59,0 70,2
25 11,140 70,0 59,2
H32 90 2 2 80,7 63,8 20 10,500 58,6 70,8
26 10,880 66,7 59,1
147Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Pemutihan Pertama : Pemutihan Kedua :Kons. Ozon : 2,5% Kons. Asam peressig : 2 – 3%Media : 93% Asam asetat Media : BuAcKonsistentensi : 40% Konsistensi : 10%Waktu : 50 menit Waktu : 2 – 3 jam
3.6.6.6 Pengaruh Waktu Reaksi Pada Pemutihan Pulp Dengan Asam
Peressig Di dalam Medium Butilasetat.
Waktu reaksi pemutihan ternyata pada pemutihan sangat berpengaruh
terhadap kenaikan nilai derajat putih kertas. Makin lama waktu reaksi, maka
makin meningkat nilai derajat putih kertas. Untuk waktu pemutihan selama 1 jam
dengan faktor lainnya diatur konstan, diperoleh nilai derajat putih kertas 70,9%,
sedangkan waktu pemutihan 5 jam menghasilkan nilai derajat putih kertas 80%
ISO.
Ketransparanan kertas sedikit mengalami penurunan, apabila waktu reaksi
diperpanjang, yaitu menurun dari 63,7 menjadi 59%. Sifat kekuatan kertas pada
nilai derajat giling 20 – 24 ºSR diperoleh kekuatan tarik berkisar anatara 10,660 –
11,350 km. Kekuatan tarik ini sedikit mengalami penurunan, apabila waktu reaksi
diperpanjang hingga 5 jam, namun penurunan tersebut tidak terlalu besar.
Kekuatan jebol kertas relatif stabil yaitu berkisar antara 60 – 64 m². Kekuatan
sobek kertas mengalami penurunan antara kertas yang tidak diputihkan dan yang
diputihkan. Penurunan kekuatan sobek kertas adalah wajar, karena sifat fisika
selulosa dan hemiselulosa setelah pemutihan juga berubah, khususnya derajat
polimerisasi selulosa. Kekuatan lipat kertas berkisar antara 0,900 – 1,800 km,
sehingga lipat yang tidak baik apabila waktu pemutihan 4 – 5 jam, sehingga
menyebabkan ikatan antar serat menjadi rapuh (Tabel 3-45).
148Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-45. Pengaruh Waktu Reaksi Pada Pemutihan Pulp Fase Kedua DenganAsam Peressig Terhadap Perubahan derajat Putih Kertas dan SifatKekuatan Kertas.
No. Waktu D e r a j a t Kekuatan Trans- Kekuatan
putih Giling Tarik Jebol Sobek faransi lipat
( jam ) ( % ISO ) ( ºSR ) ( km ) ( m²) (cN) (%) ( Kali )
B18 ( kontrol ) 15,0 19 10,230 59,5 73,3 95,0
H33 1 70,9 21 11,350 62,7 63,4 63,7 1550
H34 2 75,9 22 10,810 63,8 61,1 63,3 1540
H35 3 78,4 20 10,700 60,4 69,5 63,6 1800
H36 4 78,7 24 10,660 60,0 68,1 60,9 1040
H37 5 80,0 24 10,780 60,1 60,6 59,0 900
Kekuatan Pemutihan :Pemutihan pertama :Konsentrasi Ozon : 2,5% (berdasarkan berat pulp)Media : 93% Asam asetatTemperatur : 20ºCKonsistensi : 40%Waktu Reaksi : 52 min/100 g (pulp kering tanur)
Pemutihan Kedua :Konsentrasi Asam peressig : 3% (berdasarkan berat pulp)Media : ButilacetatTemperatur : 70ºCKonsistensi : 10%
3.6.6.7 Pengaruh Konsistensi Pulp Pada Pemutihan Dengan Asam
Peressig Di dalam Medium Butilasetat.
Konsistensi pulp yang diteliti berkisar antara 6 – 20%. Pertimbangan
penentuan konsistensi > 6% adalah untuk mengurangi pemakaian Butilasetat dan
efektivitas asam peressig didalam melarutkan sisa lignin, khususnya gugusan
khromoform. Selanjutnya, pertimbangan penentuan konssistensi di bawah 20%
adalah untuk menghindari terjadinya reaksi kimia antara asam peressig denan pulp
149Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
yang tidak merata. Dari hasil penelitian diketahui bahwa pada konsistensi 8 – 16%
tidak menunjukkan perbedaan hasil nilai derajat putih kertas.
Pada konsistensi 6% diperoleh derajat putih kertas 77,8% ISO. Hal ini
disebebkan masih terdapat asam perssig yang tersisa di dalam larutan Butilasetat
sebagai media. Demikian pula pada konsistensi 20% menyebabkan reaksi kimia
yang tidak seragam antara asam peressig dengan gugusan khromoform lignin,
sehingga menyebabkan derajat putih kertas menurun dari 78,7% ISO menjadi
78,0% ISO. Nilai ketransparanan kertas berkisar antara 60,7 – 65,1 % dan tidak
menunjukkan perbedaan yang jelas. Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling
20 – 23ºSR dapat dikatakan bahwa kekuatan tarik dan jebol kertasnya relatif
stabil. Kekuatan tarik berkisar antara 10,300 – 11,300 km dan kekuatan jebol
antara 66 – 69 m². Kekuatan sobek kertas sedikit mengalami penurunan dari
73,3cN menjadi 60 – 65 cN. Sedangkan kekuatan lipat mengalami penurunan dari
1200 m menjadi 900 m, apabila konsistensi 12 – 20% (Tabel 3-46).
