Interaksi Serat Limbah Industri Pulp Dengan Serat Nanas, Pisang Dan Rami Pada Pembuatan Karton

(1)

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

Oleh :

PERDINAN SINUHAJI

068103013/ KM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2010

(2)

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Doktor dalam Program Studi Kimia, Konsentrasi Fisiko Kimia pada

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh :

PERDINAN SINUHAJI

NIM: 068103013/KM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2010

(3)

PENGESAHAN DISERTASI

Judul Disertasi : INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA PEMBUATAN KARTON

Nama Mahasiswa : PERDINAN SINUHAJI Nomor Pokok : 068103013

Program Studi : S-3 Ilmu Kimia

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Ketua/Promotor

Prof. Drs. M.Syukur, MS Prof. Dr. Ir. Ponten M. Naibaho Anggota/Co. Promotor Anggota/Co. Promotor

Ketua Program Studi, Dekan,

(4)

PROMOTOR

Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Guru Besar Kimia Bidang Kimia Anorganik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

CO-PROMOTOR

Prof. Drs. M. Syukur, MS

Guru Besar Fisika Bidang Fisika Material Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

CO-PROMOTOR

Prof. Dr. Ir. Ponten M. Naibaho Guru Besar Teknologi Hasil Pertanian

Fakultas Pertanian Universitas HKBP Nommensen

(5)

TIM PENGUJI

Ketua : Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Guru Besar Kimia Bidang Kimia Anorganik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Anggota :

Prof. Drs. M. Syukur, M.S.

Guru Besar Fisika Bidang Fisika Material

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Prof. Dr. Ir. Ponten M. Naibaho

Guru Besar Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas HKBP Nommensen Prof. Dr. Bastian Arifin, M.Eng.

Guru Besar Pada Fakultas Tehnik Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Syiah Kuala, Darussalam-Banda Aceh Prof. Dr. Ir .Sumono, M.S.

Guru Besar Pertanian Bidang Teknologi Tanah dan Air Fakultas Pertanian

Universitas Sumatera Utara Prof. Dr.Yunazar Manjang

Guru Besar Kimia Bidang Kimia Organik Bahan Alam Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Andalas Padang

(6)

PERNYATAAN ORISINILITAS

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP

DENGAN SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah

hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah di jelaskan sumbernya dengan benar. :

Medan, 23 juni 2007

Perdinan Sinuhaji

(7)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Perdinan Sinuhaji NIM : 068103013 Program Studi : S-3, Ilmu Kima Jenis Karya Ilmiah : Disertasi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Hak Bebas Royalti Non-ekslusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul :

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selalu tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Medan, 23 juni 2010

(8)

Telah diuji pada

Tanggal : 26 Maret 2010

__________________________________________________________________

PANITIA PENGUJI DISERTASI

Ketua : Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Anggota : 1. Prof. Drs. M. Syukur, M.S.

2. Prof. Dr. Ponten M. Naibaho 3. Prof. Dr. Bastian Arifin, M. Eng. 4. Prof. Dr. Ir. Sumono, M.S. 5. Prof. Dr. Yunazar Manjang

(9)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Dr. Perdinan Sinuhaji, MS Tempat dan Tanggal Lahir : Kabanjahe, 10 Maret 1959

Alamat Rumah : Jl.Jamin Ginting Gg.Sederhana No.16, P.Bulan – Medan (20154)

Telepon/HP : 061 8211467 / 08126319559 e-mail : Instansi Tempat Bekerja : FMIPA USU, Dept. Fisika

Alamat Kantor : Jl. Bioteknologi no. 1, Kampus USU Medan Telepon : 0618211171

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 4, Berastagi Tamat : 1971 SMP : SMP Negeri 1, Berastagi Tamat : 1974

SMA : SMA Negeri 1, Kabanjahe Tamat : 1978 Strata-1 : FMIPA USU Medan Tamat : 1987 Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Tamat : 1993 FPS UI, Jakarta

Strata-3 : Program Doktor Ilmu Kimia Tamat : 2010 FMIPA USU Medan

(10)

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia yang diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi ini dengan baik. Adapun judul yang dipilih dalam penelitian ini adalah Interaksi Serat Limbah Industri Pulp dengan Serat Nanas, Pisang dan Rami pada Pembuatan Karton.

Sebagai insan yang senantiasa mengenang budi baik sesama, perkenankanlah saya menyampaikan rasa hormat dan terima kasih serta penghargaan yang setinggi – tingginya kepada yang terhormat :

1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk mengikuti program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan dan berkenaan memberikan bantuan pendidikan.

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc., atas bantuan dan proses administrasi yang baik di Fakultas MIPA USU.

3. Ketua Program Studi S3 Ilmu Kimia, Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D., dan Sekretaris Program Studi S3 Ilmu Kimia Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. M.Phil., yang telah memberikan dorongan dan bantuan yang sedemikian besar kepada peserta program Doktor Ilmu Kimia.

4. Promotor, Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc., Co-promotor, Prof. Drs. M. Syukur, M.S dan Co-promotor Prof. Dr. Ir. Ponten M. Naibaho, yang dengan kesabaran dan tanpa bosan – bosannya telah banyak memberikan bimbingan dan pemikiran, serta memacu saya dalam menyelesaikan disertasi ini. Tim Penguji, Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc., Prof. Drs. M. Syukur. M.S., Prof. Dr. Ir. Ponten M. Naibaho., Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc., Prof. Dr. Ir. Sumono, M.S. dan Prof. Dr. Yunazar Manjang, diucapkan terima kasih atas kesediaannya mengikhlaskan waktu untuk memberikan penilaian maupun saran – saran untuk perbaikan disertasi ini.

5. Direktur Balai Besar Selulosa Bandung dan Direktur PT.Toba Pulp Lestari Porsea beserta seluruh staff dan teknisi, atas segala fasilitas dan bantuan yang diberikan sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

6. Rekan – rekan di Program Doktor Ilmu Kimia USU, untuk kerja sama yang saling menguatkan selama ilmu di Program Doktor Ilmu Kimia USU Medan dan kepada Dr. Sabar D. Hutagalung sebagai pembimbing luar negeri Program Sandwich di USM Penang-Malaysia, yang disetujui Dirjen DIKTI Jakarta 2008.

(11)

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat

Pembinaan Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional yang mendanai penelitian disertasi ini melalui program penelitian Hibah Bersaing, Surat Perjanjian No.002/SP2H/PP/DP2M/III/2008 (tahun I) dan No.002/SP2H/PP/DP2M/III/2009 (tahun II ).

Akhir kata, terima kasih kepada Istriku Dra. Darmiaty Tarigan dan anak – anakku tercinta Nain Felix Sinuhaji dan Ivan Arnold Sinuhaji, pengertian, kesabaran dan dorongan yang diberikan sepanjang penyelesaian disertasi ini adalah sesuatu yang amat berarti. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa melimpahkan rahmatNya.

Medan, Februari 2010

(12)

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

ABSTRAK

Karton jenis paperboard, chipboard dan karton liner yang memenuhi SNI telah dibuat dari campuran pulp daun nanas (PDN), pulp pelepah batang pisang (PPBP) atau pulp batang rami (PBR) masing-masing dengan serat limbah industri pulp dari Toba Pulp Lestari – Porsea Sumatera Utara. Dari 234 gr serpihan daun nanas, pelepah batang pisang, atau 297,5 gr serpihan batang rami kering udara masing – masing dimasakdengan 1600 ml larutan NaOH 2,5 % selama 2 jam pada temperatur 170 oC dengan tekanan 4 -5 atm, dalam digester, dengan rendemen masing-masing PDN (37,59%), PPBP (58,80%) dan PBR (44,34%). Pulp daun nanas, pulp pelepah batang pisang atau Pulp batang rami dibuat menjadi lembaran karton dengan mencampurkan masing – masing pulp dengan serat limbah industri pulp yang berasal dari Belt Press dengan berbagai komposisi dengan perbandingan pulp : serat limbah (100% : 0), (70% : 30%), (50% : 50%), (30% : 70%) dan (0 : 100%) dengan menggunakan perekat tapioka 5% dan pengisi kaolin 5%. Pengujian sifat fisik lembaran karton jenis paperboard, chipboard dan karton liner yang dihasilkan berturut-turut memiliki gramatur (330-345 gr/m2), (374-408 gr/m2) dan (302-338 gr/m2), densitas (0,475-0,530 gr/cm3), (0,510-0,550 gr/cm3) dan (0,495-0,525 gr/cm3), ketebalan (0,652-0,695 mm), (0,510-0,550 mm) dan (0,455-0,525 mm). Pengujian sifat mekanik yaitu ketahanan tarik (1317 – 2757 N/m), (660-1525 N/m) dan (2120-6880 N/m), ketahanan retak (170-519 kPa), (195-568 kPa) dan (220-579 kPa), ketahanan tekan lingkar (250-315 N), (343-412 N) dan (222-459 N), daya serap air (630-855 gr/m2), (600-900 gr/m2) dan (572-921 gr/m2), kadar air (8,50-8,54%), (8,10-8,13%) dan (5,09-5,67%), dan sifat optik yaitu derajat putih (16,5-20,5%), (16,3-18,6%) dan (16,8-18,9%). Lembaran karton yang telah memenuhi persyaratan SNI 14-0123-1998 untuk paperboard dan chipboard dan SNI 14-0095-1996 untuk karton liner kelas B adalah pulp daun nanas, pulp pelepah batang pisang dan pulp batang rami dengan pulp sludge pada komposisi campuran (70% : 30%) dan (50% : 50%).

Kata Kunci: batang rami, chipboard, daun nanas, karton liner, paperboard, pelepah batang pisang, serat limbah industri pulp.

(13)

INDUSTRIAL WASTE PULP FIBER INTERACTION WITH

FIBER PINEAPPLE, BANANA AND HEMP

ON MAKING CARDBOARD

ABSTRACT

Paperboard, chipboard and liner carton that fulfil the requirement of SNI have been made from the mixture of either pineapple leave pulp, banana stem pulp or ramie pulp with the sludge of pulp industry produced by Toba Pulp Lestari – Porsea, Sumatera Utara. 234 grams of air dried pineapple leave chips, banana stem, or 297.5 gram of ramie tree were digested in a digester with 1600 ml of NaOH 2.5% for 2 hours at the temperature of 170 oC at the pressure of 4 – 5 atm, with a rendemen of pineapple leave pulp (37.59%), banana stem pulp (58.80%) and ramie pulp (44.34%) respectively. Carton sheets were made by mixing the pineapple leave pulp, banana stem pulp or ramie pulp with the sludge of pulp industry from Belt Press with various composition of pulp : sludge (100% : 0), (70% : 30%), (50% : 50%), (30% : 70%) and (0 : 100%) then tapioca 5% as an adhesive and kaolin 5% as a filler were added into the mixture. The physical properties of the obtained carton paperboard, chipboard and liner carton are as follows : grammage (330 – 345 gr/m2), (374 – 408 gr/m2) and (302-338 gr/m2), density (0.475 – 0.530 gr/cm3), (0.510 – 0.550 gr/cm3) and (0.495 – 0.525 gr/cm3), thickness (0.652 – 0.695 mm), (0.510 – 0.550 mm) and (0.455 – 0.525 mm). The mechnical properties of paperboard, chipboard and liner carton showed: tensile strength (1317-2757 N/m), (660-1525 N/m) and (2120-6880 N/m), bursting strength (170 – 519 kPa), (195 – 568 kPa) and (220 – 579 kPa), ring crush (250 – 315 N), (343 – 412 N) and (222 – 459 N), moisture content (8.50 – 8.54%), (8.10 – 8.13%) and (5.09 – 5.67%), and optical properties, that is brightness (16.5 – 20.5%), (16.3 – 18.6%) and (16.8 – 18.9%). The carton obtined from pineapple leave pulp, and banana stem pulp have fulfilled the SNI 14 – 0123 – 1998 for paperboard and chipboard, and the SNI 14 – 0095 – 1996 for the liner carton type B, where the mixture composition of pulp and sludge where (70% : 30%) and (50% : 50%).

