BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pembuatan Perekat Lignin Resorsinol Formaldehid dari Natrium Lignosulfonat Tandan Kosong Kelapa Sawit
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TANDAN KOSOG KELAPA SAWIT (TKKS)
Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) termasuk dalam kelas
Angiospermae , subkelas Monocotyledonae, divisi Tracheophyta, ordo Palmae,
famili Arecaceae, genus elaeis dan spesies guineensis . Tanaman kelapa sawit mulai dipanen pada umur 2,5 - 4 tahun dan rata-rata menghasilkan buah 20-22 tandan per tahun. Pada tahun-tahun pertama tanaman berbuah sekitar 3-6 kg, tetapi semakin tua berat bertambah yaitu 25- 35 kg per tandan. Jumlah buah per tandan pada tanaman yang cukup tua mencapai 1.600 buah. Dari satu ton tandan buah segar (TBS) yang diolah akan dihasilkan minyak kelapa sawit kasar (CPO) sebanyak 0,21 ton (21%) serta minyak inti kelapa sawit (PKO) sebanyak 0,05 ton (5%) dan sisanya merupakan limbah dalam bentuk tandan buah kosong, serat dan cangkang biji yang jumlahnya masing-masing sekitar 23%, 13,5% dan 5,5% dari tandan buah segar [2].
Jumlah produksi kelapa sawit di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan, pada tahun 2010 mencapai 21.958.120 ton dan pada tahun 2011 mencapai 22.508.011 ton. Setiap produksi kelapa sawit menghasilkan limbah berupa tandan kosong kelapa sawit 23%, cangkang 8%, serat 12% dan limbah cair 66%. Limbah tandan kosong kelapa sawit pada tahun 2010 mencapai 5.050.367,6 ton dan pada tahun 2011 mencapai 5.176.842,53 ton. Partikel tandan kosong kelapa sawit setelah perendaman air panas memiliki kadar selulosa 51%, kadar hemiselulosa 22%, kadar lignin 15%, kelarutan zat ekstraktif dalam air dingin sebesar 4%, kelarutan zat ekstraktif dalam air panas sebesar 3%, kelarutan zat ekstraktif dalam etanol-benzena sebesar 2%, kadar abu 2%, kadar silika 1%, kadar air 8%, dan keterbasahan 294 mm [1].
Pada umumnya tandan kosong kelapa sawit digunakan untuk pupuk organik. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang tidak tertangani dapat menyebabkan bau busuk dan tempat bersarangnya serangga lalat. Untuk mengurangi dampak negatif dengan semakin banyaknya limbah dari pabrik kelapa saja digunakan sebagai bahan baku perekat likuida dan papan partikel karena selain memiliki jumlah potensi yang besar juga mengandung lignoselulosa. Jumlah TKKS ini cukup besar karena hampir sama dengan jumlah produksi minyak sawit mentah [1].
Tandan kosong kelapa sawit, seperti pada kayu ataupun tanaman lainnya mengandung unsur kimiawi lemak, protein, selulosa, lignin dan hemiselulosa. Komposisi kimiawi yang demikian memungkinkan pemanfaatan limbah TKKS untuk dijadikan substrat (bahan dasar) dalam pembuatan asam-asam organik, pelarut aseton, butanol, etanol, protein sel tunggal, zat antibiotika, xanthan dan bahan kimia lainnya melalui biokonversi (Tsao, 1978 dalam Heradewi, 2007). Tandan kosong kelapa sawit banyak dijumpai disekitar pabrik minyak kelapa sawit, merupakan limbah berlignoselulosa yang belum dimanfaatkan secara efektif. Menurut Darwis et al. (1988), pemanfaatan limbah padat (selain bungkil inti sawit) belum optimal. Tandan kosong kelapa sawit baru dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler atau dibuang di jalan-jalan di daerah perkebunan kelapa sawit untuk mengeraskan jalan [2].