Tabel 3-46. Pengaruh Konsistensi Pada Pemutihan Pulp Dengan Asam PeressigTerhadap Perubahan Derajat Putih Kertas dan Sifat Kekuatan Kertas.
No Konsis Derajat Kekuatan Trans- Kekuatan
tensi Putih Giling Tarik Jebol Sobek paransi Lipat
(%) (% ISO ) (º SR ) ( km ) (m² ) ( cN) (%) ( m)
B18 ( kontrol ) 15,0 19 10,230 59,5 73,3 95,0
H38 6 77,8 21 10,330 60,4 67,2 61,1 1220
H39 8 78,5 22 11,060 65,8 69,0 60,7 1110
H40 10 78,4 20 10,700 60,4 69,5 63,6 1180
H41 12 78,8 22 11,270 59,6 66,2 63,5 880
H42 16 78,7 23 10,970 61,7 66,1 63,3 990
H43 20 78,0 22 10,300 66,4 66,4 65,1 900
Ketentuan Pemutihan :Pemutihan Pertama :Konsentrasi Ozon : 2,5% berdasarkan berat pulpMedia : 93% Asam asetatKonsistensi : 40%Temperatur : 20ºC
150Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Waktu Reaksi : 52 min/100 g (pulp kering tanur)
Pemutihan Kedua :Konsentrasi Asam peressig : 3% berdasarkan berat pulpMedia : ButylasetatTemperatur : 70ºCWaktu reaksi : 3 jam
3.6.6.8 Nilai Optimal Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon dan Asam
Peressig.
Dari hasil penelitian pemutihan pulp dengan gas ozon dan asam peressig
dari berbagai faktor, maka di peroleh nilai optimal. Pemutihan pada tahap pertama
harus menggunakan gas ozon pada konsentrasi 3% (untuk pulp dengan bilangan
kappa awal antara 25-30), media asam asesat 93%, tempratur 20ºC dan
konsistensi pulp 40%. Pada kondisi tersebut, sebagian besar sisa lignin dari dalam
pulp dapat ter-reduksi dan sifat kekuatan kertasnya relatif stabil.
Pemutihan pada fase kedua adalah menggunakan asam peressig dengan
konsentrasi 2% yang secara ekonomis dapat dipertanggung jawabkan, waktu
reaksi 2 -3 jam, media 100% butilasetat, temperatur 90ºC dan konsistensi 10%.
Dengan ketentuan tersebut di atas diperoleh nilai derajat putih kertas antara 79 –
81,7% ISO, rendemen 91,9 – 92,3% dan nilai ketransparan kertas antara 50,5-
51,9%. Sifat kekuatan kertas pada niali derajat giling 30º SR diperoleh kekuatan
tarik 10,000 – 11,200 km, kekuatan jebol 68,9-70,8 m² dan kekuatan sobek ±
58,3 cN ( tabel 3- 47 ).
Untuk mengetahui sifat kekuatan kertas dari kisaran derajat giling 20 – 60
ºSR dapat dilihat pada gambar 3-27. Secara umum kekuatan kertas antara pulp
yang diputihkan dan yang tidak diputihkan mengalami penurunan, khususnya
pada pemutihan dengan asam peressig salama 3 jam. Namun secara komersial,
kekuatan kertas tersebut masih memenuhi standar pengujian internasional.
Sebaliknya, penurunan sifat kekuatan kertas yang paling besar adalah penurunan
kekuatan sobek kertas pada nilai derajat giling diatas 30 ºSR. Untuk melihat hasil
penelitian secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel lampiran 7-1
151Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3-47. Nilai Optimal Pemutihan Pulp.
NO
Pemu
- Konsen- Waktu Bk Rende- Derajat Dg Kt Kj Ks Trans-
Tihan trasi men Putih paransi
(%) (min) (%)
(%
ISO) (ºSR) (m) (m²) (cN) (%)
B18 Kontrol 26,5 15,0 30 11.180 73,6 64,8 95,0
ZE 3 64 1,2 94,0 47,4 30 12.070 72,4 62,4 92,0
H44 PaN 2 120 92,3 79,0 30 11.200 70,8 58,4 51,9
H45 PaN 2 180 91,9 81,7 30 10.010 68,9 58,3 50,5
Ketentuan Pemutihan :Pemutihan Pertama : Pemutihan Kedua :Media : 93% Asam asesat Media : BuAcTempratur : 20ºC Temperatur : 90ºCKonsistensi : 40% Konsistensi : 10%Bk : Bilangan kappaDg : Derajat GilingKt : Kekuatan TarikKj : Kekuatan JebolKs : Kekuatan Sobek
152Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 28. Sifat Kekuatan Kertas Setelah Pemutihan ZE PaN.
153Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.7 Tiga Kombinasi Pemutihan Antara Gas Ozon Dengan Asam peressig
(ZE ZE PaN)
Pemutihan pulp dengan 3 (tiga) kombinasi yaitu dua kali dilakukan
dengan gas ozon dan satu kali menggunakan asam peressig. Medium pemutihan
gas ozon adalah asam asetat, pemutihan dengan asam peressig menggunakan
media Butilasetat. Derajat putih kertas paling baik diperoleh dari hasil pemutihan
dengan gas ozon sebanyak dua kali pada konsistensi 40%, yang dilanjutkan
dengan asam peressig pada konsisitensi 10%. Nilai derajat putih kertasnya adalah
Tabel 3-48. Pemutihan Gas Ozon Dua Kali dan Pemutihan Terakhir DenganAsam Peressig Di dalam Butilasetat.
NO Pemuti- Konsen- Tempe- Konsis Waktu Bilangan Derajat Rendemen
Han Trasi Ratur tensi Kappa Putih
( A - T) (ºC) (%) (Menit) (% ISO) (%)
B18 Kontrol 26,5 15,0 53,8
H49 ZE 2 1,7 20 10 42 13,9 21,0 95,2
ZE 1 0,9 20 40 21 2,4 36,0 92,4
PaN 3 - 70 10 120 - 75,2 89,4
H50 ZE 2 1,7 20 10 42 13,9 21,0 95,2
ZE 2 1,4 20 40 42 1,4 48,3 91,1
PaN 3 70 10 120 - 78,6 88,0
H51 ZE 2 1,9 20 40 42 5,4 35,2 95,1
ZE 1 0,6 20 40 21 0,3 56,1 91,9
PaN 3 - 70 10 120 - 83,3 88,5
Keterangan :A: Awal, T: Terpakai
154Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling 30ºSR diperoleh kekuatan
tarik antara 8,750 – 10,600 km, kekuatan jebol antara 48 – 66 m² dan kekuatan
sobek 50 – 57,6 cN (Tabel 3-49). Kekuatan kertas secara keseluruhan dari
berbagai nilai derajat giling (20 – 60ºSR) adalah bahwa kekuatan tarik setelah
pemutihan pulp 3 kali sedikit mengalami penurunan khusunya pada nilai derajat
giling 20 – 40ºSR, kekuatan jebol kertas juga mengalami penurunan, khususnya
pemutihan pulp dengan gas ozon 2 kali pada konsistensi tinggi (40%), kekuatan
sobek kertas mengalami penurunan relatif besar dengan kisaran nilai antara 45 –
60 cN (Gambar 3-29)
Tabel 3-49. Sifat Kekuatan Kertas pada Nilai Derajat Giling 30ºSR setelahpemutihan ZE ZE PaN.
NO Kekuatan Kekuatan Kekuatan Ketransparanan
Tarik Jebol Sobek
(km) (m²) (cN) (%)
B18 (Kontrol) 11,180 59,5 73,3
H49 10,600 65,9 57,6 55,9
H50 8,750 48,1 50,0 54,8
H51 9,760 56,5 53,5 48,4
155Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 29. Sifat kekuatan kertas setelah pemutihan ZE ZE PaN.
Keterangan :
ZE ZE PaN (2,1,3%) artinya pemutihanTerhadap pertama den gas ozon (ZE) : 2 %Terhadap kedua dengan gas ozon (ZE) : 1 %Terhadap ketiga dengan asam peressig (PaN) : 3 %
156Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.8 Tiga Kombinasi Pemutihan Antara Gas Ozon, Asam Peressig dan
Borol (ZE PaN ER)
Dari hasil pengujian kekuatan kertas pada kombinasi pemutihan yang
dilakukan dua kali dengan gas ozon dan peressig ternyata sangat rendah,
khususnya kekuatan sobek. Berdsarkan hal tersebut di atas, maka dicari alternatif
lain. Tujuan kombinasi pemutihan ini adalah untuk meningkatkan nilai derajat
putih kertas, rendemen dan sifat kekuatan kertas. Dari hasil penelitian diketahui
bahwa kombinasi pemutihan antara gas ozon, asam peressig dan borol yang paling
baik adalah (12 % Na BH4 di dalam 40 % larutan NaOH).
Pemutihan tahap ketiga dengan larutan borol 0,1 – 0,3% dapat
meningkatkan derajat putih kertas 79,0% ISO menjadi menjadi 86% ISO. Larutan
Borol ternyata mampu meningkatkan derajat putih kertas cukup besar hanya
mengakibatkan dan penurunan rendemen 1 – 1,5% (Tabel 3-50).
Tabel 3-50. Pemutihan Pulp Dengan Borol Pada Tahap Terakhir DenganKombinasi (ZEPaNER).