Keywords: ramie tree, chipboard, pineapple leaves, liner carton, paperboard, bananas stem, sludge of pulp industry.

(14)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 5

1.3 Tujuan Penelitian 5

1.4 Hipotesis 5

1.5 Manfaat Penelitian 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1 Kertas 7

2.2 Proses Pembuatan Kertas 8 2.2.1 Proses Pembuatan Pembuatan Pulp 8

2.2.2 Pembuatan Kertas 10 2.2.3 Mesin Pembuat Kertas 11 2.2.4 Serat Limbah Padat Sludge Industri Pulp 11

2.3 Jenis - Jenis Kertas 13

2.4 Karton ( Paperboard ) 15 2.5 Karton Gelombang ( Corrugated Board) 16

2.6 Karton Lipat (Folding Carton) 20

2.7 Karton Dupleks 20

2.8 Sifat - Sifat Karton 21

2.8.1 Sifat Fisik Karton 22

2.8.1.1 Gramatur Karton 22 2.8.1.2 Ketebalan Karton 22 2.8.1.3 Densitas Karton 22 2.8.1.4 Daya Serap Air 23 2.8.2 Sifat Mekanik Karton 23 2.8.2.1 Ketahanan Tarik (Tensile Strength) 23 2.8.2.2 Ketahanan Retak (Busting Strength) 24 2.8.2.3 Ketahanan Koyak (Tearing Strength) 24

(15)

2.8.2.4 Ketahanan Tekan Lingkar 25 2.9 Derajat Putih (Brigthness) 25 2.10 Struktur Serat Lignoselulosa 26 2.11 Komposisi Kimia Serat Selulosa 29

2.11.1 Selulosa 29

2.11.2 Hemiselulosa 31 2.11.3 Lignin 32 2.11.4 Ekstraktif 33

2.11.5 Mineral 34

2.12 Serat Daun Nanas 34

2.13 Serat Pelepah Batang Pisang 35

2.14 Serat Rami 36

2.15 Pati (Amilum) 38

2.16 Kaolin 39

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 40

3.1 Bahan – Bahan yang Digunakan 40

3.2 Alat – alat yang digunakan 40

3.3 Lokasi Penelitian 41

3.4 Prosedur Penelitian 41

3.4.1 Persiapan Serpih Daun Nanas,

Pelepah Batang Pisang dan Batang Rami 41 3.4.2 Penentuan Kadar Air 41 3.4.3 Pembuatan Pulp 41

3.4.4 Pembuatan Pulp Stok PDN - PS 42

3.5 Pembuatan Lembaran Karton 44

3.5.1 Pembuatan Lembaran Karton PDN – PS 44

3.6 Penekanan (Pressing) 44

3.7 Pengeringan (drying) 45

3.8 Pengukuran dan Analisa Data 45

3.8.1 Pemotongan Lembaran Karton 45

3.8.2 Gramatur Lembaran Karton 46 3.8.3 Ketebalan Lembaran Karton 46 3.8.4 Densitas Lembaran Karton 47 3.8.5 Ketahanan Tarik Lembaran Karton 47 3.8.6 Ketahanan Retak Lembaran Karton 47 3.8.7 Ketahanan Koyak Lembaran Karton 47 3.8.8 Ketahanan Tekan Lingkar Lembaran Karton 48

3.8.9 Derajat Putih Lembaran Karton 48

(16)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 50

4.1 Hasil 50

4.1.1 Analisis Pulp Sludge (PS) 50

4.1.2 Pulp Daun Nanas (PDN) 52 4.1.3 Pulp Pelepah Batang Pisang (PPBP) 53

4.1.4 Pulp Batang Rami (PBR) 53

4.2 Paperboard 56

4.2.1 Sifat Fisik Paperboard 56

4.2.1.1 Gramatur Paperboard 56

4.2.1.2 Ketebalan Paperboard 58 4.2.1.3 Densitas Paperboard 69

4.2.2 Sifat Mekanik Paperboard 61 4.2.2.1 Ketahanan Tarik(Tensile Strength) 61 4.2.2.2 Ketahanan Retak(Busting Strength) 64 4.2.2.3 Ketahanan Koyak(Tearing Strength) 66 4.2.2.4 Ketahanan Tekan Lingkar 69 4.2.3 Sifat Optik Paperboard 70 4.2.3.1 Derajat Putih Paperboard 70

4.2.4 Sifat Kimia Paperboard 71

4.2.5 Mikrostruktur Paperboard 73

4.3 Chipboard 74

4.3.1 Sifat Fisik Chipboard 74

4.3.1.1 Gramatur Chipboard 74

4.3.1.2 Ketebalan Chipboard 74

4.3.1.3 Densitas Chipboard 75

4.3.2 Sifat Mekanik Chipboard 76

4.3.2.1 Ketahanan Tarik Chipboard 76 4.3.2.2 Ketahanan Retak Chipboard 77 4.3.2.3 Ketahanan Koyak Chipboard 77 4.3.2.4 Ketahanan Tekan Lingkar Chipboard 78

4.3.3 Sifat Optik Chipboard 78

4.3.3.1 Derajat Putih Chipboard 78

4.3.4 Sifat Kimia Chipboard 79

4.3.5 Mikrostruktur Chipboard 79

4.4 Karton Liner (Linerboard) 80

4.4.1 Sifat Fisik Karton Liner 80

4.4.1.1 Gramatur Karton Liner 80

4.4.1.2 Ketebalan Karton Liner 81

4.4.1.3 Densitas Karton Liner 81

4.4.2 Sifat Mekanik Liner 82

4.4.2.1 Ketahanan Tarik Karton Liner 82 4.4.2.2 Ketahanan Retak Karton Liner 82

(17)

4.4.2.4 Ketahanan Tekan Lingkar Karton Liner 83

4.4.3 Sifat Optik Karton Liner 83

4.4.3.1 Derajat Putih Karton Liner 83

4.4.3.2 Sifat Kimia Karton Liner 84

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 85

5.1 Kesimpulan 85

5.2 Saran 86

DAFTAR PUSTAKA 87

(18)

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

ABSTRAK

Kata Kunci: batang rami, chipboard, daun nanas, karton liner, paperboard, pelepah batang pisang, serat limbah industri pulp.

(19)

INDUSTRIAL WASTE PULP FIBER INTERACTION WITH

FIBER PINEAPPLE, BANANA AND HEMP

ON MAKING CARDBOARD

ABSTRACT

Keywords: ramie tree, chipboard, pineapple leaves, liner carton, paperboard, bananas stem, sludge of pulp industry.

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Perkembangan industri pulp dan kertas Indonesia sangat pesat dalam kurun waktu lima tahun terakhir. Ini ditunjukkan dengan peningkatan kapasitas produksi pulp menjadi sekitar 6,5 juta ton per tahun, kertas menjadi sekitar 11 juta ton per tahun kertas, atau meningkat 1,5% untuk produksi pulp dan 9% untuk produksi kertas pada tahun 2007. Walaupun pada tahun 2008-2009 sedikit menunjukkan penurunan. (Laporan Asosiasi Pulp dan Kertas Indonesia, APKI, 2009). Meningkatnya perkembangan industri pulp dan kertas di Indonesia telah membawa dampak terhadap meningkatnya permasalahan lingkungan yang di sebabkan oleh pencemaran limbah terutama sludge industri pulp. Oleh karenanya dalam upaya terpeliharanya kualitas lingkungan industri pulp harus meningkatkan pengelolaan limbahnya melalui pengolahan yang lebih efektif dan kemungkinannya untuk dimanfaatkan menjadi material lainnya (Syamsudin dkk, 2007).

Serat limbah industri pulp mempunyai karateristik yang tergantung dari bahan baku, sumber proses dan produk yang dihasilkan dari sumber tersebut. Limbah padat sludge yang dihasilkan industri pulp dan kertas berasal dari proses pencucian / penyaringan bubur pulp (reject screen) dan belt press hasil pengolahan instalasi pengolahan limbah (IPAL). Limbah padat ini terdiri dari 80% serat pendek, sedang dan panjang sisanya berupa bahan pengisi (filler), kotoran berupa plastik, logam dan bahan pengotor lainnya. Sedangkan limbah padat yang berasal dari belt press sekitar 60% terdiri dari serat pendek atau halus sisanya berupa bahan pengisi (filler). Serat

(21)

limbahindustri pulp (sludge) dari bell press yang berasal dari PT. Toba Pulp Lestari Porsea masih mengadung air 20 – 30% (Syamsudin dkk, 2007).

Kaolin merupakan batuan yang tersusun dari material lempung dengan kandungan besi yang rendah dan umumnya berwarna putih atau agak keputihan. Kaolin mempunyai komposisi hidrous aluminium silikat (2H2O.Al2O3.2SiO2). Kaolin

digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri. Dalam industri, kaolin berfungsi sebagai bahan pelapis (coater) atau sebagai pengisi (filler). Pengunaan kaolin yang utama adalah dalam industri kertas, keramik, cat, sabun dan pestisida (Rina M, 2007). Kaolin pada industri kertas digunakan sebagai pengisi dalam bulk kertas dan untuk melapisi permukaan kertas. Sifat yang dimiliki bahan kaolin yang berwarna putih dapat meningkatkan sifat optik kertas atau karton dan memperbaiki sifat cetak kertas dan karton. Ketika bahan kaolin digunakan sebagai bahan pengisi permukaan kertas, kaolin dapat meningkatkan kualitas permukaan dan warna kertas menjadi lebih putih dan licin.

Tapioka merupakan suatu polisakarida yang biasanya diperoleh dalam bentuk serbuk kering berwarna putih, tidak berbau, tidak dan berkarbohidrat kompleks. Tapioka adalah bahan campuran yang terdiri dari amilosa dan amilopektin. Amilosa adalah polimer berantai linier panjang yang terdiri dari beberapa ratus unit D-glukosa tersambung satu sama lain melalui ikatan oleh ikatan α - D - (1→4). Sedangkan amilopektin adalah polimer bercabang yang mengandung 600 - 6000 subunit glukosa. Setiap cabang amilopektin adalah rantai pendek yang mengandung subunit-subunit glukosa yang terhubung satu sama lain melalui ikatan glikosida α - D - (1→6).