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tandan Kosong Kalapa Sawit [2]Komposisi Tun Tedja Pratiwi et Azemi et al., Darnol et (%) Irawandi (1991) al., 1994 1994 al., 1995
- Lemak 5,35 Protein - - - 4,45 Selulosa 32,55 35,81
40 38,76 Lignin 28,54 15,70 21 22,23 Hemiselolusa 31,700 27,01 -
24
2.2 LIGNIN
Lignin adalah senyawa organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain selulosa. Struktur lignin sangat beraneka ragam tergantung dari jenis tanamannya. Lignin merupakan komponen terbesar yang terdapat dalam larutan lindi hitam. Secara umum polimer lignin disusun oleh unit-unit fenil propana yaitu p-kumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol (Gambar
Gambar 2.1 Struktur (1) p-kumaril alkohol (unit p-hidroksifenil), (2) koniferil alkohol (unit guaiasil), (3) sinapil alkohol (unit siringil) [11]Berdasarkan komposisi unit strukturalnya, lignin diklasifikasikan kedalam beberapa tipe. Lignin pada softwood (kayu daun jarum) atau disebut lignin guaiasil atau G lignin sebagian besar disusun oleh unit guaiasil (sekitar 90%) dan
p -kumaril alkohol (sekitar 10%). Lignin pada hardwood (kayu daun lebar) atau
disebut lignin guaiasil siringil atau G-S lignin disusun oleh unit guaiasil dan siringil dengan perbandingan tertentu, tergantung dari jenis kayu, umur kayu, tempat tumbuh dan iklim.
Salah satu pemanfaatan lignin ialah dapat dimodifikasi menjadi lignosulfonat. Lignosulfonat dapat berupa natrium lignosulfonat, amonium lignosulfonat, kalsium lignosulfonat, dan zink lignosulfonat. Penggunaan lignosulfonat sangat beragam, diantaranya sebagai bahan pendispersi pada berbagai sistem dispersi partikel (misalnya pasta gipsum dan pasta semen), sebagai bahan emusifier dan pendispersi pada proses recovery dalam industri pengeboran minyak, sebagai bahan perekat dalam industri keramik, sebagai bahan pendispersi zart warna dalam industri tekstil [11].
2.3 ISOLASI LIGNIN
Isolasi lignin dapat dilakukan dari kayu bebas ekstraktif sebagai sisa yang tidak larut setelah penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Secara alternatif, lignin dapat dihidrolisis dan diekstraksi dari kayu atau diubah menjadi turunan yang larut [2].
Dalam mengisolasi lignin ada beberapa metode yang digunakan antara lain lignin enzim selulolitik (Cellulolythic Enzyme Lignin/CEL), dan metode isolasi lignin teknis [12].
1. Metode Klason Lignin Klason diperoleh dengan menghilangkan polisakarida dari kayu yang diekstraksi dengan hidrolisis menggunakan asam sulfat.
2. Metode Bjorkman Metode isolasi ini dilakukan dengan cara menggiling bubuk kayu dalam penggilingan bola, bubuk kayu dapat digiling dalam keadaan kering atau dengan menggunakan pelarut seperti toluena.
3. Metode CEL Isolasi lignin digunakan dengan menggunakan enzim. Polisakarida dapat dihilangkan dengan enzim-enzim dari bubuk kayu yang digiling hingga halus.
4. Metode isolasi lignin Teknis Ini ada metode yang banyak digunakan untuk mengisolasi lignin dari larutan sisa pemasak pulp. Ada berbagai teknik untuk mengisolasi lignin yang telah dipelajari sejak lama. Pada prinsipnya semua diawali dengan proses pengendapan padatan. Kim et al. (1987) dan Lachenal (2004) mengembangkan teknik isolasi lignin untuk mendapatkan kemurnian yang tinggi [12].
Telah banyak penelitian yang dilakukan untuk mengisolasi lignin dari berbagai bahan yang mengandung lignin. Isolasi lignin dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) juga telah banyak dilakukan untuk mengetahui cara terbaik yang menghasilkan lignin isolat. Beberapa penelitian yang dilakukan antara lain :
1. Harmaja Simatupang dkk, (2012) melakukan penelitian yang berjudul Studi Isolasi Dan Rendemen Lignin dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Hasil dari penelitian ini rendemen lignin tertinggi yang diperoleh yaitu 16,42% yaitu pada waktu pemasakan 2 jam, konsentrasi katalis NaOH 20%, dengan pengenceran lindi hitam 1:1 [13].
2. Masdayani Rambe dkk, (2013) melakukan penelitian dengan judul Pengaruh Katalis NaOH pada Proses Isolasi Lignin Dari Tandan Kosong konsentrasi katalis NaOH berpengaruh terhadap proses isolasi lignin, sedangkan pengenceran lindi hitam pengaruhnya sangat kecil sekali [14].
3. Herawati (2007) juga melakukan penelitian tentang isolasi lignin yang berjudul Isolasi Lignin dari Lindi Hitam Proses Pemasakan Organosolv Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Hasil dari penelitian ini adalah penambahan katalis basa (NaOH) pada larutan pemasak delignifikasi organosolv memberikan pengaruh nyata terhadap rendemen, tingkat kemurnian, keasaman (pH), berat ekuivalen dan kadar metoksil isolat lignin. Juga pengaruh nyata dari konsentrasi asam sulfat pada rendemen, tingkat kemurnian, keasaman (pH), dan berat ekuivalen isolat lignin [2].