NONaBH
4 NaOH Tempe- Waktu Konsis- Bilangan Derajat Rende-
ratur tensi Kappa Putih men
(%) (%) (ºc) (min) (%) (% ISO) (%)
B18 (Pulp tidak diputihkan) 26,5 15,0
H44 ZEPaN (Kontrol) - 79,0 92,3
H52 0,1 80 90 10 - 83,0 91,5
H53 0,2 80 90 10 - 84,7 89,5
H54 0,3 80 90 10 - 83,7 91,4
H45 ZEPaN - 81,7 91,7
H55 0,1 2,5 80 90 10 - 86,0 90,6
157Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling antara 20 – 60 ºSR,
diperoleh bahwa kekuatan tarik kertas mengalami penurunan relatif besar,
disebabkan oleh pengaruh larutan alkali. Larutan alkali tersebut dapat
memutuskan gugusan cabang hemiselulosa, misalnya gugusan cabang
hamiselulosa, misalnya gugusan acetil dan hidroksil. Rantai linier pada selulosa
dan hemiselulosa juga dapat terputuskan. Reaksi tersebut, akan menyebabkan
daya tarik antar serat menurun. Kekuatan jebol yang relatif stabil apabila apabila
konsentrasi larutan borol 0,1 %, akan tetapi pada konsentrasi larutan Boro 0,3%
menyebabkan penurunan kekuatan jebol relatif besar, khususnya pada nilai derajat
giling 30 – 40 ºSR. kekuatan sobek pada nilai derajat giling ± 20 ºSR relatif stabil,
akan tetapi pada nilai derajat giling antara 30 – 40 ºSR mengalami penurunan
relatif besar ( tabel 3 -51 dan gambar 3- 30).
Tabel 3- 51. Pemutihan Pulp Dengan Kombinasi ZEPaNER TerhadapSifat Kekuatan Kertas 30 ºSR.
No Kekuatan Kekuatan Ketransparanan
Tarik Sobek
(Km) (cN)
B18(kontrol) 11,180 59,5
H52 9,800 73,6 60,7
H53 7,270 58,4 61,5
H54 9,150 63,2 61,2
H55 9,700 70,5 62,3
158Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 30. Sifat Kekuatan Kertas Setelah Diputihkan ZEPaNER.
159Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.9 Tiga Kombinasi Pemutihan Antara Aasam Peressig, Gas Ozon Di
dalam Asam Asesat dan Asam Peressig Di dalam Butilasetat ( PaN ZE
PaN ).
Pemutihan tahap pertama dengan butilasetat dapat menurunkan bilangan
kappa antara 50 – 70, akan tetapi kenaikan derajat putih kertas hanya relatif kecil.
Pemutihan tahap kedua dengan gas ozon dapat menurunkan bilangan kappa dari
12,2 menjadi 0,5 dan kenaikkan derajat putih kertas dari 17,6% ISO menjadi
62,7%. Penurunan derajat putih kertas sampai 2 tahap pemutihan menurun
menjadi 94,8%. Pemutihan tahap ketiga adalah dengan asam peressig di dalam
larutan Butilasetat. Derajat putih kertas dengan 3 kombinasi sebesar 80% ISO dan
rendemen pulp 94,3% (Tabel 3-52).
Tabel 3-52.Kombinasi pemutihan pulp PaEZEPaN (Konsentrasi Asam asetat 98 %)
NO Pemutihan Konsentrasi Tempe
ratur
Waktu Konsis
tensi
Bal.
Kappa
Rende
men
Derajat
Putih
A T
(%) (%) (ºC) (min) (%) (%) (% ISO)
B18 (Kontrol) 26,5 53,8 15,0
H56 PaE 2 85 120 10 12,9 98,1 17,6
ZE 2,5 2,3 20 50 40 0,5 94,8 62,7
PaN 1 86 60 10 - 94,3 80,0
Keterangan :A : AwalT : Terpakai
160Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Sifat kekuatan kertas pada nilai derajat giling 30ºSR pada pemutihan
dengan peressig tidak mengalami perubahan (Tabel 3-53). Namun bila melihat
sifat kekuatan kertas secara keseluruhan pada nilai derajat giling 20 – 60ºSR
ternyata mengalami penurunan. Pada kombinasi pemutihan antara asam peressig
dan gas ozon pada nilai derajat giling antara 20 – 60ºSR, mengalami penurunan
secara drastic. Kombinasi pemutihan 3 (tiga) kali yaitu asam peressig pada nilai
derajat giling 20 – 60 ºSR, sifat kekuatan kertas mengalami penurunan, khususnya
kekuatan kertas (Gambar 3-31).
Tabel 3-53. Pemutihan Pulp Dengan Kombinasi PaEZEPaN Terhadap PerubahanSifat Kekuatan Kertas (30ºSR).
NO Pemutihan Kekuatan Kekuatan Kekuatan Ketrans
Tarik Jebol Sobek faranan
(km) (m²) (cN) (%)
B18 (Kontrol) 11,150 68,9 64,3 -
H56 PaE 12,500 70,5 70,0 -
ZE 9,400 45,8 51,5 55,5
PaN 9,810 50,5 45,0 50,0
161Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Gambar 3 – 31. Sifat Kekuatan Kertas Setelah Pemutihan Pulp DenganKombinasi PaEZEPaN.
162Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
3.6.10 Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon dan Asam Peressig Di dalam
Medium Asam Acetat ( ZE PaE ZE PaE)
Pemutihan pulp Acetosolv dari proses pulping sampai pemutihan ideal
apabila menggunakan media asam asetat. Kombinasi pemutihan dilakukan dengan
gas ozon, asam peressig, gas ozon dan asam peressig yang kesemuannya pada
media asam asesat 93%. Pada pemutihan tahap pertama, gas ozon telah mampu
mereduksi bilangan kappa dari 23 menjadi 0,4 rendemen 93,4 % dan derajat putih
kertas meningkat dari 13,4% ISO menjadi 45,1% ISO. Pada pemutihan tahap
kedua yaitu asam peressig di dalam asam asetat hanya menaikkan derajat putih
kertas dari 45,1% ISO menjadi 48,1% ISO dan rendemennya sebesar 92,6 %.