P.T. Toba Pulp Lestari Tbk. berlokasi di Desa Sosor Ladang, Kecamatan, Toba Samosir, Indonesia yang memiliki kinerja produksi perusahaan pulp 0,2 juta ton pulp pada tahun 2008 (APKI, 2008) saat ini menghasilkan limbah padat sludge 32 ton per hari (survey kelapangan, juli 2009). Serat limbah industri pulp adalah serat limbah

(22)

padat (sludge) yang masih memiliki kadar serat pendek dan halus yang selama ini serat limbah padat tersebut belum optimal pemanfaatannya, sebagian kecil dimanfaatkan menjadi , bahan bakar alternatif sebagai pengganti batu bara (Syamsudin 2007), batako (Didik Bambang Supriyadi, 2005), dan sebagai landfill pada area yang telah disediakan, sedangkan sisanya ditimbun begitu saja. Apabila keadaan ini dibiarkan terus semakin lama pabrik akan kekurangan lahan untuk penimbunan limbah sehingga terjadi pencemaran lingkungan. Dengan demikian diperlukan upaya untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satu alternative adalah dengan memanfaatkan limbah padat sludge tersebut sebagai bahan substitusi serat pada pembuatan kemasan karton (Ligia Santosa, 2000). Salah satu alternatif untuk mengatasi masalah limbah tersebut diatas adalah dengan mencampurkan sludge tersebut dengan serat panjang seperti serat daun nanas, serat pelepah batang pisang dan serat batang rami.

Serat daun nanas termasuk serat panjang dan halus, tetapi kuat tariknya rendah bila dibandingkan dengan serat jute, sisalina dan cotton (Collins, 1960) Morfologi serat daun nanas asal bogor, memiliki panjang serat rata-rata 3,40 mm, diameter serat luar 6,99 µm, diameter serat dalam 2,34 µm dan tebal dinding 2,33 µm, kelangsingan 672, kelemasan 0,33 dan bilangan rankel 1,99 (Wawan K, 2006). Serat daun nanas lebih baik dari serat kayu untuk kertas karena memiliki perbandingan panjang terhadap lebar sangat besar bila dibandingkan dengan serat kayu, sehingga sifat kertas yang terbentuk sangat baik, misalnya : tipis, permukaan halus, mudah dilipat dan kertasnya dapat diremas tidak rusak dan kemudian dihaluskan kembali tanpa meninggalkan bekas. Pulp daun nanas sesuai untuk dibuat jenis kertas khusus, misalnya : kertas filter, sigaret, tissue (Colins, 1960).

Salah satu alternatif untuk mengatasi masalah tersebut diatas adalah dengan mencampurkan sludge tersebut dengan serat panjang seperti serat daun nanas (ananas comosus) jenis nanas Palembang, serat pelepah batang pisang (musa

(23)

paradisiaca) jenis pisang kepok dan serat batang rami (boehmeria nivea) Serat pelepah batang pisang diperoleh dari batang pisang palsu (pseduo-stem) yang memiliki densitas 1,35 gr/cm3, kandungan selulosa dari 63 - 64% dan kandungan lignin 5%, panjang serat rata-rata 1,92 – 4,17 mm, diameter serat rata-rata 28,11 – 37,50 µm, tebal dinding serat rata-rata 12 µm (Wawan K. 2006).

Serat batang rami memiliki serat panjang sehingga sangat potensial untuk dikembangkan menjadi pulp putih. Serat panjang yang sangat baik dibuat menjadi kertas tulis dan kertas Hvs. Dengan sifat seratnya yang panjang dan langsing, serat rami juga dapat dikembangkan untuk kertas khusus seperti kertas saring teh celup, kertas rokok dan kertas yang memerlukan ketahanan, daya simpan yang lama seperti : kertas uang, kertas surat berharga, kertas dokumen dan kertas peta. Rami memiliki kandungan selulosa 80% yang terdapat pada kulit batang (Umar S.Tamansyah, 2007).

Untuk material baru serat limbah industri pulp dari PT. Toba Pulp Lesteri - Porsea perlu pencampuran dengan serat lain seperti serat daun nanas (DN), serat pelepah batang pisang (PBP) dan serat batang rami (BR) karena ketiga serat DN, PBP dan BR memiliki serat panjang, jumlahnya berkelimpahan dan belum dimafaatkan selama ini. Berdasarkan sifat-sifat serat tersebut diatas, diperkirakan dengan mencampurkan serat daun nanas, serat pelepah batang pisang atau serat batang rami dengan sludge industri pulp tersebut dapat menghasilkan karton jenis paperboard packaging atau chipboard packaging yang banyak digunakan setelah dilapisi dengan polimer seperti : milk carton, cereal boxes, cake mix packaging, cookie and cracker packaging, cosmetic and perfume packaging dan lain-lain ( About Paperboard Packaging). dan carton Liner sebagai penyekat karton gelombang (Corrugated Box) yang banyak digunakan untuk kardus sepatu, kardus sandal, kardus atena TV, kardus botol, kardus obat-obatan, kardus rempah-rempah dan lain-lain. Lembaran karton akan dikarakterisasi sifat-sifat fisik, kimia, mekanik dan optik seperti: gramatur, densitas, ketebalan, daya serap air (cobb60) , kadar air, ketahanan tekan lingkar,

(24)

rendemen, ketahanan tarik, ketahanan koyak, ketahanan retak, derajat putih dan analisis fraksi serat terhadap pulp sludge, pulp daun nanas, pulp pelepah batang pisang dan pulp batang rami serta Analisis kandungan unsur sludge industri pulp. Serat daun nanas, serat pelepah batang pisang dan serat batang rami masing-masing termasuk golongan serat panjang, jumlahnya berkelimpahan dan belum dimanfaatkan, diperkirakan dengan mencampur sludge industri pulp yang memiliki serat pendek dan halus (fines) dengan serat daun nanas, serat pelepah batang pisang atau serat batang rami tersebut serta ditambahkan bahan perekat tapioka dan pengisi kaolin dapat menghasilkan karton jenis chipboard, paparboard atau karton liner yang banyak digunakan sebagai kemasan karton lipat dan kardus.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Apakah interaksi serat limbah industri pulp dan kertas dengan serat daun nanas, serat pelepah batang pisang atau serat batang rami dengan aditif perekat tapioka dan pengisi kaolin dapat menghasilkan karton yang memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI).

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Untuk meningkatkan kualitas serat limbah industri pulp dan kertas berasal dari PT. Toba Pulp Lestari - Porsea Indonesia sehingga memenuhi persyaratan SNI 14-0123-1998 dan SNI 14-0095-1996 sebagai substitusi bahan karton.

1.4 HIPOTESIS

Serat limbah industri pulp dan kertas yang dihasilkan oleh pabrik pulp PT. Toba Pulp Lestari - Porsea memiliki serat pendek dan halus dapat ditingkatkan mutunya melalui interaksi dengan serat panjang dari daun nanas, pelepah batang pisang, atau batang

(25)

rami menjadi bahan baku dalam proses pembuatan karton dengan bahan pengisi kaolin dan bahan perekat tapioka untuk dikarakterisasi yang memenuhi sifat fisik, sifat mekanik, sifat kimia dan sifat optik lembaran karton meliputi : gramatur, ketebalan, densitas, ketahanan tarik, ketahanan retak, ketahanan koyak, ketahanan tekan lingkar daya serap air, kadar air dan derajat putih yang memenuhi persyaratan SNI 14-0123-1998 dan SNI 14-0095-1996.

1.5 MANFAAT PENELITIAN

Dengan melakukan penelitian ini diharapkan memberikan informasi tentang serat limbah (sludge) industri pulp dan kertas PT. Toba Pulp Lestari – Porsea Indonesia, serat daun nanas, serat pelepah batang pisang dan serat batang rami serta pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pembuatan karton dari bahan baku serat alam.

(26)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KERTAS

Kertas adalah kemasan yang pertama ditemukan sebelum plastik dan logam. Saat ini kemasan kertas masih banyak digunakan dan mampu bersaing dengan kemasan lain seperti plastik dan logam karena harganya yang murah, mudah diperoleh dan penggunaannya yang luas. Selain sebagai kemasan, kertas juga berfungsi sebagai media komunikator dan media cetak. Kelemahan kemasan kertas untuk mengemas bahan pangan adalah sifatnya yang sensitif terhadap air dan mudah dipengaruhi oleh kelembaman udara lingkungan. Sifat-sifat kemasan kertas sangat tergantung pada proses pembuatan dan perlakuan tambahan pada proses pembuatannya. Kemasan kertas dapat berupa kemasan fleksibel atau kemasan kaku. Jenis kemasan ketas yang dapat digunakan sebagai kemasan fleksibel adalah kertas kraft dan kertas tahan lemak (grease proof). Glassin dan kertas lilin (waxed paper) atau kertas yang dibuat dari modifikasi kemasan kertas fleklsibel. Kemasan kertas yang kaku terdapat dalam bentuk karton, kotak, drum, cawan - cawan yang tahan air, yang dapat dibuat dari paper board, kertas laminasi, corrugated board dan berbagai jenis board dari kertas khusus. Wadah kertas biasanya dibungkus lagi dengan bahan - bahan kemasan lain seperti plastik dan foil logam yang lebih bersifat protektif.

Karakteristik kertas didasarkan pada berat atau ketebalannya. Berdasarkan berat maka kertas dapat dinyatakan dalam berat (lb)/3000 ft² atau yang disebut dengan rim. Di USA banyaknya rim standar untuk kertas kemasan adalah 500 lembar dengan ukuran 24 x 36 inchi (61 x 91.5 cm). Di Eropa, Jepang dan negara - negara lainnya ukuran yang lebih umum adalah grammage (gr/m²). Gramatur untuk kertas

(27)

kemasan berkisar antara 30 g /m² - 150 g/m², (18 lb / rim - 90 lb / rim), sedangkan untuk corrugated board berkisar antara 117 gr/m2 - 300 g/m² (72 lb/rim - 85 lb /rim) (Mimi Nurminah, 2002).

2.2 PROSES PEMBUATAN KERTAS

Bahan baku pembuatan kertas adalah selulosa yang diberi perlakuan kimia, dibilas, diuraikan, dipucatkan, dibentuk menjadi lembaran setelah pressing dan dikeringkan. Kayu terdiri dari 50% selulosa, 30% lignin dan bahan bersifat adhesif di lamela tengah, 20% karbohidrat berupa xylan, resin dan tanin. Jenis kayu dan lembaran akhir kertas yang di inginkan sangat menentukan cara pembuatan kertas. Pada pembuatan kertas dengan bahan baku berupa kayu terlebih dahulu dibuat menjadi pulp (Elisa Julianti, 2007)

2.2.1 PROSES PEMBUATAN PULP

Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan bukan serat kayu dan bukan kayu dapat dilakukan dengan berbagai proses, yaitu proses mekanik, proses semi-kimia dan proses kimia.

A. Proses Mekanik

Kayu gelondongan dihancurkan dengan gilingan batu sambil menyemprotkan air ke permukaan gilingan batu untuk mengeluarkan bahan yang sudah digiling. Metode ini hanya digunakan untuk jenis kayu lunak yaitu jenis kayu yang berasal dari pohon berdaun jarum. Proses mekamik ini tidak ada bagian kayu yang terbuang.

B. Proses Kimia

Pada metode ini serpihan kayu dimasukkan ke dalam bahan kimia untuk mengeluarkan lignin dan karbohidrat. Ada 3 proses kimia yang digunakan yaitu :

(28)

1 Proses Soda

Proses soda ditemukan di Inggris tahun 1851 dan merupakan proses kimia yang tertua. Pada proses soda, bahan kimia yang digunakan untuk melarutkan komponen kayu yang tidak diinginkan adalah soda kaustik (sodium hidroksida) dan soda abu (sodium karbonat). Proses soda digunakan untuk pembuatan pulp dari kayu keras yaitu kayu yang berasal dari pohon yang daunnya lebar, mempunyai panjang serat lebih kecil 0,25 cm.