2.4 NATRIUM LIGNOSULFONAT
Lignosulfonat merupakan surfaktan alami yang banyak digunakan di industri. Penggunaan lignosulfonat ini beragam, yaitu sebagai penstabil dalam industri pengeboran minyak bumi, pelarut dalam industri tekstil, emuslsifier dalam pembuatan pelumas bahan perekat dan bahan pendispersi untuk papan gipsum, bahan aditif lIntuk media kultur, sebagai water reducing admixture dan juga sebagai retarder.
Lignosulfonat merupakan surfaktan yang bersifat larut air sehingga banyak digunakan juga sebagai bahan admirture. yaitu untuk membantu proses pengadukan dalam cement mill dan membuat konstruksi bangunan menjadi lebih kokoh karena lignosulfonat juga merupakan binding agent yang baik.
Surfaktan adalah senyawa organik yang memiliki setidaknya satu gugus hidrofilik dan satu gugus hidrofobik dengan bagian hidrofolik merupakan bagian yang sangat polar, sedangkan bagian hidrofobik merupakan bagian nonpolar. Surfaktan dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok yaitu surfaktan anionik, surfaktan kationik, surfaktan non-ionik dan surfaktan amfoterik. Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan dan antarmuka suatu cairan, meningkatkan kemampuan pembentukkan emulsi minyak dalam air dan mengubah agregasi partikel terdispersi, yaitu menghambat dan
Natrium Lignosulfonat termasuk dalam surfaktan anionik karena memiliki gugus sulfonat dan garamnya (-NaSO3-) yang merupakan anion (kepala) dan gugus hidrokarbon merupakan ekor. Struktur inilah yang menyebabkan meningkatnya sifat hidrofilitas Natrium Lignosulfonat (NaLS) menjadi mudah larut dalam air sehingga penggunaan NaLS menjadi luas. Peningkatan kebutuhan industri terhadap surfaktan dan pertimbangan faktor keamanan lingkungan dan kesehatan menyebabkan surfaktan berbasis produk nabati menjadi fokus dalam mengganti surfaktan berbasis minyak bumi [15].
5 Produksi lignosulfonat di seluruh dunia diperkirakan 8,9 x 10 ton/tahun
dan sekitar 50% digunakan sebagai bahan admirture. 8esarnya penggunaan lignosulfonat sebagai admixture untuk beton dan semen, yaitu sekitar 4,45 x lOs ton/tahun dikarenakan keunggulan yang dimiliki lignosulfonat dibandingkan surfaktan lain. Keunggulan tersebut, yaitu lignosulfonat secara esensial tidak bersifat toksik dan berasal dari bahan alami sehingga dapat diperbaharui, dibandingkan surfaktan sintetik dan surfaktan yang berbasis petrokimia. Jenis polimer sintetik dan surfaktan yang berbasis petrokimia yang dapat digantikan dengan lignosulfonat adalah naftalena formaldehida sulfonat (Sulphonated
Naphtalene FormaldehydelSNF) dan melamin formaldehida sulfonat
[16]. (Sulphonated Melamine Formaldehyde / SMF)Natrium lignosulfonat (NaLS) dapat disintesis dari lignin dengan reaksi sulfonasi. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang melibatkan pemasukan gugus sulfonat ke dalam lignin. Proses sulfonasi pada lignin bertujuan untuk mengubah sifat hidrofilitas dari lignin yang tidak larut dalam air dengan memasukkan gugus sulfonat yang lebih polar dari gugus hidroksil, sehingga akan meningkatkan sifat hidrofilitasnya dan menjadikan lignosulfonat. NaLS (Gambar 2.2) termasuk surfaktan anionik, karena memiliki gugus sulfonat dan garamnya (
- –NaSO3-) yang merupakan anion (kepala) dan gugus hidrokarbon merupakan ekor. Struktur NaLS inilah yang menyebabkan meningkatnya sifat hidrofilitas natrium lignosulfonat (NaLS) sehingga mudah larut dalam air, dengan demikian penggunaan NLS menjadi luas [11].