Pemutihan pada tahap ketiga dengan gas ozon, menghasilkan derajat putih
kertas meningkat dari 48,1% ISO menjadi 82,8% ISO dan rendemen pulp
menurun dari 92,6 % menjadi 88,8 %. Peningkatan derajat putih kertas ini cukup
tinggi apabila pemutihan kedua tidak menggunakan gas ozon, namun
kelemahannya terjadi penurunan rendemen cukup tinggi, yang disebabkan oleh
terjadinya kerusakan rantai hemiselulosa dan selulosa. Selanjutnya, pada tahap
keempat adalah pemutihan dengan asam peressig di dalam media asam asetat.
Dari kombinasi ini diperoleh derajat putih kertas hanya meningkat 83,4% ISO
dan penurunan rendemen dari 88,8% menjadi 87,1%. Untuk meningkatkan nilai
derajat putih kertas harus mengganti media pada tahap keempat dari asam asetat
dengan media air atau butilasetat. Cara lain yang dapat dilakukan adalah ekstraksi
alkali dengan NaOH atau larutan borol (Tabel 3 -54).
163Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Tabel 3 -54. Pemutihan Pulp Dengan Kombinasi ZEPaEZEPaE Di dalam Medium93% Asam asetat.
Setelah selesai proses pulping, selanjutnya pulp dimasukkan ke dalam
corong porselin dan ditekan agar filtratnya keluar. Kemudian dibilas dengan
asam asetat panas dan disedot agar filtratnya keluar. Pulp tersebut diambilnya
dan kemudian dimasukkan ke dalam ember dan dicampur dengan asam asetat
panas 93% dengan konsistensi ± 4%. Pulp tersebut disaring hingga sampai
warna filtratnya menjadi bening atau tidak ada lagi lignin yang terlarut.
Setelah itu, pulp dicuci dengan air hingga bebas asam asetat dan pulp tersebut
diuji untuk penelitian, baik rendemen, sisa kayu, bilangan kappa dan sifat
kekuatan kertasnya. Asam asetat yang digunakan untuk mencuci pulp ± 100
gram sebanyak 7 – 10 liter asam asetat.
181Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
d.2. Pencucian Pulp Dengan pelarut lainnya.
Pencucian pulp dapat dilakukan dengan larutan yang lain seperti
campuran antara asam asetat, Butilasetat Etilasetat dan Air. Tahap pekerjaan
lainnya adalah hampir sama dengan sistem pencucian dengan asam asetat.
e. Pengerjaan Pulp Lanjutan
Setelah pulp selesai dicuci dengan air dan telah bebas asam asetat,
selanjutnya pulp diaduk dengan kecepatan 1500 Rpm selama 2 menit ke kiri dan 2
menit ke kanan. Selanjutnya, pulp disortir dengan alat sortir 0,15 mm. Dengan
cara ini, akan diperoleh pulp dan sisa kayu yang tidak termasak, sehingga
persentase rendemen dan sisa kayu yang tidak termasak dapat di hitung. Untuk
mendapatkan keseragaman kadar air pulp, maka pulp tersebut dimasukkan ke
dalam alat sentrifugel selama ± 10 menit dan akan didapat moisture faktor ± 0,29
– 0,32. Sedangkan sisa kayu yang tidak termasak dikeringkan guna mendapatkan
berat kering tanur dan bisa diperhitungkan secara persentase. Pulp tersebut
selanjutnya dimasukkan ke dalam plastik tertutup dan dimasukkan ke dalam
kulkas agar tidak terjadi perubahan kadar air dan digunakan pengujian pulp
maupun pemutihan pulp.
4.3 Perlakuan Pulp.
Untuk menurunkan kadar lignin yang tersiksa dari dalam pulp, maka bisa
dilakukan berbagai cara yaitu pencucian ulang dengan asam asetat panas,
ekstraksi serta proses pulping ulang. Prinsipnya sama dengan proses pulping atau
proses pencucian.
182Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
4.4 Pemutihan pulp
4.4.1 Bahan baku
Bahan baku pulp yang digunakan untuk pemutihan terdiri dari pulp dengan
perbedaan katalisator dan proses pulping. Untuk pulp yang sama dikumpulkan
dan dicampur dengan asam asetat 93% pada konsistensi 3 – 4%. Selanjutnya, pulp
tersebut di pres hingga mencapai konsistensi ± 35 – 40%, kemudian di masukkan
ke dalam kaffeMuhle. Setelah itu, pulp tersebut akan terpisah menjadi serat, yang
kemudian dimasukkan ke dalam plastik dan disimpan di dalam kulkas pada
temperatur ± 5°C.