2 Proses Kraft

Proses Kraft atau proses sulfat menggunakan bahan kimia berupa sodium sulfat sebagai pengganti sodium karbonat. Hasil dari proses kraft adalah pulp kraft yang keras tetapi berwarna coklat dan sulit untuk diputihkan, sedangkan pulp soda berwarna lebih putih dan teksturnya halus.

3 Proses sulfit

Proses sulfit dengan menggunakan bahan kimia berupa larutan kalsium atau magnesium bisulfit dan asam sulfit. Metode ini digunakan untuk kayu lunak dan dihasilkan pulp yang berwarna lebih terang., kekuatannya lebih tinggi dari pulp soda api tidak sekuat pulp kraft (Smook, G.A., 1992)

C Proses Semi Kimia

Proses ini merupakan kombinasi cara kimia dan alat - alat mekanis dalam pembuatan pulp kayu. Untuk melunakkan lignin dan karbohidrat yang terikat dengan serat, maka kayu direndam dalam soda kaustik atau sodium sulfi netral. Kemudian digiling dalam piringan penghalus. Metode semi kimia digunakan untuk kayu keras, biaya prosesnya rendah dan pulp yang dihasilkan masih mengandung sebagian besar lignin. Pulp semi kimia digunakan untuk kayu keras, biaya prosesnya rendah dan pulp yang dihasilkan masih mengandung sebagian besar lignin. Pulp semi kimia sukar diputihkan, dan jika terkena sinar matahari akan berwarna kuning. Biasanya digunakan untuk bahan yang

(29)

membutuhkan kekuatan dan kekakuan seperti media kardus. Kayu yang dijadikan pulp dipotong menjadi potongan yang tipis dan kecil yang disebut dengan chips, dimasak beberapa jam dengan menggunakan alat penghancur yang dioperasikan pada suhu 150 oC dengan tekanan 4-5 atm, pencucian, dilakukan pemutihan (bleaching) dengan menggunakan kalsium hipoklorit, hidrogen peroksida atau kalsium dioksida. Proses pemutihan dapat menurunkan kekuatan pulp, sehingga perlu diperhatikan hubungan antara derajat putih pulp dan kekuatan kertas yang dihasilkan (Elisa Julianti, 2007), (Smook, G.A., 1992)

2.2.2 PEMBUATAN KERTAS

Pulp yang mengandung air 96% dan bahan padat 4% dimasukkkan ke dalam alat pengaduk, sehingga terjadi pemisahan antara serat dan fibril yang disebut proses fibrilisasi, yaitu proses pecahnya lapisan kambium yang mengelilingi serat karena serat - serat membesar dan fibril membuka.

Pengadukan yang sedikit akan menghasilkan kertas dengan daya serap tinggi dan daya robek tinggi, dan jika pengaduan dilanjutkan maka kertas menjadi lebih padat tapi tapi daya robek menurun. Penambahan bahan perekat seperti resin, pati dan tawas ke dalam alat pengaduk bertujuan untuk meningkatkan daya tahan air dan daya ikat tinta dari kertas sehingga kertas dapat dicetak, serta mempengaruhi sifat adhesif yang berperan dalam pembuatan kemasan. Bahan - bahan lain yang ditambahkan dalam pewarna, bahan untuk kecerahan dan kekakuan, seperti titanium dioksida, sodium silikat, tanah diatom, kasein, lilin, dan kapur. Setelah dari pengaduk, maka campuran pulp dan bahan - bahan tambahan tadi dijernihkan pada refiner jordan, kemudian di bawa ke silinder penyadap yang terdiri dari seperangkat pisau - pisau tertutup rapat berputar dengan cepat bersama - sama memecah serat. Campuran ini kemudian dimasukkan ke dalam headbox untuk dimasukkan pada mesin pembuat kertas dan karton (Elisa Julianti, 2007).

(30)

2.2.3 MESIN PEMBUAT KERTAS

Mesin pembuat kertas dapat berukuran sama panjang dengan gedung bertingkat tinggi yang menghasilkan kertas dengan lebar 9 meter pada kecepatan 915 m/detik atau 1290 km/hari, atau karton dengan lebar 6 m dengan kecepatan 460 m/det. Mesin yang sering digunakan dalam pembuatan kertas adalah mesin fourdrinier, mesin silinder dan mesin invertform yang merupakan kombinasi dari endless wire dari fourdnier dengan headbox mesin silinder. Mesin fourdnier digunakan untuk menghasilkan kertas tipis, sedang mesin silinder dapat membuat karton dari bahan limbah yang dilapisi bahan yang bermutu baik bagian luarnya (Elisa Julianti, 2007)

2.2.4 SERAT LIMBAH PADAT SLUDGE INDUSTRI PULP

Serat limbah padat sludge yang dikeluarkan oleh industri pulp dan kertas jumlahnya relative sedikit dibandingkan limbah cair dan gasnya. Karakteristiknya limbah padat sangat bervariasi tergantung pada bahan baku, sumber dan produk yang dihasilkan. Dengan mengetahui jenis limbah padat dari sumber dan jenis produk yang dihasilkan akan memberikan gambaran tentang karakteristik limbah padat tersebut. Limbah padat industri pulp kertas berasal dari beberapa unit poses yang umumnya merupakan hasil akhir suatu proses, yang sering menimbulkan masalah berasal dari pengolahan air limbah yang berupa lumpur (sludge).

Limbah padat industri pulp dan kertas umumnya berasal dari proses penyaringan bubur pulp (reject screen) dan belt press hasil pengolahan IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah). Komposisi limbah serat jenis reject screen sebagian besar (80%) terdiri dari serat panjang, serat sedang, dan serat pendek, sisanya berupa kontaminan berupa plastik, logam, lilin dan lain-lain. Sedangkan limbah serat dari belt press sebagian besar 60% terdiri dari serat sedang, dan serat pendek dan sisanya berupa bahan pengisi dan bahan lainnya ( liga Santosa, 2002).

(31)

Karakteristik serat limbah padat industri pulp dan kertas sangat bervariasi tergantung pada bahan baku dan sumber dan produk yang dihasilkan. Pengelompokkan jenis limbah padat dari sumber dan jenis produk yang dihasilkan akan memberikan gambaran umum karakteristik dari limbah padat melalui parameter, Jenis limbah padat, jumlah limbah padat/ton produk, organik total, kadar air, kadar abu, nilai kalor, kandungan hara, kandungan logam berat.

Tabel 2.1 Komponen Kimia Sludge Industri Pulp dan Kertas

Komponen Kimia Kadar %

SiO2

Al203

Fe203 TiO2

MgO Na2O

K2O CaO Hilang Pijar

0,66 3,40 0,10 0,02 1,07 0,23 0,17 43,36 50,99

(Ligia Santosa, 2002) Hilang pijar seperti pada Tabel 2.1 diatas adalah komponen kimia : serat (fiber) Nitrogen, Phospor. Komposisi kimia limbah padat sudge sangat dipengaruhi oleh komponen kimia yang terkandung dalam air limbahnya, sludge yang dihasilkan dari berbagai produk pulp dan kertas mempunyai kandungan senyawa organik dan anoganik. Komponen utamanya adalah serat selulosa dan abu yang berkisar antara 5 - 60 %. Dalam sludge biologis terkandung pula unsur nitrogen antara 6 - 10 % dan fosfor 2-5 %. Sedangkan kadar abunya relatif rendah (Ligia Santosa, 2002).

Serat limbah padat sludge hasil pengolahan air limbah industri pulp dan kertas jumlahnya cukup besar bervariasi dari 0,1 - 1,5 per ton produk tergantung pada jenis poduk yang diproduksi, umumnya tersusun dari zat padat berserat, hidrogen, fine non

(32)

hidros, Kandungan air dari limbah lumpur dipekatkan dan di keluarkan sampai mencapai kadar padatan kering, sekitar 20 - 30 % . (Ligia Santosa, 2002)

2.3 JENIS-JENIS KERTAS

Jenis kertas utama yang digunakan, yaitu kertas kasar dan kertas lunak. Kertas yang digunakan sebagai kemasan adalah jenis kertas kasar, sedangkan kertas halus digunakan untuk kertas tulis yaitu untuk buku dan kertas sampul. Kertas kemasan yang paling kuat adalah kertas kraft dengan warna alami, yang dibuat dari kayu lunak dengan proses sulfat.

1 Kertas Glasin dan Kertas Tahan Minyak (Grease Proof) Kertas glasin dan kertas tahan minyak dibuat dengan cara memperpanjang waktu

pengadukan pulp sebelum dimasukkan ke mesin pembuat kertas. Penambahan bahan - bahan lain seperti plastizier bertujuan untuk menambah kelembutan dan kelenturan kertas, sehingga dapat digunakan untuk mengemas bahan - bahan yang lengket. Penambahan antioksidan bertujuan untuk memperlambat ketengikan dan menghambat pertumbuhan jamur atau khamir. Kedua jenis kertas ini mempunyai permukaan seperti gelas dan transparan, mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap lemak, oli dan minyak, tidak tahan terhadap air walaupun permukaan dilapisi dengan bahan tahan air seperti lak dan lilin.

2 Kertas Perkamen

Kertas perkamen digunakan untuk mengemas bahan pangan seperti : mentega, biskuit yang berkadar lemak tinggi, keju, ikan (basah, kering atau digoreng), daging (segar, kering, diasap atau dimasak). Sifat - sifat kertas perkamen adalah : mempunyai ketahanan lemak yang baik, mempunyai kekuatan basah (wet strength) yang baik walaupun dalam air mendidih, permukaan bebas serat, tidak berbau, tidak terasa dan transparan sehingga sering disebut kertas glasin.

(33)

3 Kertas Lilin

Kertas lilin adalah kertas yang dilapisi dengan lilin yang bahan dasarnya adalah lilin parafin dengan titik cair 46 - 740C dan dicampur polietilen (titik cair 100 - 1240C) atau petrolatum (titik cair 40 - 520C). Kertas ini dapat menghambat air, tahan terhadap minyak/oli dan daya rekat panasnya baik. Kertas lilin digunakan untuk mengemas bahan pangan, sabun, tembakau dan lain - lain

4 Daluang (Container Board )

Kertas daluang banyak digunakan dalam pembuatan kartun beralur. Ada dua jenis kertas daluang, yaitu : liner board disebut juga kertas kraft yang berasal dari kayu cemara (kayu lunak), corrugated medium yang berasal dari kayu keras dengan proses sulfat.

5 Chipboard

Chipboard dibuat dari kertas koran bekas dan sisa - sisa kertas. Jika kertas ini dijadikan kertas kelas ringan, maka disebut bogus yaitu jenis kertas yang digunakan sebagai pelindung atau bantalan pada barang pecah belah. Kertas chipboard dapat juga digunakan sebagai pembungkus dengan daya rentang yang rendah. Jika akan dijadikan karton lipat, maka harus diberi bahan - bahan tambahan tertentu.