Penelitian mengenai pembuatan natrium lignosulfonat (NaLS) telah bnyak dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan cara-cara terbaik dalam menghasilkan natrium lignon sulfonat. Berikut ini beberapa penelitian tentang natrium lignosulfonat yaitu :
1. Ismiyati dkk, (2010) yang melakukan penelitian dengan judul Pembuatan Natrium Lignosulfonat Berbahan Dasar Lignin Isolat Tandan Kosong Kelapa Sawit : Identifikasi, Dan Uji Kinerjanya Sebagai Bahan Pendispersi. Penelitian ini mengasilkan NaLS dari isolat lignin TKKS sesuai sebagai agen pendispersi dan NaLS ini memenuhi karakteristik sebagai agen pendispersi [18].
2. Ani Suryani dkk, (2010) melakukan penelitian yang berjudul Proses Optimasi Suhu dan Konsentrasi Sudium Bisulfit (NaHSO
3 ) pada Pembuatan Sodium Lignosulfonat Berbasis Tandan Kosong Kelapa Sawit.
Penelitian ini mengsilkan rendemen dan kelarutan sodium bisulfit yang optimal [16].
3. Gustini Syahbirin (2009) melakukan penelitian yang berjudul Pemanfaatan Lignin Kraft dari Lindi Hitam Pabrik Pulp untuk Pembuatan Natrium Lignosulfonat dan Sulfonat Hidroksimetil Fenol Lignin Asam Sulfat Sebagai Bahan Pendispersi. Penelitian ini menghasilkan kondisi optimum proses sulfonasi lignin adalah pada nisbah pereaksi 1 : 0,5, suhu 95,58oC dan pH awal reaksi 6,8 yang menghasilkan NLS dengan rendemen 88,93% (b/b) dan tingkat kemurnian 89,15% [9].
2.5 PEREKAT
Perekat (adhesives) adalah suatu yang memiliki kemampuan untuk mempersatukan bahan sejenis atau tidak sejenis melalui ikatan permukaan. Dilihat dari reaksi perekat terhadap panas, maka perekat dapat dibedakan atas perekat termoset dan termoplastis. Perekat termoset merupakan perekat yang dapat mengeras bila terkena panas dan reaksinya bersifat tidak dapat balik. Perkat jenis ini jika sudah mengeras, tidak dapat lagi menjadi lunak. Contoh perekat yang termasuk jenis ini adalah fenol formaldehida, urea formaldehida, melamin formaldehida, isosianat dan resorsinol formaldehida. Perekat termoplastis adalah perekat yang dapat melunak jika terkana panas dan menjadi mengeras jika suhunya telah turun. Contoh perekat yang termasuk jenis ini adalah polyvinil
adhesive, ceellulose adhesive [19].
Sumber perekat yang dapat diperbaharui terdiri atas senyawa-senyawa polimer alami yang berasal dari tumbuh-turnbuhan, yang diadaptasi untuk kegunaan yang sarna sebagai kelornpok perekat sintetis rnumi. Ada dua kelornpok utama sumber perekat tersebut, yaitu: Lignin dan Tanin. Pernanfaatan kedua kelornpok polirner alami ini ditujukan sebagai pengganti resin-resin sintetis fenolik, dengan pertirnbangan bahwa performance bahan tersebut arnat rnenyerupai perekat sintetis fenolik rneskipun dalam beberapa hal reaksinya mungkin sangat berbeda. Selain itu, dikaitkan dengan upaya mengurangi kebergantungan pada perekat sintetis sebagai hasil olahan asal minyak bumi yang merupakan sumber daya tidak terbarukan, mengurangi pencemaran lingkungan, dan usaha untuk menekan biaya perekat [20].
Tabel 2.2 Persyaratan mutu fenol formaldehida cair untuk perekat kayu lapis [4]No Pengujian Berdasarkan SNI 06
- – 4567-1998
1. Bentuk Cair
2. Kenampakan Merah Kehitaman dan bebas dari kotoran 3. pH (25
C) 10,0
- – 13,0
4. Kekentalan (25
C) 130
- – 300
5. Berat Jenis (25
C) 1,165-1,200
6. Sisa penguapan
7
- – 45 %
2.6 PEREKAT LIGNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA
Menurut Ruhendri dalam Tito Sucipto, 2009, lignin adalan suatu produk alami yang dihasilkan oleh semua tumbuhan berkayu. Merupakan komponen kimia daan morfologi ciri dari jaringan tumbuhan tingkat tinggi.
Lignin lebih efektif bila digunakan secara bersamaan dengan resorsinol dalam reaksi dengan formaldehida, sehingga dalam kondisi basa terbentuk kopolimer lignin resorsinol formaldehid [4]. Kelebihan resorsinol formaldehida adalah baunya kurang bila dibandingkan dengan fenol formaldehid, lebih cepat mengeras pada temperatur yang rendah, lebih aktif dari pada fenol formaldehida, tahan terhadap pengaruh cuaca, kelembaban yang tinggi. Resorsinol formaldehida ini biasanya digunakan untuk perekat eksterior untuk perkapalan struktural dan untuk marine construction [8]. Reaksi-reaksi yang terjadi pada pembuatan perekat [21] yaitu :
Gambar 2.3 Reaksi Lignin + Formaldehid (HCOH) Ortho- hydroxymethyllignin [21]Gambar 2.4 Ikatan Resorsinol-Formaldehid [21]2.7 ANALISIS EKONOMI
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah dari pabrik kelapa yang memiliki nilai ekomomis yang rendah, jika tidak dimanfaatkan sebaik-baiknya. Pemanfaatan TKKS yang tidak efisien membuat limbah ini sebagai salah satu masalah penting dalam pabrik kelapa sawit karena jumlahnya yang terus meningkat setiap produksinya.
Pemanfaat yang banyak dilakukan pada TKKS hanya sebagai pupuk organik, namun ini hanya memiliki nilai ekomonis yang rendah. TKKS memiliki kandungan lignin yang cukup tinggi. Dalam pengembangannya lignin TKKS ini mulai banyak dimanfaatkan. Salah satu pemanfaatannya adalah sebagai salah satu bahan pembuat perekat alami.
Pemakaian perekat sintetik yang dapat menyebabkan kerusakan lingkungan. Ini mulai menjadi perhatian penting bagi pencemaran lingkungan. Bahan baku pembuatan perekat sintetik yang tidak dapat diperbaharui juga menjadi pertimbangan yang sangat penting. Sehingga mulai dikembangkan perekat alami yang tidak mencemari lingkungan dan bahan pembuatannya dapat diperbaharui secara terus menerus. Salah satu perekat alami yang terus dikembangkan adalah perekat lignin resorsinol formaldehid dari tandan kosong kelapa sawit. Perekat ini ramah lingkungan dan bahannya dapat diperbaharui. Pembuatan perekat ini juga meningkatkan nilai ekonomis dari tandan kosong kelapa sawit.
Pembuatan perekat lignin resorsinol formaldehid dari tandan kosong kelapa sawit dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
1. Pembuatan serbuk tandan kosong kelapa sawit bebas ekstraktif 2.
Isolasi lignin 3. Pembuatan natrium lignosulfonat 4. Pemurnian natrium lignosulfonat 5. Pembuatanperekat lignin resorsinol formaldehid.
Dalam pembuatan perekat LRF digunakan bahan-bahan lainnya. Berikut ini merupakan tabel rincian biaya dari bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan perekat LRF
Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Perekat Lignin Resorsinol Formaldehid dariNatrium Lignosulfonat Tandan Kosong Kelapa Sawit Biaya Total
Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) (Rp)
Tandan Kosong Kelapa Sawit 30 kg 3.000,-/kg 90.00,- (TTKS)
Natrium Bisulfit (NaHSO
3 ) 200 ml 40.000,-/100ml 80.000,-
Natrium Hidroksida (NaOH) 500 gram 20.000,-/kg 10.000,- Metanol (CH
3 OH) teknis
5 L 20.000,-/L 100.000,- Etanol (C
2 H
5 OH)
15 L 20.000,-/L 300.000,- Resorsinol (C H O ) 150 gram 3.000,-/gram 450.000,-
6
6
2 Formaldehida 37 % (CH
2 O) 100 ml 50.000,-/100 ml 50.000,-
Heksana (C
6 H 12 )
5 L 20.000,-/L 100.000,- Aquades (H O)
40 L 2.000,-/L 80.000,-
2
20 Kertas Saring Whatman 41 5.000,-/ lembar 100.000,- lembar Asam Sulfat (H SO ) 100 ml 100.000/ml 100.000,-
2
4 Analisa FT-IR Lignin dan 330.000,-
2 sampel 660.000,- Perekat /sampel
Pajak Analisa FT-IR sampel 10% 66.000,- Total 2.186.000,-
Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang diperlukan untuk pembuatan perekat lignin resorsinol formaldehid dari natrium lignosulfonat tandan kosong kelapa sawit sebesar Rp 2.186.000,-.
Berdasarkan tabel di atas dapat dilihat bahwa biaya yang sangat besar dalam pembuatan perekat LRF ini. Ini dikarenakan harga resorsinol yang mahal dan juga biaya analisa yang mahal.