4.4.2 Pemutihan Pulp Dengan Gas Nitrogen dioksida Di dalam Asam
asetat
Pemutihan pulp dengan Nitrogen dioksida telah dikembangkan oleh
KORDSACHIA (1984). Pulp yang digunakan sebagai bahan baku penelitian
adalah pulp nomor MA1 dan GA1. Nitrogen dioksida pada awalnya berupa cairan,
namun setelah dipanaskan pada tempratur 60 – 80 °C berubah menjadi gas. Gas
tersebut dialirkan dengan tekanan gas oksigen melalui pipa plastik menuju alat
rotari dan botol bulat. Perhitungan persentase gas Nitrogen dioksida berdasarkan
perhitungan 1 ml = 1,5 gram.
4.4.3 Pemutihan Pulp Dengan Gas Ozon Di dalam Asam asetat.
Pulp yang telah tersuspensi dalam asam asetat atau pulp yang telah
digiling di dalam alat kaffemuhle dimasukan ke dalam tabung bulat 2 liter, untuk
pulp seberat 50 gram atau 100 gram. Selanjutnya, pulp diputar dalam Rotaion
Verdamper dan dialiri gas ozon pada konsentrasi tertentu. Untuk pulp konsistensi
rendah (0,5 – 2%) dimasukkan ke dalam erlenmayer yang dilengkapi dengan
magnit putar. Alat ozon yang dipakai adalah Type OZ II Labortehnik Fischer,
sedangkan untuk mengetahui konsentrasi gas ozon dihitung secara jodometri.
183Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Kalibrasi dihitung dengan cara gas ozon yang dialirkan dimasukkan ke
dalam larutan asam asetat – kalium yodida, yang selanjutnya dititrasi dengan
Natriumthiosulfat. Dari perhitungan tersebut akan diketahui konsentrasi gas ozon
pada waktu dan tekanan tertentu dalam bentuk jumlah gas ozon per satuan gram
pada waktu tertentu.
4.4.4 Pemutihan Pulp Dengan Hidrogen Peroksida dan Asam Peressig
Didalam Medium Asam Asetat Atau Butylasetat.
Pulp dimasukkan ke dalam botol bulat volume 1 liter dan dipasang pada
alat rotion Vardampfer. Temperatur pemutihan dapat diatur dalam penangas air
dan kontrol temperatur sehingga temperatur stabil. Dalam waktu 20 – 30 menit,
telah diperoleh kondisi temperatur yang cukup seragam di dalam botol bulat
tersebut, selanjutnya ditambahkan asam peressig atau hidrogen peroksida pada
volume tertentu/menurut ketentuan yang diinginkan.
4.4.5 Pemutihan Pulp Dengan Asam peressig Di dalam pH Netral.
Setelah pulp diputihkan dengan gas Nitrogen dioksida atau gas ozon,
selanjutnya pulp dicuci dengan air. Setelah pulp tersebut terbebas dari asam asetat,
langkah berikutnya adalah pulp dicuci dengan Butilasetat, dengan tujuan untuk
menghilangkan air dari dalam pulp. Pulp tersebut harus dalam kondisi larutan
Butilasetat dengan konsisitensi ± 10%. Asam peressig yang dipakai adalah asam
peressig 40%, yang didalamnya masih mengandung ± 3,5% hidrogen peroksida.
Jumlah peroksida dihitung secara Jodometri dan diperhitungkan ekivalen dengan
hidrogen peroksida. Pulp yang telah dicampur dengan Butilasetat dimasukkan ke
dalam tabung bulat dan dipanaskan di dalam penangas air selama kurang lebih 20
menit pada temperatur tertentu, yang selanjutnya diberi asam peressig pada
volume tertentu. Setelah selesai pemutihan, pulp tersebut ditekan dan dicuci
dengan air panas, dan selanjutnya dicuci dengan air dingin sampai bebas
butilasetat. Percobaan yang lain yaitu dengan sistem pencucian tidak dengan air,
184Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
melainkan dengan campuran antara butilasetat – asam asetat dan air. Pencucuian
yang terakhir dilakukan hanya dengan menggunakan air.
4.5 Penelitian Pulp
4.5.1 Rendemen
Penentuan rendemen didasarkan metode pengeringan (metode DARR)
yaitu MERKBLATT IV/42/62 des VEREINS der ZELLSTOFF – und Papier
Chemiker und – Ingenicure atau asosiasi kimia pulp kertas dan sarjana kimia.
4.5.2 Bilangan Kappa
Derajat delignifikasi pulp ditentukan berdasarkan nilai bilangan kappanya
(sisa lignin di dalam pulp dikalikan faktor ± 0,15), yang dilakukan dengan metode
Zellcheming IV/37/80. Untuk bilangan kappa rendah atau sisa lignin di bawah
1%, digunakan perhitungan bilangan kappa mikro menurut metode TAPPI
UM246/82.
4.5.3 Derajat Polimerisasi Selulosa/DP
Nilai rataan Dp Selulosa di dalam pulp dihitung dengan cara viskositas di
dalam larutan Cadoxen (Trietilendiamin – Cadmiumhidroksida), di mana pulp
tersebut akan terlarut dengan sempurna. Larutan Cadoxen dibuat menurut metode
DONETZHUBER (1960) dan Brown (1967) dan konsentrasinya dihitung
berdsasarkan Standar Zellcheming IV/52/71.