6 Tyvek

Kertas tyvek adalah kertas yang terikat dengan HDPE (high density polyethylene). Dibuat pertama kali oleh Du Pont dengan nama dagang Tyvek. Kertas tyvek mempunyai permukaan yang licin dengan derajat keputihan yang baik dan kuat, dan sering digunakan untuk kertas foto. Kertas ini bersifat yaitu tidak menyusut atau mengembang bila terjadi perubahan kelembaban, tahan terhadap kotoran bahan kimia, bebas dari kontaminasi, mempunyai kemampuan untuk menghambat bakteri ke dalam kemasan ( Elisa Julianti, 2007)

(34)

2.4 KARTON (PAPERBOARD)

Karton adalah kertas tebal yang disebut sebagai paperboard, pembuatannya sama dengan pembuatan kertas. Perbedaan kertas dengan karton umumnya pada ketebalan, dimana ketebalan karton 10 kali lebih tebal dari ketebalan kertas dan gramatur karton di atas 224 gr/m2 menurut International Organisation for Standardisation ( Robertson, gordon L.,2005). Karton dapat di bentuk menjadi satu lapis ( single wall ) atau berlapis (multi-ply ). Karton yang dibuat menjadi karton lipat dan kaku disebut dengan boxboard. Karton umumnya dibuat menjadi karton gelombang ( corrugated board ) yang mudah dipotong, dibentuk, ringan dan kuat yang sering di buat menjadi kemasan ( Patmar supply, 2004 ). Kemasan paperboard dapat dibagi dalam beberapa kelas dan memiliki karakteristik yang berbeda, sesuai dengan berbagai kebutuhan dan

persyaratan. 1 Solid Bleached Sulfate (SBS)

Solid Bleached Sulfate (SBS) merupakan kelas paperboard mutu tinggi yang dihasilkan dari 80% bleached pulp kayu asli. Umumnya bleached paperboard dilapis tipis dengan kaolin untuk meningkatkan permukaan cetak dan juga dilapisi tipis dengan polietilen (PE) yang berfungsi untuk menambah kekuatan pada keadaan basah yang sering digunakan untuk kemasan makanan. Segmen pasar utama yang menggunakan Solid Bleached Sulfate (SBS) adalah kemasan medis (medical packaging), kemasan susu dan jus, aceptic, minuman kotak, kemasan kosmetik dan parfum serta kemasan makanan beku (frozen food packaging). (About paper packaging, 2008)

2 Coated Unbleached Kraft Paperboard (CUK)

Coated unbleached kraft paperboard (CUK) adalah jenis karton kelas unggul yang dihasilkan dari 80% unbleached pulp kayu asli. Paperboard CUK dilapis tipis dengan kaolin yang berfungsi untuk meningkatkan permukaan cetak dan juga dilapisi tipis dengan polietilen (PE) untuk menambah kekuatan dalam keadaan basah yang sering

(35)

digunakan untuk kemasan makanan. Segmen pasar utama yang menggunakan paperboard CUK adalah kemasan makanan beku, kemasan karton susu, pharmaceutical packaging.(About paper packaging, 2008).

3 Uncoated Recycled Paperboard

Bahan baku uncoated recycled paperboard adalah bahan kertas bekas, yang daur ulang kertas bekas dan dipublikasi biasanya diberi lapisan tipis kaolin untuk meningkatkan permukaan cetak. Segmen pasar utama yang menggunakan uncoated recyled paperboard adalah shoeboxes, composite cans dan fiber drums. (About paper packaging, 2008).

4 Coated Recycled Paperboard

Bahan baku coated recylced paperboard adalah paperboard bekas yang diproduksi kembali dengan mendaur ulang paperboard bekas dan dipublikasi. Biasanya diberi lapisan tipis kaolin untuk meningkatkan peremukaan cetak. Segmen pasar utama yang menggunakan coated recycled paperboard adalah kemasan sabun dan deterjen, kemasan cookie dan creaker, kemasan cake mix, cereal kotak, kemasan makanan

kering. (About paper packaging, 2008).

2.5 KARTON GELOMBANG (CORRUGATED BOARD)

Karton gelombang (corrugated board) adalah karton yang dibuat dari satu atau beberapa lapisan kertas medium bergelombang dengan kertas liner sebagai penyekat dan pelapisnya. Karton bergelombang atau karton beralur terdiri dari dua macam corrugated sheet, yaitu : Kertas kraft ( kraft liner) untuk lapisan luar dan dalam dan Kertas medium untuk bagian tengah yang bergelombang. Gramatur kertas kraft adalah : 125 gram/m2 ; 150 gram/m2 ; 200 gram/m2 ; 300 gram/m2, dan gramatur kertas medium adalah : 112 gram/m2 ; 115 gram/m2 ; 125 gram/m2 ; 150 gram/m2 .

(36)

Karton gelombang ada beberapa macam, yaitu :

- Single wall : satu lapisan dengan ketebalan ± 3mm (B/Flute) - Double wall : 2 lapis dengan ketebalan ± 7 mm (CB/Flute) - Triple wall : 3 lapis, dan lain - lain

Di Indonesia jenis yang lazim digunakan adalah single wall dan double wall. Penggunaan corrugated box ditentukan oleh : berat bahan, sifat bahan, menggunakan inner karton atau tidak. Bahan baku untuk pembuatan karton bergelombang adalah kertas kraft, bogus atau karton dari merang (Rina Masriani, 2007).

Berdasarkan jumlah muka, karton gelombang dibagi menjadi : 1. Karton gelombang muka tunggal :

terdiri dari 1 kertas liner dan 1 kertas medium bergelombang 2. Karton gelombang muka ganda atau dinding tunggal (single wall) : terdiri dari 2 kertas liner dan 1 kertas medium bergelombang

3. Karton gelombang dinding ganda (double wall) : terdiri dari 3 kertas liner dan 2 kertas medium bergelombang

4. Karton gelombang dinding triple :

terdiri dari 4 kertas liner dan 3 kertas medium bergelombang

5. Duo arch board : terdiri dari 1 kertas liner dan 2 kertas medium Bergelombang berdasarkan jenis flute, karton gelombang memiliki beberapa jenis, seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Jenis Flute Karton Gelombang

Flute Tinggi gelombang,mm Jumlah gelombang/m

A 4,8 118

B 2,4 168

C 3,6 138

D 1,2 316

(37)

Flute A:Memiliki sifat bantalan yang sangat baik,digunakan utk barang mudah pecah Flute B: Memiliki CMT lebih besar dari flute A, bantalan yang lebih rendah,

digunakan untuk produk yang dikemas dalam kaleng.

Flute C: Merupakan pendekatan dari sifat - sifat yang dimiliki flute A dan B Flute D: Merupakan pengganti solid fiber board

Untuk memperbaiki sifat - sifat karton bergelombang, diperlukan : a. Ketahanan yang lebih baik terhadap gaya tekan b. Bending stiffness yang lebih tinggi

c. Kemampuan cetak yang lebih baik d. Ketahanan air yang lebih tinggi Kualitas karton bergelombang ditentukan oleh a. Jumlah gramatur liner

b. Ketahanan retak ( bursting strength,BS) c. Ketahanan tekan tepi (edge crush resistance,ECT)

Spesifikasi karton gelombang dinding tunggal (single wall) menurut SNI 14-1439-1989, ditampilkan seperti pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Karton Gelombang Dinding Tunggal (Single Wall) Gramatur (gr/m2) BS min (kgF/cm2) ECT min (kgF/cm)

250 7,5 3,2 300 9,0 3,6 400 12,0 4,5 550 15,4 5,7 600 17,0 6,0 (Rina Masriani dkk, 2007)

Ketahanan tekan tepi (edge crush resistance, ECT) adalah daya tahan tepi karton gelombang dalam posisi tegak lurus terhadap suatu tekanan dinyatakan dalam kN/m atau kgf /cm. Karton gelombang biasanya dinyatakan dalam formasi K/M/K atau kraft liner/ medium/kraft liner. Lapisan tengah : medium dengan gramatur 125 g/m2.

(38)

Ketahanan Retak (bursting strength,BS) berkaitan dengan kemampuan muat kotak karton gelombang (KKG), CMT adalah compression medium test dan ring crush test. Sifat - sifat karton gelombang dipengaruhi oleh sifat - sifat bahan bakunya yaitu kertas liner dan kertas medium.

Sifat bahan dasar pembentuk karton gelombang yang penting adalah a. Kertas Liner : Gramatur, BS, RCT, Perekat

b. Kertas Medium : Gramatur, Tebal, RCT, CMT a Kertas Liner

Kertas liner adalah kertas yang digunakan sebagai penyekat dan pelapis pada karton bergelombang. Kertas liner memiliki gramatur : 125; 150; 200 dan 300 gr/m2 ,biasanya dibuat pada mesin Fourdrinier atau Cylinder craff dengan bahan baku pulp kraft asli, kertas kantong bekas atau kotak karton gelombang bekas (Old Corrugated Carton/OCC). Jika bahan bakunya dari kraft asli disebut kraft liner dan jika dicampur dengan kertas bekas disebut test liner atau board kraft (BK). BK = board kraft adalah kertas liner dengan kualitas di bawah kraft liner (KL), dibuat berdasarkan permintaan konsumen (Rina Masriani, 2007).

b Kertas Medium

Kertas medium adalah kertas yang digunakan sebagai lapisan bergelombang pada karton gelombang. Kertas medium memiliki gramatur : 112; 125; 140; 150 dan 160 g/m2 , dibuat dari pada mesin Fourdrinier ( single layer ) atau twin wire. bahan bakunya adalah kombinasi pulp semi kimia dengan pulp kraft atau kotak karton gelombang bekas (Rina Masriani, 2007)

(39)

2.6 KARTON LIPAT ( FOLDING BOARD)

Karton lipat (folding board) merupakan jenis kertas yang populer karena praktis dan murah. Dalam perdagangan disebut juga chipboard folding carton, dan digunakan untuk mengemas bahan hasil pertanian atau jenis - jenis barang lainnya. Bahan yang banyak digunakan untuk membuat karton lipat adalah cylinder board yang terdiri dari beberapa lapisan, dan bagian tengahnya terbuat dari kertas - kertas daur ulang, sedangkan kedua sisi lainnya berupa kertas koran murni dan bahan murni yang dipucatkan. Untuk memperbaiki sifat - sifat karton lipat, maka dapat dilapisi dengan selulosa asetat dan polivinil klorida (PVC) yang diplastisasi. Kasein yang dicampurkan pada permukaan kertas akan memberikan permukaan cetak yang lebih halus dan putih. Keuntungan dari karton lipat adalah dapat digunakan untuk transportasi, dan dapat dihias dengan bentuk yang menarik pada transportasi barang - barang mewah. Tetapi kelemahannya adalah kecenderungan untuk sobek di bagian tertentu.Pemilihan jenis atau model karton lipat yang pemilihan jenis atau model karton lipat yang akan digunakan sebagai pengemas, tergantung pada jenis produk yang akan dikemas dan permintaan pasar. Pengujian mutu kemasan karton lipat dapat berupa uji jatuh bagi wadah yang sudah diisi, pengujian tonjolan, pengujian kekuatan kompresi dan daya kaku dalam hubungan kelembaban udara (Elisa J. dkk, 2007).

2.7 KARTON DUPLEKS

Karton dupleks merupakan suatu jenis karton yang pembuatannya terdiri dari lembaran yang berlapis-lapis, dapat terdiri dari dua lapis atau lebih. Lapisan atas berwarna putih, disalut atau tidak. Umumnya karon dupleks mempunyai sifat khusus yaitu gramatur dan sifat kekakuan yang tinggi.Salah satu penggunaan jenis karton ini untuk pengemasan suatu produk atau kotak karton lipat. Dalam hal ini diperlukan syarat, kekakuan, densitas, derajat putih dan daya serap air.Sifat kekakuan diperlukan agar kotak karton lipat tidak ambruk pada saat ditumpuk dan tidak gembung karena ada beban isi. Densitas erat hubungaanya dengan kekakuan dan ketebalan karton.

(40)

Derajat putih diperlukan agar penampilan kotak karton lipat secara visual baik. Sedangkan daya serap air diperlukan karena dapat mendukung proses pencetakan dan katak karton lipat lebih tahan terhadap udara lembab ( Yuriyanto dkk, et al., 2001)

2.8 SIFAT-SIFAT KARTON

Pengetahuan terhadap sifat-sifat karton adalah sangat penting bagi pabrikasi kertas karena produk akhir yang berlainan memerlukan sifat-sifat karton yang berbeda. Namun secara umum, kebanyakan sifat-sifat kertas adalah bergantung kepada bahan bakunya yaitu serat selulosa, dimana sifat-sifat serat selulosa ini diketahui sebagai sifat fungsi (Casey, 1981).

Selulosa menyerap air maka kertas juga menyerap air kecuali perlakuan khusus diberikan untuk meminimalkan daya serapnya. Selulosa berwana putih maka karton juga bewarna putih, kecuali karton tersebut mengandung lignin atau diberi warna. Selulosa adalah higroskopik ; sehingga kertas juga higroskopik dengan kadar airnya akan berubah menurut kelembaban relatif sekitar (Cassey, 1981). Serat selulosa mengembang atau menyusut dengan perubahan kadar air yang dikandungnya karena itu karton juga mengembang dan menyusut dengan perubahan lembaban relatif. Serat selulosa berupaya untuk membentuk ikatan-H; karton pula akan terbentuk dengan adanya ikatan-H antara serat tanpa penambahan aditif. (Cassey, 1981). Serat selulosa mempunyai kekuatan yang tinggi sehingga karton yang dihasilkan juga kuat. Serat selulosa adalah fleksibel maka karton juga adalah fleksibel. Selulosa dapat dibakar maka kertas juga dapat dibakar (Cassey, 1981).

Proses pabrikasi karton dapat di modifikasi untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan untuk menghasilkan berbagai jenis karton berkualitas.Sifat karton dapat dikatagorikan sebagai sifat fisik, kimia, mekanik dan optik, Penentuan sifat-sifat ini dibuat berdasarkan pengujian menurut standart uji kertas dan karton.

(41)

2.8.1 Sifat Fisik Karton

Umumnya sifat fisik dan mekanik karton adalah lebih penting dibanding dengan sifat kimianya. Sifat fisik dan mekanik karton antara lain : gramatur, berat, ketebalan, densitas, kadar air, daya serap air, indeks tarik, indeks koyak, indeks retak dan ketahanan tekan lingkar (Cassey, 1981).

2.8.1.1 Gramatur Karton

Gramatur dikenal juga sebagai berat karton karena berat lembaran karton dan luas karton lebih penting dibanding dengan volumenya. Gramatur karton didefenisikan sebagai ukuran berat lembaran karton yang luasnya satu meter persegi (Cassey, 1981). Penentuan gramatur karton sangat penting karena karton dijual atau dibeli berdasarkan berat. Semakin ringan berat karton sejenis, semakin murah pula harganya per unit. Berat karton mempengaruhi sifat fisik karton, sifat mekanik karton, sifat kimia karton dan optik karton. Gramatur = berat karton (gr) / luas permukaan karton (m²). (Cassey, 1981).

2.8.1.2 Ketebalan Karton

Ketebalan karton di defenisikan sebagai jarak antara dua permukaan yang sejajar yang tegak lurus setelah dilakukan penekanan. Ketebalan lembaran karton di pengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya jenis serat, adanya bahan lain selain serat, gramatur, tingkat penekanan dan calendring. Ketebalan sangat penting untuk kertas dan karton terutama bagi kertas atau karton yang di gunakan untuk tujuan mekanik (Cassey, 1981).

2.8.1.3 Densitas Karton

Densitas karton ditentukan berdasarkan nilai tebal yang dibagi dengan gramatur. Densitas lembaran karton dapat dipengaruhi oleh jumlah ikatan antara serat, kekasaran dan kelenturan serat serta perlakuan penghalusan stok. Selain itu penambahan bahan-bahan pengisi di dalam karton juga mempengaruhi densitas

(42)

karton dimana densitas akan bertambah dengan penambahan komposisi pengisi didalam karton. Densitas karton akan mempengaruhi sifat fisik, mekanik dan optik lembaran karton.

2.8.1.4 Daya Serap Air

Daya serap air adalah jumlah gram air yang diserap oleh satu meter persegi lembaran kertas atau karton dalam waktu 60 detik diukur pada kondisi standar yang dinyatakan dalam gr/m2. Semakin kecil nilai daya seap air, maka semakin tinggi daya tahan lembaran kertas/karton terhadap penetrasi cairan. Menurut Casey (1981) sizer adalah bahan penolong yang ditambahkan sebelum atau sesudah pembentukan lembaran kertas atau karton yang ditujukan terutama untuk meningkatkan ketahanan kertas atau karton terhadap cairan. Berdasarkan pemberian sizer dapat dibedakan dua macam, yaitu internal sizer dan surface sizer. Internal sizer merupakan proses untuk memberikan ketahanan penetrasi cairan pada kertas dengan memberikan bahan tambahan internal yang basah. Surface sizer umumnya merupakan penggunaan bahan berselaput tipis seperti tepung, getah dan polimer sintetis. Sifat daya serap air di pengaruhi oleh sizer dan filler.Sizer akan mengubah sifat hidrofilik selulosa menjadi hidrofobik sehinngga kemampuan penyerapan ainya akan berkurang (Casey 1981). 2.8.2 Sifat Mekanik Karton

Sifat mekanik lembaran karton terdiri dari ketahanan tarik, ketahanan retak, ketahanan koyak dan ketahanan tekan lingkar yang dijelaskan seperti berikut ini. 2.8.2.1 Ketahanan Tarik ( Tensile Strength )

Ketahanan tarik kertas atau karton dapat di defenisikan sebagai kemampuan kertas atau karton untuk mempertahankan keadaanya agar tidak putus bila dikenakan regangan. Ketahanan tarik penting dalam menentukan kemampuan kertas karton agar dapat berfungsi dengan baik seperti kertas pembungkus, kertas kantong. Ketahanan tarik kertas cetak tergantung pada ketahanan kertas terhadap pemutusan

(43)

jaringan serat sewaktu proses pencetakan. Ketahanan tarik sangat diperlukan untuk kertas cetakan dimana gaya tarik tinggi dapat ditahan oleh kertas tersebut. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi ketahanan tarik :

1. Kekuatan serat individu lemah maka kekuatan tarik juga terpengaruh.

2 Panjang serat rata-rataterlalu panjang maka akan menghasilkan pembentukan kertas yang tidak baik yang dapat menurunkan kekuatan tarik.

3. Kemampuan pengikatan permukaan serat bergantung kepada proses penekanan. Serat yang tidak dipress akan menghasilkan pengikatan yang lemah.

4. Struktur permukaan kertas ; kekuatan tarik akan terpengaruh apabila struktur pembentukan kertas tidak baik.

2.8.2.2 Ketahanan Retak (Bursting strength)

Ketahanan retak didefenisikan sebagai tindakan elektrostatik dalam kPa yang akan meretakkan kertas apabila tekanan ditambah secara konstan di berikan ke diafrakma. Pengujian ketahanan retak dilakukan untuk menentukan rintangan kertas. Uji retak dilakukan dengan meletakkan sampel diantara clamp annular dimana tekanan dinaikkan bertahap terhadap diafragma oleh tekanan hidrolik pada keadaan tetap sehingga sampel retak. Faktor-faktor yang mempengaruhi ketahanan retak : panjang serat, dimana semakin pendek serat maka semakin menurun kekuatan retak dan ikatan antara serat,dimana proses penghalusan akan meningkatkan ikatan antara serat tetapi jika penghalusan terlalu lama maka akan menghasilkan serat-serat yang lebih pendek akan mempengaruhi kekuatan retak. Selain itu, ketahanan retak juga dipengaruhi oleh proses pembentukan kertas, gramatur serta kelembaban.

2.8.2.3 Ketahanan Koyak (Tearing Resistant)

Ketahanan koyak kertas atau karton adalah rintangan suatu kertas atau karton yang mengalami koyakaan. Pengujian ketahanan koyak dilakukan adalah untuk mengukur tenaga yang diperlukan untuk mengoyakkan sehelai kertas atau karton. Ketahanan koyak kertas atau karton sangat penting karena dapat untuk melancarkan kertas di

(44)

atas mesin-mesin pencetak agar lembaran kertas tidak mudah koyak. Ketahanan koyak kertas atau karton juga sangat penting dalam penggunaan kertas sebagai pembungkus yang mana lembaran kertas mesti kuat untuk menyerap hentakan atau daya luar dan memerlukan rintangan koyak yang tinggi. Faktor yang mempengaruhi ketahanan koyak adalah jumlah serat yang mengalami rupture kertas, panjang serat dan banyaknya ikatan antara serat. Jumlah serat juga akan mempengauhi densitas, gramatur dan kelenturan kertas. Kertas yang kaku akan memberikan tekanan ke atas serat pada daerah/tempat yang kecil, tetapi kertas yang sifatnya lentur akan meyebarkan tekanan di atas daerah yang lebih luas.

2.8.2.4 Ketahanan Tekan Lingkar (Ring Crush Resistance)

Ketahanan tekan lingkar digunakan untuk menentukan ketahanan tekan tepi lingkar kertas dan karton. Ketahanan tekan tepi ( edge crush resistance) adalah daya tahan tepi karton dalam posisi tegak lurus terhadap suatu tekanan , dinyatakan dalam N atau kgf, diukur pada kondisi standar.Pengujian ketahan tepi karton menurut ISO 3.037 atau TAPPI T 811 berfungsi untuk memberikan informasi kekuatan dan kendali mutu karton gelombang pada posisi tegak lurus (Rina Masriani, 2007).

2.9 DERAJAT PUTIH (BRIGHTNESS)

Sifat optik kertas atau karton yang sangat diperlukan adalah derajat putih atau keputihan. Alat yang di gunakan untuk mengukur derajat putih lembaran kertas atau karton adalah brightimeter micro S-55. Derajat putih merupakan pengukuran keputihan kertas dan karton. Derajat putih kertas di tentukan berdasarkan pembalikkan cahaya pada jarak gelombang dalam spektrum biru dimana panjang gelombang cahayanya adalah 457 nm. Pengujian derajat putih digunakan untuk menentukan kebersihan pulp yang mana kertas yang cerah adalah bebas dari kekuningan pulp hasil dari kehadiran lignin atau bahan lain. Derajat putih kertas di perlukan dalam produk - produk kertas tulis dan pencetakan. Kegelapan juga di

(45)

defenisikan sebagai sifat penembusan cahaya terhadap suatu objek. Kertas dikatakan gelap jika penyerapan cahaya sangat tinggi. Kegelapan kertas sangat diperlukan untuk mengelakkan cetakan tembus pandang dari balik kertas.