Persiapan contoh uji pulp menurut penelitian KORDSACHIA 1984),
adalah bahwa setiap pulp di buat ulangan minimal 2 kali. Pengukuran viskositas
dengan alat viskosimeter kP6 (IC Kapiler dengan nilai k = 0,03 sebagai nilai
garis). Perhitungan nilai viskositas didasarkan atas mengalirnya larutan tersebut
melalui pipa kapiler viskosimiter pada batas nonius. Nilai viskositas adalah nilai
rataan yang di konversikan ke dalam nilai viskositas batas / Grenzviskositat /
menurut zellcheming III/36/61. Dari nilai Viskositas batas tersebut dapat
diperhitungkan ke dalam nilai derajat polimerisasi selulosa / Dp.
185Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
4.5.4 Sifat Kekuatan Kertas
Sebelum pengujian sifat kekuatan kertas, pulp tersebut digiling dengan alat
yokro muhle untuk mendapatkan nili derajat giling tertentu. Kisaran derajat giling
diperoleh antara 14 – 80°SR. Dari lembaran kertas yang dibuat akan dapat
diketahui berat dan kerapatan kertas. Selanjutnya, dari kertas tersebut kemudian
diuji kekuatan tarik, sobek, jebol dan lipat dengan standar yang digunakan adalah
Zellcheming nomor V/461, V/5/60, V/6/61, V/7/61, V,8,61, V/10/57, V/11/57/,
V/12/57, dan V/13/62.
4.5.5 Pengujian Sifat Optis
Derajat putih kertas dalam satuan % ISO di ukur dengan cara ZEISS –
Elrephometer. Selanjutnya, pengukuran derajat remisi di lakukan menurut standar
TAPPI R46 dengan panjang gelombang cahaya 475 ŋm.
4.5.6 Penentuan Konsentrasi Asam Asetat
Penentuan Konsentrasi asam asetat dapat dilakukan dengan menggunakan
2 (dua) metoda yaitu :
- Pengukuran jenis dengan alat AEREO meter yang distandarkan dengan
Tabel. Kesalahan pengukuran yang mungkin terjadi diperkirakan 1% (untuk
konsentrasi asam asetat di atas 60%).
- Penentuan dengan metode titrasi Natriumhidroksida dan phenolphthalein
sebagai indikator - Kesalahan pengukuran yang mungkin terjadi
diperkirakan 1% (untuk konsentrasi asam asetat di atas 60%).
186Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
BAB V
KESIMPULAN
Asam asetat pekat yang ditambah katalisator asam klorida merupakan
pelarut lignin yang selektif untuk jenis kayu Spruce / Fichte pada tekanan
atmosfer dan tempratur titik didih pada proses pulping Acetosolv (NIMZ dan
CASTEN, 1984).
Tujuan penelitian adalah optimalisasi proses pulping Acetosolv dari jenis
kayu Spruce / Fichte (Picea abies) dan pemutihan pulp bebas klor di dalam media
asam asetat atau media lainnya.
Bagian pertama penelitian ini adalah mencari parameter proses pulping
dan optimalisasinya. Penelitian selanjutnya adalah melihat pengaruh perlakuan
chip dan pulp terhadap penurunan bilangan kappa.
Dari hasil penelitian ini di temukan 3 jenis katalisator yang dapat
digunakan di dalam proses pulping. Katalisator tersebut adalah asam klorida,
aluminium klorida dan Asam bromida.
Hasil optimalisasi tersebut dapat diringkaskan sebagai berikut :
Asam klorida sebagai katalisator dengan nilai optimal :
- Konsentrasi Asam klorida = 0,17% (berdasarkan volume larutan)
- Konsentrasi Asam asetat = 93% (berdasarkan Berat Kering Tanur)
- Waktu Pemasakan = 5 jam
- Temperatur = 110°C
- Rasio (kayu : larutan) = 1 : 7
Dari hasil ketentuan proses pulping, maka didapat nilai optimal
sebagai berikut :
- Bilangan Kappa = 18- Rendemen total = 50 %- Sisa chip = < 0,1 %
187Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
- Derajat Giling = 30 °SR- Waktu Giling = 2,5 – 5 menit- Kekuatan tarik = 11,200 km- Kekuatan jebol = 70 m²- Kekuatan sobek = 63,2 cN
Sedangkan pengaruh perlakuan chip kayu (impragnasi, ekstraksi,
perendaman dan cara lain) tidak memberikan hasil yang optimal. Nilai optimal
untuk katalisator Aluminium klorida adalah sebagai berikut :
- Kons. A1C13 (Alumium klorida) = 0,30%
(berdasarkan volume larutan)- Kons. Asam asetat = 93%
(berdasarkan berat kering tanurkayu).
- Waktu pemasakan = 5 jam
- Temperatur = 110°C
- Rasio (kayu : larutan) = 1 : 7
Hasil Penelitian :
- Bilangan Kappa = 19
- Rendemen total = 54,7%
- Sisa kayu = 0,1%
- Derajat Giling = 30°SR
- Waktu Giling = 12,000 km
- Kekuatan Jebol = 71 m²
- Kekuatan Sobek = 66 cN
Nilai Optimal untuk katalisator Asam bromida sebagai berikut :
- Kons. Asam bromide = 0,38% (berdasarkan volume larutan)
- Kons. Asam asetat = 93% (berdsasarkan berat kering tanur
kayu)- Waktu pemasakan = 2 – 3,5 jam
188Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
- Rasio (kayu : larutan) = 1 : 7
Hasil Penelitian :
- Bilangan kappa = 14 – 20
- Rendemen total = 50 – 53%
- Sisa kayu yang tidak termasak = < 0,5%
- Derajat giling = 30°SR
- Waktu giling = 2,5 – 5 menit
- Kekuatan tarik = 11,600 – 11,900 km
- Kekuatan jebol = 65 – 69 m²
- Kekuatan sobek = 68 – 70 cN
Hasil optimal proses pulping Acetosolv jika dibandingkan dengan proses
lainnya, ternyata proses pulping Acetosolv menghasilkan bilangan kappa yang
rendah, rendemen tinggi, kekuatan tarik dan jebolnya lebih baik dari proses
lainnya, sedangkan kekuatan sobeknya sedikit lebih rendah dari proses Sulfat atau
ASAM. Pulp Acetosolv dari kayu Spruce mempunyai sifat kekuatan kertas lebih
baik, jika dibandingkan dengan kayu daun lebar yang berasal dari daerah tropis.
Pulp Acetosolv dari jenis kayu Spruce yang menggunakan sistem tekanan
tinggi menghasilkan nilai bilangan kappa, rendemen pulp, dan kekuatan kertasnya
relatif lebih rendah jika dibandingkan pulp Acetosolv tanpa tekanan. Selain itu,
ukuran chip juga mempengaruhi sifat kekuatan kertas, khususnya chip yang kecil
menyebabkan sifat kekuatan kertasnya menurun.
Bagian kedua penelitian ini adalah pemutihan pulp Acetosolv bebas klor
dari jenis kayu Spruce. Pemutihan pertama yang terbaik adalah dengan
menggunakan gas ozon di dalam media asam asetat. Faktor yang mempengaruhi
pemutihan pulp dengan gas ozon adalah konsentrasi gas ozon, konsentrasi asam
asetat, temperatur, konsistensi serta bilangan kappa awal.
189Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
Nilai optimal pada pemutihan dengan menggunakan gas ozon adalah
sebagai berikut :
- Konsentrasi Asam asetat > 90%- Temperatur antara 20 – 30°C- Konsistensi antara 35 – 46%- Konsentrasi gas ozon tergantung bilangan kappa awal.
Hasil Penelitian pemutihan dengan gas ozon :
- Viskositas atau nilai derajat polimerisasi sedikit mengalami penurunan- Peningkatan nilai derajat putih kertas sangat tinggi- Penurunan bilangan kappa dapat ter reduksi hingga mencapai 95%- Sifat kekuatan kertas relatif stabil, bahkan untuk kekuatan tarik dan
jebol mengalami peningkatan- Gas ozon terpakai dapat mencapai 99%.
Pemutihan dengan menggunakan gas ozon dua kali tidak menunjukkan
peningkatan nilai derajat putih kertas. Selain gas ozon, dapat juga digunakan gas
natrium dioksida sebagai bahan pemutih pada tahap pertama. Dari hasil
optimalisasi pemutihan dengan gas nitrogen dioksida, dapat dikatakan bahwa
pemutihan dengan gas nitrogen dioksida kurang baik jika dibandingkan dengan
gas ozon. Begitu pula pemutihan pulp pada tahap pertama dengan asam peressig
atau hidrogen peroksida juga kurang baik.
Pemutihan pulp pada tahap kedua adalah dengan menggunakan Asam
peressig pada media Butilasetat. Kombinasi pemutihan yang terbaik adalah Ze
Pan (gas ozon pada media asam asetat dan asam peressig pada media butilasetat).
Dari hasil kombinasi ini, diperoleh nilai derajat putih kertas 82% ISO dan sifat
kekuatan kertasnya mengalami sedikit penurunan.
Pemutihan yang terakhir pada kombinasi yang ketiga adalah ekstraksi
alkali dengan natrium bohrhydrida (NaBH4). Dari kombinasi pemutihan Ze Pan
ER di peroleh nilai derajat putih kertas 86% ISO, akan tetapi sifat kekuatan
kertasnya mengalami penurunan antara 15-35%. Untuk mendapatkan derajat putih
kertas > 90% ISO dengan pemutihan bebas klor mengalami sedikit kesulitan
untuk pulp Acetosolv tanpa tekanan.
190Proses Pulping Organosolv dan Pemutihan Bebas Klor dari Kayu Daun Jarum Spuce (Picea abies
BAB VI
LITERATUR
ABAU-STATE, A. ; S. HELMY;A. F. H. ALI und M. M. F. ABD-EL-
SALEM:
Role of ph in the Bleaching of Kraft Bagasse Pulps With Chlorine Water,
Chlorine Dioxide, and Peroxyacetic Acid. Paper Carton Cellulose 36 (3),
39-42, (1987).
ABRAHAMSSON, K. und O.SAMUELSON:
Consumption of Oxyggen and Formation of Carbonmonoxid during
Nitrigen Dioxide/Oxygen Pretreatment of Kraft Pulp.
ADLER, E. : J.M. PEPPER und E. ERIKSON :
Action of Mineral Acids on Lignin and Model Substances of