2.10 STRUKTUR SERAT LIGNOSELULOSA

Dinding sel terdiri dari beberapa lapisan yaitu lamella tengah (ML), dinding primer (P), lapisan luar dinding sekunder (S1), lapisan tengah dinding sekunder (S2), lapisan dalam dinding sekunder (S3). Lapisan – lapisan ini berbeda antara satu dengan yang lain dari segi strukur dan komposisi kimianya. Mikrofibril mengelilingi paksi sel dalam arah yang berlainan. Gambar 2.1 menunjukkan komponen – komponen dinding sel. Helaian serat selulosa dan polisakarida ditandai dengan lapisan – lapisan dinding sel sekunder (S1, S2, S3). Lignin terletak di antara helaian – helaian dan di lamella tengah (ML) (Sjostrom, 1993).

(46)

Molekul-molekul yang membentuk dinding serat adalah rantai – rantai selulosa.. Rantai – rantai selulosa menyusun diri secara rapat, selaras dan terikat dengan ikatan-H untuk menghasilkan suatu kawasan kristal, dimana rantai yang tidak tersusun secara selaras membentuk kawasan amorf. Gabungan rantai-rantai selulosa membentuk struktur yang disebut dengan mikrofibril (Sjostrom, 2003). Mikrofibril-mikrofibril tersusun dan berorientasi membentuk struktur dinding serat seperti yang ditampilkan pada Gambar 2..2. berikut ini. Struktur ini dapat dilihat di bawah mikroskop elektron dengan diameter antara 10-30 um

Gambar 2.2 Struktur serat (Sungai, 2009).

Mikrofibril-mikrofibril akan membentuk makrofibril dan gabungan makrofibril-makrofibil akan membentuk dinding serat sehingga terjadi serat. Mikrofibril merupakan struktur yang berfungsi membentuk lapisan-lapisan dalam dinding serat yang ditampilkan seperti pada Gambar 2.3.

(47)

Gambar 2.3 Susunan mikrofibril dan makrofibril (Sungai, 2009).

Fibril-fibril tersusun secara teratur di sekitar dinding sekunder terdapat polisakarida tanpa kristal (hemiselulosa) dan poliferol amorfus (lignin). Lapisan dalam melapisi dinding sekunder. Lapisan ini kaya dengan bahan berpoliferol seperti lignin dan ML. Lapisan dalam ini kaya akan lignin sebanding dengan dinding sekunder (Sjostrom,1993).

a. Lamela Tengah

Lapisan lamela tengah terletak di antara dinding sel-sel berfungsi mengikat sel-sel secara bersama sama. Pada peringkat permulaan pertumbuhan, sel-sel pada keseluruhan terdiri dari bahan peltik tetapi akhirnya menjadi lignin. Lapisan ini dipenuhi dengan lignin dan mengandung sedikit polisakarida (pektin) tanpa selulosa, serta kaya dengan sisa asam uronik.

b. Dinding Primer

Lapisan dinding primer merupakan lapisan tipis setebal 0,1 – 0,2 µm kecuali pada sudut yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, pektik dan protein. Mikrofibril selulosa membentuk satu rangkaian tidak teratur di bahagian luar dinding primer tetapi di dalam dinding primer tersusun secara teratur. (Sjostrom, 1993).

(48)

c. Dinding Sekunder

Lapisan dinding sekunder terdiri dari tiga lapisan yaitu lapisan luar, lapisan dalam yang tipis dan lapisan tengah yang tebal. Lapisan – lapisan ini dibentuk oleh lamela yang terbentuk dari mikrofibril - mikrofibril tersebut terdapat lignin dan hemiselulosa. Lapisan dinding sekunder adalah lebih tebal dibandingkan lapisan lain Lapisan paling luar (S1) adalah setebal 0,3 - 0,4 µm, mengandung 3 sampai 4 lamela. Lapisan dinding sekunder mengandungi di antara 30 – 150 lamela yang membentuk sebahagian dari jumlah dinding sel. Oleh sebab itu, sifat fibrilnya menentukan banyak sifat mekanik dalam pembuatan kertas. (Sjostrom, 1993).

2.11 KOMPOSISI KIMIA SERAT SELULOSA

2.11.1 Selulosa

Selulosa merupakan senyawa polisakarida yang terdapat banayak di alam. Bobot molekulnya tinggi, strukturnya teratur berupa polimer yang linear terdiri dari unit ulangan

β

-D-Glukopiranosa. Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan mikro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari bobot molekul rata – rata, polidispersitas dan konfigurasi rantainya. Sebagai sumber serat, batang pisang cukup potensial untuk dikembangkan menjadi pulp karena memiliki kandungan selulosa cukup tinggi (Anonim,2002), seperti pada Tabel 2.4.

(49)

Tabel 2.4. Komposisi Kimia Serat Alam

Nama Selulosa Hemi Selulosa

Lignin Keterangan

Abaka 60-65 6-8 5-10 Pisang

Coir 43 1 45 Sabut Kelapa

Kapas 90 6 - Bungkus,

Biji

Flax 70-72 14 4-5 -

Jute 61-63 13 3-13 -

Mesta 60 15 10 -

Palmirah 40-50 15 42-45 -

Nenas 80 - 12 Daunnya

Rami 80-85 3-4 0,5-1 K.Batang Sisal 60-67 10-15 8-12 Daun

Straw 40 28 18 -

Sumber :

Sebagai sumber serat, batang pisang cukup potensial untuk dikembangkan menjadi pulp karena memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi (Anonim,2002), struktur molekul selulosa dapat dilihat seperti pada Gambar 2.4

(50)

2.11.2 Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan suatu polisakarida lain yang terdapat dalam tanaman dan tergolong senyawa organik. (Casey, 1960) menyatakan bahwa hemiselulosa bersifat non-kristalin dan tidak bersifat serat, mudah mengembang karena itu hemiselulosa sangat berpengaruh terhadap bentuknya jalinan antara serat pada saat pembentukan lembaran, lebih mudah dihidrolisis dengan asam. Perbedaan hemiselulosa dengan selulosa yaitu hemiselulosa mudah larut dalam alkali tapi sukar larut dalam asam, sedang selulosa adalah sebaliknya. Hemiselulosa juga bukan merupakan serat – serat panjang seperti selulosa. Hasil hidrolisis selulosa akan menghasilkan D-glukosa, sedangkan hasil hidrolisis hemiselulosa akan menghasilkan D-xilosa dan monosakarida lainnya. Hemiselulosa tersusun dari gabungan gula – gula sederhana dengan lima atau enam karbon. Degradasi hemiselulosa dalam asam lebih tinggi dibandingkan dengan delignifikasi, dan hidrolisis dalam suasana basa tidak semudah dalam suasana asam menyatakan bahwa adanya hemiselulosa mengurangi waktu dan tenaga yang diperlukan untuk melunakkan serat dalam proses mekanis dalam air. Hemiselulosa berfungsi sebagai pendukung dinding sel dan berlaku sebagai perekat

antar sel tungal yang terdapat didalam batang pisang dan tanaman lainnya. Hemiselulosa memiliki sifat non-kristalin dan bukan serat, mudah mengembang, larut

dalam air, sangat hidrofolik, serta mudah larut dalam alkali. Kandungan hemiselulosa yang tinggi memberikan kontribusi pada ikatan antar serat, karena semiselulsa bertindak sebagai perekat dalam setiap serat tunggal. Pada saat proses pemasakan berlangsung, hemiselulosa akan melunak, dan pada saat hemiselulosa melunak, serat yang sudah terpisah akan lebih mudah menjadi berserabut (Sungai,2009).

(51)

Gambar 2.5. Struktur molekul hemiselulosa (Sungai, 2009)

2.11.3 Lignin

Lignin adalah suatu polimer komplek dengan berat molekul tinggi (terdiri dari satuan fenil propana) sifat senyawa ini sangat stabil dan sulit untuk dipisahkan serta mempunyai bermacam – macam. Lignin bersama hemiselulosa membentuk lem alami yang menjadi perekat yang membuat kokoh sifat mekanik kayu tersebut. Jumlah lignin yang terdapat dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Di dalam daun jarum dan daun lebar dikatakan tidak tentu, terkadang tinggi atau rendah, kemungkinan tergantung pada keadaan perkembangannya. (Wardrop, 1971). Lignin terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekat antar serat.

(52)

Gambar 2.6. Struktur molekul lignin (Sungai, 2009)

Pada pembuatan pulp, lignin dapat dilarutkan oleh hidrolisa asam pada proses sulfit, alkali panas pada proses soda dan sulfat, serta oleh klorida dalam proses pemutihan. Pulp akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila mengandung sedikit lignin. Hal ini disebabkan lignin bersifat hidrophobik dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses pemasakan. Banyaknya lignin akan mempengaruhi konsumsi bahan kimia pemasak dan pemutihan.

2.11.4 Ekstraktif

Istilah ekstraktif kayu meliputi sejumlah besar senyawa yang berbeda yang dapat diekstraksi dari kayu dengan menggunakan pelarut polar maupun non polar. Pada umumnya kadar ekstraktif yang terkandung dalam bahan baku bukan kayu (non wood) lebih tinggi dari pada kayu (hard wood) dan kayu jarum (soft wood). Zat ekstraktif terdiri dari senyawa yang mudah menguap seperti terpentin, resin, asam lemak, karbohidrat dengan berat molekul rendah dan pektin.

Komposisi ekstraktif berubah selama pengeringan kayu terutama senyawa – senyawa tak jenuh, lemak dan asam lemak terdegradasi. Ekstraktif dapat juga

(53)

mempengaruhi kekuatan pulp, perekatan dan pengerjaan akhir kayu maupun sifat – sifat pengeringan (Sungai,2009).

2.11.5 Mineral

Mineral (senyawa anorganik) di dalam kayu mempunyai kadar kurang dari 1%. Di dalam pulp senyawa ini kadang – kadang masih terkandung yang berasal dari bahan baku, bahan kimia, air dan peralatan yang digunakan (Sungai,2009) .

2.12 SERAT DAUN NANAS

Serat daun nanas telah dikenal sebagai bahan tali-temali, tekstil dan kertas di beberapa tempat di dunia (Collins,1960). Pada tahun enam puluhan, petani - petani di Filipina sengaja memelihara tanaman nenas terutama untuk diambil daunnya sebagai bahan baku serat kualitas tinggi. Tetapi penggunaan serat daun nanas akhirnya berkurang, akibat munculnya serat - serat sintetik yang segera menguasai pasar.

Tanaman nanas banyak terdapat di Indonesia misalnya di Sumatera Utara (luas panen 6983 Ha), Riau (2449 Ha), Sumatera Selatan (1174 Ha), Kalimantan Barat (1153 Ha), Kalimantan Timur (680 Ha), Jawa Barat (891 Ha), Jawa Tengah (859 Ha), dan Jawa Timur (29762 Ha), dan luas panen total Indonesia 49025 Ha (Data Statistik,1983). Mengingat potensi tanaman nenas di Indonesia cukup banyak, pendayagunaan serat nenas sebagai bahan baku pulp kertas mungkin dapat memberi nilai tambah kepada perkebunan maupun para petani. Tinggi tanaman nanas dapat mencapai 90 - 100 cm atau lebih, daun membentang sepanjang 100 - 150 cm dan kadang - kadang berduri untuk jenis tertentu. Jumlah daun setiap pohon dewasa dapat mencapai 60 - 80 lembar atau 3 - 5 kg dengan kadar air kira - kira 85%. Pada umumnya limbah tanaman nanas terdiri dari 90 % daun, 9 % tunas batang dan 1 % batang. Daun berbentuk roset dan makin panjang ke arah atas permukaan tanah. Daun yang rimbun ini melekat pada batang yang pendek. Permukaan atas daun nenas halus,

(54)

sedangkan permukaan bawahnya mempunyai banyak alur sepanjang daun. Daun nanas dapat berwarna hijau tua atau coklat kemerah-merahan dan mengkilap(Collins, 1960) Sebenarnya dalam beberapa hal, sifat serat daun nanas lebih banyak daripada serat kayu. Sel serat daun nanas mempunyai perbandingan panjang terhadap lebar sangat besar, sehingga sifat kertas yang terbentuk juga sangat baik, misalnya : tipis, permukaan halus dan mudah dilipat (Collins, 1960). Bahkan, kertasnya dapat diremas sampai kusut dan kemudian dihaluskan kembali tanpa meningglkan bekas.

Pulp daun nanas sesuai untuk dibuat jenis kertas khusus, misalnya : kertas filter, sigaret, tissue, dan lain - lain. Pemasakan daun nanas dapat dilakukan dengan berbagai proses misalnya proses soda bertekanan dan proses sulfit netral dengan 4 - 12 % natrium sulfit (FAO, 1983). Ada pula penelitian yang menggunakan proses soda sulfit dengan kondisi 15 % natrium sulfit, 2 % natrium hidroksida dan suhu pemasakan 120 ºC (Kurita, 1980). Sedangkan bibit dari tunas tangkai daun dari mahkota dapat dipanen masing - masing sekitar 18 dan 24 bulan. biasanya tanaman jenis Cayenne dibongkar setelah panen tiga kali, agar produktivitasnya terjaga (Collins, 1960). Morfologi serat nanas jenis cayenne : panjang serat rata 3,40 mm, diameter serat bagian luar 6,99 mikrometer dan tebal dinding 2,33 mikrometer.(Wawan K, 2006).

2.13 SERAT PELEPAH BATANG PISANG

Pisang mempunyai banyak manfaat dari sudut makanan maupun sudut lain seperti produk pulp dan kertas. Pulp dan kertas dapat dipoduksi dari serat dalam psedostem pokok pisang, yang pada umumnya dianggap sebagai bahan buangan dalam industri pisang. Kertas yang dipoduksi dari serat pisang mempunyai kelebihan yang banyak dibandingkan dengan kertas dari pulp kayu, terutama dalam kekuatannya. Penelitian telah menunjukkan bahwa, kertas pisang adalah 300 kali lebih kuat dibandingkan dengan kertas pulp kayu biasa. Kekuatan ini timbul dari serat pokok pisang yang

(55)

panjang. Kelebihan lain kertas pisang adalah lebih tahan terhadap basah dan lebih berkualitas dan juga mempunyai ketahanan lebih terhadap api Melihat kertas pisang tidak mudah terbakar, sehingga baik sekali digunakan sebagai kertas pembungkus produk. Serat pisang diperoleh dari batang palsu (pseduo-stem) pokok pisang merupakan serat yang mempunyai sifat mekanik yang baik. Sifat mekanik serat pisang adalah mempunyai densitas 1,35 gr / cm³, kandungan selulosa diantara 63 – 64 % dan kandungan lignin hanya 5 %. Diameter serat pisang adalah 120 ± 5,8 µm. Perbandingan komponen-komponen serat dapat dilihat seperti pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5. Perbandingan Komponen - Komponen Serat

Serat Lignin (%) Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Abu (%)

Tankos 19 65 - 2

Sawit Mesocarp 11 60 - 3

Batang Pisang 5 63-64 19 -

Sisal 10-14 66-72 12 -

Coir 40-45 32-43 0,15-0,25 -

Daun Nanas 12,7 81,5 - -

J, Polym.Eng.16,265 (1977)

2.14 SERAT RAMI

Tanaman rami (Boehmeria Nivea) merupakan tanaman tahunan yang mudah tumbuh dan berkembang biak di daerah tropis. Rami merupkan tanaman yang serba guna. Daunnya yang merupakan kompos dan pakan ternak bergizi tinggi, pohonnnya baik untuk bahan bakar, tetapi yang paling bernilai ekonomi tinggi adalah serat dari kulit kayunya. Serat rami ini merupakan bahan yang dapat diolah untuk kain fashion berkualitas tinggi dan bahan pembuatan selulosa berkualitas tinggi (selulosa α). Selulosa α berkualitas tinggi merupakan salah satu unsur pokok pembuatan bahan peledak dan propelan yaitu isian dorong untuk meledakkan peluru. Kayu dan serat rami dapat diolah menjadi pulp berkualitas tinggi sebagai bahan baku pembuatan aneka jenis kertas berharga. Rami mempunyai banyak kegunaan, yaitu sebagai

(56)

sumber penghasil serat untuk industri tekstil maupun bahan baku pulp kertas. Kandungan selulosa rami relatif tinggi (sekitar 50%), sedangkan kadar ligninnya rendah (sekitar 10%). Ditinjau dari sifat kimia tersebut rami mempunyai prospek yang baik untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pulp kertas maupun pulp larut (dissolving pulp) yang lebih dikenal sebagai pulp rayon (Umar S.Tarmansyah, 2007).

Sebagai sumber serat yang panjang, rami sangat potensial untuk dikembangkan menjadi pulp putih serat panjang yang selama ini masih diimpor. Pulp ini dapat digunakan sebagai substitusi serat panjang untuk membuat kertas tulis, kertas fotokopi, dan lain - lain. Dengan sifat seratnya yang panjang dan langsing, serat rami juga dapat dikembangkan untuk kertas khusus seperti kertas saring teh celup, kertas dasar stensil, kertas rokok, dan kertas yang memerlukan ketahanan (security papers) daya simpan yang lama seperti kertas uang, kertas surat berharga, kertas dokumen, dan kertas peta. Selain itu serat rami dengan kandungan selulosa yang tinggi dapat digunakan sebagai bahan baku rayon (Umar S.Tarmansyah, 2007) Morfologi serat rami : panjang serat rata-rata 11,23 mm, diameter serat bagian luar 16,46 mikrometer, tebal dinding 8,44 mikrometer.(Yuniarti, P.K, 2006) Perbandingan panjang serat kayu dan tanaman bukan kayu seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. Klasifikasi Serat menurut Klemn.

Klasifikasi Serat Hard wood Soft wood Non wood Serat pendek (µm) < 900 < 3000 < 2000 Serat sedang (µm) 901 – 1600 3001 - 4500 2001 - 4500 Serat panjang (µm) > 1600 > 4500 > 4500

(57)

2.15 PATI

Pati (Starch) memiliki sifat yang dapat meningkatkan retensi, drainase dan meningkatkan kekuatan lembaran kertas. Pati dapat dipergunakan pada proses pembuatan kertas alkali dan kertas asam, dan dapat bekerja pada pH 4-9. Sebelum dipergunakan dalam pembuatan kertas, pati dimasak terlebih dahulu agar terbentuk gelatinasi, gelatinasi menyebabkan kekentalan larutannya berubah, pemasakan pati dianjurkan pada suhu 100ºC selama 20 - 30 menit (Wawan, K.H,dkk, 2004). Pati merupakan polimer alam yang mudah didapat dan harganya relatif murah, pati diperoleh dari beberapa jenis tumbuhan, ubi (tapioka), jagung, kentang, dll. Penyusun utama dari pati adalah amilosa dan amilopektin, dan sedikit lemak serta protein, kandungan ini berbeda - beda untuk tiap jenis pati Amilosa mempunyai rantai lurus sedangkan amilopektin mempunyai rantai bercabang, bentuk rantai ini akan berpengaruh pada mekanisme pengikatan partikel - partikel fine dan bahan pengisi.

Pada proses alkali pati mempunyai fungsi lain yang sangat penting, selain sebagai pretense dan drainase juga berfungsi sebagai pendarih dan penguat kering, pati mempunyai sifat pendispersi yang baik, yang dapat membantu memperbaiki formasi lembaran. Pati kationik dapat mengemulsikan ASA dan dapat menjaga kestabilannya. Pada penggunaan selanjutnya pati dapat ditemukan dalam bentuk modifikasi, yaitu anionik, kationik dan amphoterik, tetapi pati kationik lebih banyak dipergunakan karena bahan - bahan yang dipergunakan dalam pembuatan kertas seperti serat dan bahan pengisi mempunyai muatan negatif. Pemakaian pati kationik tidak memerlukan penambahan alum, karena sudah memiliki muatan positif, muatan positif pati kationik berikatan langsung dengan serat, fine dan bahan pengisi yang bermuatan negatif, pati kationik dibuat melalui proses esterifikasi dengan alkyl aminoethly chloride, dapat juga menggunakan tertiary amines atau quartenary amines (Wawan K.H,dkk, 2004).

(1)

1. Batang Rami Kering 2. Serpihan Daun Nanas

3. Serpihan Pelepah Batang Pisang 4. Sludge

5. Manager Produksi TPL-Porsea 6. Teknisi Pulping BBPK-Bandung

(2)

L – 16

Lampiran P

Analisis Diameter Serat

Serat Daun Nanas (DN)

(3)

L – 17

Lampiran Q

Foto Lembaran Karton

1. Lembaran Karton sludge (100%)

(4)

3. Lembaran Linerboard Jenis PBR - PS (50% : 50%)

(5)

5. Lembaran Linerboard Jenis PBR (100%)

(6)

7. Lembaran Paperboard Jenis PDN - PS (50% : 50%)

Interaksi Serat Limbah Industri Pulp Dengan Serat Nanas, Pisang Dan Rami Pada Pembuatan Karton

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

PERDINAN SINUHAJI

068103013/ KM

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

PERDINAN SINUHAJI

NIM: 068103013/KM

PENGESAHAN DISERTASI

PERNYATAAN ORISINILITAS

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP

DENGAN SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

DISERTASI

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

INDUSTRIAL WASTE PULP FIBER INTERACTION WITH

FIBER PINEAPPLE, BANANA AND HEMP

ON MAKING CARDBOARD

INTERAKSI SERAT LIMBAH INDUSTRI PULP DENGAN

SERAT NANAS, PISANG DAN RAMI PADA

PEMBUATAN KARTON

INDUSTRIAL WASTE PULP FIBER INTERACTION WITH

FIBER PINEAPPLE, BANANA AND HEMP

ON MAKING CARDBOARD

BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

β

Parts

Dokumen yang terkait

Pembuatan Dan Karakterisasi Kertas Dari Campuran Serat Jambul Nanas Dan Serat Jerami Padi

Pemanfaatan Limbah Padat Pulp (Sludge) Dengan Serat Pelepah Batang Pisang Menjadi Tatakan Telur

Pemanfaatan Limbah Dari Industri Serat Rami (Boehmeria Nivea) Menjadi Produk Bernilai Jual Tinggi

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan