pemanfaatan serat rami untuk pembuatan selulosa

PEMANFAATAN SERAT RAMI UNTUK PEMBUATAN SELULOSA
Oleh : Tim Puslitbang Indhan Balitbang Dephan (Kol. Umar S. Tarmansyah)
http://buletinlitbang.dephan.go.id/index.asp?vnomor=18&mnorutisi=3
PENDAHULUAN
Tanaman rami (Boehmeria nivea) merupakan tanaman tahunan yang mudah tumbuh
dan berkembang baik di daerah tropis. Rami merupakan tanaman yang serbaguna. Daunnya
merupakan bahan kompos dan pakan temak bergisi tinggi, pohonnya 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 (selulose α). Selulosa α berkualitas tinggi merupakan
salah satu unsur pokok pembuatan bahan peledak dan atau propelan (propellant) yaitu isian
dorong untuk meledakkan peluru. Kayu dan serat rami dapat diolah menjadi pulp berkualitas
tinggi sebagai bahan baku pembuatan aneka jenis kertas berharga.
Tanaman rami juga sangat baik ditanam di lahan gundul atau di lereng ketinggian
yang memiliki kemiringan besar. Karena rami tumbuh dari tunas akar sehingga dapat tumbuh
dan berkembang biak berumpun dengan cepat seperti halnya bambu. Oleh karena itu tanaman
rami sangat efektif untuk menahan erosi.
Pada dekade terakhir ini ada upaya percepatan dan perluasan penanaman rami di beberapa
daerah baik di Jawa maupun luar Jawa. Di Jawa rami dijumpai hampir di seluruh kabupaten
dengan sentranya di daerah Wonosobo (Jateng) dan Garut (Jabar). Di luar Jawa banyak
dijumpai di Sumatra yaitu di Sumatra Selatan, Lampung dan Sumatra Utara. Booming
produksi serat rami yang diarahkan ke sasaran pokok sebagai bahan baku industri tekstil
(substitusi kapas sebagai produk import), tidak dapat diserap sepenuhnya oleh industri tekstil
yang ada. Hanya kurang dari 25% yang dapat diserap oleh industri tekstil nasional. Untuk
diekspor, serat rami Indonesia kalah bersaing karena pengolahan serat rami kita umumnya
masih tradisional walaupun ada sebagian kecil yang diolah dengan mesin, tetapi karena
menggunakan mesin pengolah kapas (serat pendek, sedangkan rami serat panjang) sehingga
hasilnya kurang baik.
Untuk mengantisipasi keberlimpahan serat rami pada tahun-tahun mendatang perlu
dicarikan solusi agar gairah para petani rami tetap dapat dipertahankan bahkan meningkat.
Altematif solusi tersebut adalah pemanfaatan serat rami sebagai dasar pulp yang
menghasilkan selulosa. Selulosa dapat diolah lebih lanjut menjadi nitro selulosa (NC),
sebagai salah satu unsur utama dalam pembuatan propelan atau bahan peledak.
Pulp itu sendiri dapat diartikan sebagai suatu material/bahan yang bersifat halus dan
lembab yang terdiri dari bahan serat kayu. Tampilannya dapat berwujud benda setengah cair
hingga setengah padat dan padat (tergantung seberapa banyak kandungan air/zat cair di
dalamnya). Ketika berbentuk sebagai benda cair, pulp menyerupai "bubur". Oleh karena itu
ada yang menyebutnya sebagai "bubur kayu". Pulp ini merupakan bahan baku utama untuk
aneka jenis kertas dan plywoods serta produk turunan yang lainnya.
Selulosa merupakan bagian penyusun utama jaringan tanaman berkayu. Bahan
tersebut utamanya terdapat pada tanaman kertas, namun demikian pada dasamya selulosa
terdapat pada setiap jenis tanaman, termasuk tanaman semusim, tanaman perdu dan tanaman
rambat bahkan tumbuhan paling sederhana sekalipun. Seperti: jamur, ganggang dan lumut.
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa natrium
hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
•
Selulosa  (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan DP (derajat polimerisasi) 600 - 1500.
Selulosa a dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemumian selulosa.
•
Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan
NaOH 17,5% atau basa kuat dengan DP 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan
•
Selulosa µ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi DP nya
kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut Hemiselulosa dan Holoselulosa yaitu :
•
Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan
menghasilkan D-manova, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam uranat.
•
Holosefulosa adalah bagian dari serat yang bebas dan sari dan lignin, terdiri dari
campuran semua selulosa dan hemiselulosa.
Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi (mumi). Selulosa α > 92%
memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau
bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada
industri kertas dan industri sandang/kain (serat rayon).
Selulosa dapat disenyawakan (esterifikasi) dengan asam anorganik seperti asam nitrat
(NC), asam sulfat (SC) dan asam fosfat (FC). Dari ketiga unsur tersebut, NC memiliki nilai
ekonomis yang' strategis daripada asam sulfat/SC dan fosfat/FC karena dapat digunakan
sebagai sumber bahan baku propelan/bahan peledak pada industri pembuatan munisi/mesin
dan atau bahan peledak.
LANDASAN TEORI
Tumbuh-tumbuhan yang mengandung selulosa cukup melimpah di Indonesia dan
merupakan sumber alam yang dapat diperbaharui dengan pembudidayaan diantaranya seperti
yang sedang digalakkan pemeritah yaitu hutan tanaman industri (HTI) untuk memasok
kebutuhan bahan baku selulosa untuk kepentingan industri pulp kertas dan dissolving pulp.
Produksi selulosa kebanyakan sebagai pulp untuk pembuatan kertas, sedangkan dissolving
pulp untuk serat rayon produksinya masih relatif rendah. Kebutuhan produk-produk yang
menggunakan bahan baku dissolving pulp di pasaran sudah banyak digunakan di Indonesia.
Selulosa merupakan bagian utama susunan jaringan tanaman berkayu, bahan tersebut
terdapat juga pada tumbuhan perdu seperti paku, lumut, ganggang dan jamur. Penggunaan
terbesar selulosa yang berupa serat kayu dalam industri kertas dan produk turunan kertas
lainnya. Industri lain yang banyak menggunakan bahan baku ini adalah industri pertekstilan
yang dikenal sebagai serat rayon. Indonesia memiliki sumber daya/hasil hutan maupun hasil
pertanian sebagai potensi bahan selulosa yang sangat kaya. Potensi selulosa alam yang
melimpah ini merupakan cadangan bahan baku bagi kepentingan pembangunan baik untuk
keperluan kesejahteraan maupun untuk kepentingan pertahanan negara.
Selulosa telah mengalami proses esterifikasi dengan asam anorganik seperti asam
nitrat (hasilnya disebut selulosa nitrat). Selulosa nitrat memiliki arti penting dan nilai strategis
dari segi pertahanan keamanan karena selulosa nitrat (Nitro selulosa/ NC) dapat digunakan
sebagai bahan dasar propellant dan atau bahan peledak. Tanaman Rami. Tanaman rami atau
haramay dengan nama latin Boehmeria nivea telah dikenal di Indonesia sejak jaman
pendudukan Jepang (1943). Tanaman ini memang lebih banyak ditanam masyarakat
dibanding dengan tanaman abaka, karena keunggulan dan kegunaannya telah terbukti lebih
baik. Tanaman ini terdiri dari bagian kulit, yaitu penghasil serat terbanyak dan bagian kayu
yang masih mengandung serat.
Tanaman rami sangat cocok dikembangkan di Indonesia Bagian Barat yang beriklim
basah, karena tanaman ini memerlukan banyak curah hujan sepanjang tahun. Akhir-akhir ini
beberapa pengusaha terutama swasta tertarik dan berusaha mengembangkan rami di
Indonesia, karena beberapa hal antara lain : pasar terjamin meskipun dalam jumlah terbatas,
ada peluang mengembangkan rami di lahan gambut, dan produk rami cukup diminati oleh
konsumen luar negeri seperti Jepang, Korea Selatan, Hongkong dan Amerika Serikat.
Tanaman rami tingginya dapat mencapai 2 m lebih dengan waktu/masa panen terbaik
sekitar 55 hari pada daerah daratan rendah sampai dengan ± 3 bulan di daerah dataran
tinggi/penggunungan (Heyne, 1987).
Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Lembaga Penelitian Tanaman Industri
(LPTI) - Bogor, hasil rata-rata satu hektar adalah sekitar 36 ton batang basah dengan
rendemen antara 3,5 - 4,0 % sehingga hasil akhimya diperkirakan sekitar 1,3 ton/Ha serat
kering. Tanaman rami per hektar per tahun sebesar 125 ton terdiri dari daun hijau 40 % (50
ton) dan batang basah 60 % (75 ton). Dari batang basah akan dihasilkan serat kering 3,5 %
(2,625 ton) dan limbahnya 16 % (12 ton).
Pemanfaatan Serat Rami. Sebagai tanaman berserat (bast fiber), rami mempunyai
banyak kegunaan, yaitu sebagai sumber penghasil serat untuk industri tekstil (sebagai
subsitusi kapas) 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 ydng baik untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pulp
kertas maupun pulp larut (dissolving pulp) yang lebih dikenal sebagai pulp rayon.
Sebagai sumber serat 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 fotocopi, dll. 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 dan atau nitroselulosa/NC. Diantara
tanaman penghasil serat alam yang lain (kecuali kapas), rami paling potensial sebagai bahan
baku selulosa. Perbandingan tersebut dapat tertihat pada tabel berikut:
Tabel 1. Komposisi Kimia Serat Alam
NAMA
SELULOSA
HEMI
SELULOSA
LIGNIN
60-65
6-8
5-10
Coir
43
1
45
Sabut Kelapa
Kapas
90
6
-
Bungkus, Biji
Flax
70-72
14
4-5
-
Jute
61-63
13
3-13
-
60
15
10
-
40-50
15
42-45
-
Nenas
80
-
12
Rami
80-85
3-4
0,5-1
Kulit Batang
Sisal
60-67
10-15
8-12
Daun
Straw
40
28
18
Abaka
Mesta
Palmirah
KET
Pisang
Daunnya
-
Sumber: Natural Organic Fiber by Hans Lilhot
Melihat keunggulan dari sifat serat rami sebagian bahan baku potensial untuk pulp
cukup banyak dan tumbuhan semakin berkembang, maka perlu dilakukan penelitian rami
sebagai bahan baku pulp larut (rayon) dan pulp kertas. Khusus untuk nitroselulosa, sangat
diperlukan pemilihan bahan baku yang spesifik, selektif dan memiliki kekuatan serat yang
tinggi. Hal ini dimungkinkan karena tanaman rami terdiri dari berbagai jenis yang memiliki
karakter yang berbeda. Hal ini memberikan peluang untuk diteliti dan dikembangkan lebih
lanjut sebagai bahan baku untuk berbagai kebutuhan sehingga dapat meningkatkan nilai
tambah.
Manfaat Tanaman Rami Lainnya. Rami adalah tanaman yang serbaguna, selain seratnya
yang berkualitas tinggi, akar, batang dan daunnya juga sangat bemnanfaat. Sebagai tanaman
berumpun (seperti bambu) rami sangat tepat dimanfaatkan sebagai tanaman reboisasi.
Batangnya dapat dimanfaatkan sebagai kayu bakar, hardboard dan limbahnya sebagai media
jamur bergizi tinggi. Daunnya dapat dimanfaatkan untuk pakan temak pemakan aimput
seperti sapi, biri-biri, kambing dan lain sebagainya. Dari daun muda dapat dibuat "teh rami"
yang memiliki rasa yang khas dan bermanfaat untuk kesehatan (anti oksidan). Sebagian besar
daun berupa limbah merupakan bahan dasar kompos (pupuk organik) yang mengandung
unsur-unsur hara yang tinggi.
Selulosa dan Pemanfaatannya. Secara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida
yang terdapat banyak di alam. Bobot molekulnya tinggi, struktumya 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 micro fibril dan fibril
yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari
bobot molekul rata-rata, polidispersitas dan konfigurasi rantainya. Dalam praktek, parameter
yang banyak diukur adalah berupa derajat polimerisasi (DP) dan kekentalan (viscositas) yang
juga merupakan tolok ukur kualitas selulosa.
Pemisahan selulosa dari tumbuhan dapat dilakukan dengan cara hidrolisis melalui
prosedur HoloselulosaTappi Standard Tgm (Useful method 249, ASTM Standard D 1104 dan
Sll) atau penentuan selulosa Cross dan Sevan dan selulosa Kursner. Bagian dari selulosa yang
tahan dan tidak larut oleh larutan basa kuat disebut selulosa α (α -cellulose). Bagian yang
terlarut tetapi dapat mengendap apabila ekstrak dinetralkan dikenal sebagai selulosa β (Betha
Cellulosa)
Bagian yang tinggal dalam larutan walaupun sudah dinetralkan dikenal sebagai selulosa γ.
Kemumian selulosa sering dinyatakan melaui parameter selulosa α. Biasanya semakin tinggi
kadar selulosa α, maka semakin baik mutu bahannya. Selulosa dapat diesterkan(esterifikasi)
dengan asam anorganik seperti asam nitrat, asam sulfat dan asam fosfat. Hasilnya berturutturut adalah selulosa nitrat, selulosa sulfat dan selulosa fosfat. Secara niaga selulosa nitrat/NC
adalah yang terpenting yang banyak digunakan untuk bahan dasar pembuatan bahan peledak
atau propelan. Selulosa nitrat tersebut dibuat berdasarkan reaksi alkohol dan asam nitrat
dengan katalis asam sulfat pekat terhadap selulosa yang sebelumnya dibuat menjadi selulosa
alkali.
Untuk mengetahui kualitas dari selulosa, antara lain dengan pemantauan derajat
polimerisasi (DP), maka kita dapat mengetahui kualitas dari selulosa yang ada dan viscositas
(kekentalan). Di Indonesia jenis selulosa yang berkualitas baik untuk serat panjang adalah
tanaman keras seperti pinus, aghatis, bambu, kenaf, abaca, kapas dan rami serta untuk serat
pendek adalah albasia, acasia dan eucalyptus. Pengaruh panjang serat, untuk kasus tertentu
ada korelasi antara panjang serat dengan kadar selulosa, sebagai contoh : serat kapas
mempunyai kadar selulosa yang tinggi dibanding selulosa kayu.
Pemanfaatan Selulosa di bidang Kesejahteraan. Penggunaan selulosa dan turunannya
(derivat selulosa) dibidang industri untuk kesejahteraan luas sekali. Industri-indusri yang
menggunakan selulosa sebagai bahan baku meliputi industri kertas, industri yang
memproduksi bahan penyerap (absorbent) seperti popok bayi, kertas, tissue, pembalut wanita
dan lain-lain. Industri yang memproduksi Carboxy Methyl Cellulose (CMC) untuk digunakan
pada industri makanan dan industri memproduksi selulosa asetat dan selulosa nitrat sebagai
bahan plastik dan tekstil (rayon). Berbagai jenis kayu dapat juga dimanfaatkan sebelum
diolah untuk diambil selulosanya, misalnya : untuk keperluan bahan bangunan seperti untuk
lantai, dinding, pintu, kusen dan untuk bantalan rel kereta api, tiang listrik, telepon, untuk alat
musik, alat olahraga, bagian-bagian kapal, bus, kereta api, aeromodelling dan lain-lain.
Pemanfaatan Selulosa di bidang Pertahanan. TNI sebagai komponen utama pertahanan
negara dalam melaksanakan tugas pokoknya, mempertahankan keutuhan wilayah NKRI
memerlukan berbagai jenis alat/sarana termasuk persenjataan.
Dalam penyelenggaraan operasi militer untuk perang diperlukan dukungan amunisi
disamping dukungan logistik yang lain. Amunisi inilah yang dapat berupa bahan peledak atau
bahan pendorong (propelan) peluru dalam pembuatannya membutuhkan nitro selulosa yang
merupakan proses kimia lanjutan dari selulosa: Saat ini bahan baku untuk MKK (Munisi
Kaliber Kecil) masih diimpor, sedangkan MKB (Munisi Kaliber Besar) bahkan secara
keseluruhan masih tergantung dari produk luar negeri. Oleh karena itu, upaya penelitian ini
sejalan dengan rencana pemerintah yang akan membangun bahan peledak dan propelan
dalam upaya menuju kemandirian dibidang sarana pertahanan.
Pemanfaatan selulosa untuk mendukung tugas-tugas operas! selain perang (OPSP)
adalah sebagai bahan baku peralatan yang diperlukan dalam pelaksanaan tugas-tugas operasi
tersebut seperti Kaportap contohnya. Tetapi yang diutamakan dalam penelitian ini adalah
pemanfaatannya untuk keperiuan operasi perang/tempur yaitu Nitroselulosa (NC) sebagai
bahan baku (yang memenuhi syarat) pembuatan bahan peledak/propelan. Untuk memperoleh
NC yang memenuhi syarat sebagai bahan peledak tersebut memiliki kandungan kadar
nitrogen sekitar 12,5 - 13,5 %. Kondisi tersebut dapat tercapai apabila kandungannya selulosa
alfa dari pulp > 92 %. Kebutuhan selulosa yang diperlukan untuk membuat nitroselulosa
yang perlu disisihkan oleh industri pulp. Kebutuhan ini dapat dihitung dengan dikaitkan pada
kebutuhan TNI atas munisi kaliber kecil (MKK) dan munisi kaliber besar (MKB) yang
diperlukan baik untuk kegiatan latihan maupun untuk kegiatan operasional.
Macam Pengujian. Macam-macam pengujian untuk memperoleh selulosa alfa dari tanaman
rami adalah sebagai berikut:
* Uji Morfologi Serat. Uji morfologi serat dilaksanakan untuk menunjukkan panjang serat
dalam keadaan utuh, dalam hal ini panjang serat merupakan sifat utama untuk menentukan
kekuatan pulp dan kekuatan kertas.
* Uji Bilangan Kappa. Uji bilangan kappa dilaksanakan untuk menentukan jumlah
pemakaian bahan kimia yang digunakan dalam proses pemutihan (bleaching).
* Uji Kadar Selulosa dalam Pulp. Uji kadar selulosa dalam pulp dilaksanakan untuk
menentukan kadar selulosa α, γ dan β, yang ada dalam pulp putih maupun pulp yang belum
diputihkan.
* Uji Kadar Abu. Uji kadar abu dilaksanakan untuk menentukan kadar abu yang terdapat
dalam contoh yang akan diuji (tanaman rami yang terdiri dari batang, serat dan campuran
batang dan serat rami).
* Uji Kelarutan Kayu (dalam Air Dingin dan Air Panas). Uji kelarutan kayu dalam air dingin
dan air panas dilaksanakan untuk menentukan banyaknya komponen kayu yang larut dalam
air dingin maupun air panas , meliputi garam-garam organik, garam-garam anorganik, gula,
siklitol, pectin, galaktan, tannin, pigmen, polisakarida dan komponen lain yang temidrolisa.
* Uji Lignin. Uji lignin dilaksanakan untuk mengetahui jumlah lignin yang terdapat dalam
kayu dan pulp. Lignin yaitu bagian yang terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang
berfungsi sebagai perekat antar sel, merupakan senyawa aromatik berbentuk amorf. Pulp
akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan yang baik apabila mengandung sedikit lignin,
karena lignin bersifat kaku dan rapuh.
* Uji KadarAir. Uji kadar air dilaksanakan untuk menentukan kebutuhan jumlah cairan
pemasak. Demikian pula kadar air pulp untuk menentukan jumlah kebutuhan bahan pemutih.
* Uji Kadar San. Uji kadar sari (ekstrak alkohol-benzena) dilaksanakan untuk mengetahui
jumlah kandungannya yang terdapat dalam pulp. Sari (ekstrak) alkohol benzena adalah zat
dalam kayu atau pulp yang terekstrasi oleh alkohol benzena sebagai pelarut, dilakukan pada
titik didih pelarut dalam waktu tertentu.
* Uji dalam Larutan Natrium Hidroksida Satu Persen. Uji dalam larutan natrium hidroksida
satu persen dilaksanakan untuk menyatakan banyaknya komponen yang larut, meliputi
senyawa anorganik dan organik, antara lain karbohidrat, tanin, kinon, zat wama dan sebagian
lignin.
PROSES PEMBUATAN SELULOSA *
Persiapan Bahan Baku. Bahan baku yang digunakan adalah batang rami tanpa serat, serat
rami kasar(China grass) campuran batang dan serat, dengan berat masing-masingnya 20
gram kering yang dikirim oleh produsen serat rami dari Koperasi Pondok Pesantren
(Koppontren) Darussalam, Garut. Bahan-bahan tersebut kemudian diserpih/dipotong-potong
ukuran 3 - 5 cm dihaluskan kemudian disaring dengan menggunakan saringan 40 mesh dan
60 mesh, hasil saringannya akan lolos di 40 mesh dan tertaHan di 60 mesh. Selanjutnya
dilakukan pemasakan, dan sebagian diserbuk untuk dianalisis komponen kimianya per bahan
baku.
Penentuan Morfologi Serat. Penentuan morfologi serat bertujuan untuk mengetahui dimensi
serat dan turunannya. Hal itu dilakukan menurut Standar Nasional Indonesia (SNI). Setiap
materi kayu dan bukan kayu bila dilihat dibawah mikroskop, akan terlihat serat-seratnya yang
melekat satu dengan yang lainnya. Dari penampang melintangnya serat-serat tersebut
mempunyai dinding dan lubang tengahnya yang disebut lumen. Senyawa yang melekat satu
serat dengan serat lainnya disebut lignin, yang terdapat didalam Lame/a tengah.
Lapisan dinding serat dibedakan karena molekul-molekul selulosa yang terdapat pada
tiap lapisan mempunyai susunan arah melingkar yang berbeda. Dinding serat dapat dibedakan
menjadi:
1)
Dinding primer; merupakan lapisan paling luardari serat.
2)
Dinding sekunder; merupakan lapisan dibawah dinding primer.
Analisis Komponen Kimia Bahan Baku. Analisis komponen kimia bertujuan untuk
mengetahui komposisi kimia yang terdapat dalam bahan baku, yang terdiri dari kadar
holoselulosa, selulosa alfa, lignin, pentosan, ekstraktif, mineral (abu), kelarutannya dalam 1
% NaOH serta kelarutannya dalam air yang dilakukan menurut SNI.
Prehidrolisa.
Prehidrolisa
bertujuan
untuk
mempercepat
penghilangan
pentosan
(hemiselulosa) dalam bahan baku rami pada waktu pemasakan (cooking).
Prehidrolisa menggunakan air lunak (soft water) atau larutan asam encer. Kondisi
perhidrolisa adalah sebagai berikut:
1)
Temperatur maksimum
2)
Rasio bahan baku temadap cairan pemasak
3)
Waktu
: 135°C
:1:6
: 1 Jam
Setelah prehidrolisa, filtratnya dikeluarkan (ditiriskan), dan selanjutnya dilakukan pemasakan
(cooking).
Pemasakan (cooking). Pemasakan terhadap batang rami, serat rami dan campuran
batang dan serat rami bertujuan untuk mendapatkan pulp belum putih (coklat) dengan
menggunakan proses soda dan soda antrakinon (soda-Aq). Pulp hasil pemasakan diouci
dengan air lunak panas untuk menghilangkan lindi hitam. Pulp hasil pemasakan selanjutnya
ditentukan rendemen dan bilangan kappanya menurut SNI. Kondisi proses pemasakan
sebagai berikut:
1)
Temperatur
: 135°C
2)
Rasio bahan baku terhadap cairan pemasak
3)
Waktu menuju suhu maksimum
: 1,5 Jam
4)
Waktu pada suhu maksimum
: 2 Jam
:1:5
Pemutihan Pulp (bleaching).
Pemutihan pulp hasil pemasakan bertujuan untuk
mendapatkan pulp larut (dissolving pulp) putih dengan kadar selulosa a yang tinggi. selulosa
alfa yang tinggi. Pemutihan pulp dilakukan tanpa menggunakan klorin (CI2), tetapi
menggunakan senyawa klor (CI02) yang dikenal dengan proses elemental chlorine free
(ECF), dengan 5 tahapan proses yaitu DEDED (klordioksida awal; ekstraksi-1; klordioksida1; ekstraksi-2; klordioksida-2).
Pulp dari setiap tahap pemutihan dicuci dengan air lunak
panas hingga bersih (pH netral). Proses ECF dilakukan untuk menekan atau mengeliminasi
dampak negatif limbah kimia terhadap lingkungan. Kondisi proses pemutihan pulp seperti
pada tabel 2.
TABEL 2. KONDISI PROSES PEMUTIHAN PULP
PARAMETER
D100
E
D1
E
D2
- CIO2, %
0,22 KN
-
1
-
0,5
- NaOH, %
-
1
-
1
-
- Konsistensi, %
10
10
10
10
10
- Temperatur, UC
60
70
75
70
75
- Waktu reaksi, menit
65
90
180
90
180
Penentuan Kualitas Pulp Putih. Pulp larut (dissolving pulp) putih yang diperoleh
selanjutnya dianalisis komponen kimianya termasuk kadar selulosa alfanya. Selain itu
ditentukan pula viskositas dan derajat putih pulpnya, yang terlebih dahulu pulp dibuat
lembaran dan dikeringkan dalam ruangan terkondisi pada suhu 23° C selama 24 jam sesuai
prosedur SNI.
PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN
Morfologi Serat. Hasil analisa morfologi serat terhadap tanaman rami, dimana dari ketiga
sampel yang ada yaitu batang, serat/CG dan campuran batang dan serat/CG, Serat dari CG
termasuk kedalam serat yang panjang yaitu > 4 mm, sedangkan batang rami serta campuran
batang dan serat termasuk kedalam serat pendek yaitu < 1 mm, dengan demikian, serat rami
kasar/CG merupakan bahan baku pulp larut (dissolving pulp) yang paling baik.
Analisis Komponen Kimia Bahan Baku. Dari analisis komponen kimia, kadar holoselulosa
dan selulosa alfa tertinggi diperoleh dari serat rami/CG (selulosa menjpakan komponen
utama dalam pulp larut). Holoselulosa merupakan polisakarida yang terdiri atas selulosa dan
hemiselulosa. hemiselulosa ditentukan sebagai pentosan. Kadar pentosan terendah diperoleh
dari serat/CG yaitu 4,64 %, sedangkan pada batang dan campuran batang dan serat/CG %
pentosannya tinggi. Pulp larut kualitas tinggi yaitu dissolving pulp harus sesedikit mungkin
mengandung pentosan, sehingga pentosan yang terkandung dalam bahan baku harus
dihilangkan dalam proses pembuatan pulpnya. Kandungan lignin dalam serat/CG yang paling
rendah apabila dibandingkan dengan batang serta campuran batang dan serat/CG. Hal ini
menunjukkan bahwa serat rami/CG dalam proses pembuatan pulpnya dapat mengurangi
penggunaan bahan kimia pemasak dan bahan kimia pemutih, sehingga akan mengurangi
pencemaran lingkungan.
Hasil Pemasakan (cooking). Dari hasil pemasakan ketiga jenis bahan baku rami pada
kondisi pemasakan yang sama, serat/CG menghasilkan rendemen tersaring rata-rata lebih
tinggi dan bilangan kappa yang paling rendah, baik untuk proses soda maupun Soda
antrakinon (soda-Aq) apabila dibandingkan dengan kedua jenis bahan yaitu batang dan
campuran. Hal ini sesuai dengan kandungan holoselulosa dan kandungan lignin dalam bahan
bakunya. Bilangan kappa pulp menunjukkan tingkat kematangan atau perkiraan kandungan
lignin yang ada dalam pulp.
Proses soda-Aq dengan penambahan antrakinon 0,1 % dapat menghasilkan pulp
dengan kualitas yang baik daripada proses soda. Ini dikarenakan antrakinon merupakan
katalisator yang dapat mempercepat delignifikasi sehingga dapat mengurangi degradasi
karbohidrat. Hal ini sesuai dengan pemyataan Casey, J.P., 1980 dan Grace, T.M., 1989,
bahwa penambahan antrakinon dapat melarutkan lignin lebih sempuma karena lebih banyak
terjadi pemutusan ikatan lignin. Antrakinon merupakan salah satu katalisator yang dapat
meningkatkan kecepatan pelarutan lignin dan sekaligus meningkatkan stabilitas karbohidrat
serta dapat meminimalisasi dampak negatif terhadap lingkungan akibat pencemaran zat
kimia beracun (karena proses pelarutan lignin yang lebih cepat).
Pemutihan Pulp . Terhadap pulp rami campuran batang dan serat hasil pemasakan proses
soda tidak dilakukan pemutihan karena bilangan kappa pulpnya terlalu tinggi (>100) yang
akan banyak mengkonsumsi bahan kimia pemutih. Pulp putih yang dihasilkan dengan
tahapan DEDED mempunyai viscositas yang cukup tinggi, yaitu 15,68 cP . Begitu juga
dengan derajat putih dan rendemen pulp putihnya.
Viskositas pulp putih yang tinggi menunjukan panjangnya rantai selulosa sehingga
akan menghasilkan kualitas rayon atau nitroselulosa yang tinggi. Hal ini terlihat pula pada
kelarutan dalam NaOH 18 % yang cukup rendah.
Nilai derajat putih masih di bawah 90 % ISO. Hal ini kemungkinan karena air yang
digunakan dalam proses masih mengandung mineral (senyawa logam).
Anaiisis Komponen Kimia Pulp Putih. Serat/CG menghasilkan pulp putih dengan kadar
selulosa sangat tinggi (di atas 90 %) yaitu berkisar antara 94,04 - 98,16 %. Hal ini terlihat
pula dari nilai selulosa beta dan selulosa gamma, pentosan dan kelarutan dalam alkali
(NaOH) yang cukup rendah dan memenuhi persyaratan SNI (14-0938-1989).
Serat rami yang diprehidrolisa dan dimasak dengan proses soda maupun proses soda
antrakinon serta diputihkan dengan tahapan DEDED dapat menghasilkan pulp putih sebagai
bahan baku rayon atau nitroselulosa dengan kualitas yang tinggi.
Viskositas pulp ditentukan dengan metoda Cupri Ethilendiamin (CED). Nilai
viscositas pulp putih larut yang diperoleh dengan menggunakan metoda CED cukup tinggi, di
atas 9 cP, yaitu berkisar antara 9,99 - 15,68 cP, terutama pulp larut dari jenis serat/CG. Nilai
viscositas dengan metoda CED sebesar 9 cP sama dengan 18 cP menurut metoda Cupram
(SNI).
Kesimpulan
* Penelitian serat rami untuk pembuatan selulosa bertujuan, pertama untuk mencari altematif
pemanfaatan serat rami yang belum terserap oleh industri tekstil, kedua, untuk membuktikan
apakah serat rami dapat dijadikan bahan dasar pembuatan selulosa alfa berkualitas tinggi
yang dapat diproses lebih lanjut menjadi nitroselulosa sebagai bahan baku pembuatan
propelan dan bahan peledak.
* Dari ketiga unsur tanaman rami yaitu : batang, serat (China grass) dan campuran batang
dan serat setelah diproses melalui serangkaian tahapan pemasakan dan pemutihan
menunjukkan bahwa serat (China grass) mempunyai kadar selulosa α yang paling tinggi dan
sekaligus, kadar pentosan, sari dan lignin paling rendah. Proses pemutihan melalui lima
tahapan klordioksida dan ekstraksi serta pencucian secara bemlang dapat menghasilkan pulp
putih larut (dissolving pulp) dengan kadar selulosa diatas 90% yaitu antara 94,06% - 98,16%
yang memenuhi syarat untuk menghasikan nitro selulosa sebagai bahan baku propelan/bahan
peledak.
Saran.
Selulosa α berkadar tinggi yang dihasilkan dari penelitian ini potensial untuk dijadikan bahan
dasar pembuatan NC (nitro selulosa). Untuk itu disarankan ada penelitian lebih lanjut guna
mengetahui sejauh mana NC yang dihasilkan dari serat rami dan bagaimana prospeknya
(peluang dan kendalanya) bilamana digunakan sebagai bahan baku propelan/bahan peledak.
DAFTAR PUSTAKA
1.
Alaudin., Pembuatan Pulp untuk kertas dan serat rami (Boehmeria nivea), Berita
selulosa, balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Selulosa, Departemen
Perindustrian, 1985
2.
Eero Sjostrom., Kimia Kayu, Dasar-dasar dan Penggunaan, Edisi kedua,
Universitas Gajah Mada, 1998
3.
Heyke, K., Tumbuhan berguna Indonesia II, Badan Penelitian dan pengembangan
Kehutanan, Departemen Kehutanan, Jakarta, 1987
4.
Standar Nasional Indonesia (SNi) 14-0496-1989., Cara Uji Kadar Air Kayu, Kertas
dan Karton.
5.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 14-0494-1989., Cara Uji Bilangan Kappa.
6.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 14-1883-1990., Cara Uji Kelarutan kayu dan
Pulp da/am Larutan Natrium Hidroksida Satu Persen.
7.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 01-1305-1989., Cara Uji Kelarutan kayu da/am
Air Dingin dan Air Panas.
8.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 14-0444-1989., Cara Uji Kadar Selulosa dan
da/am Pulp.
9.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 01-1840-1990., Cara Uji Panjang Serat Kayu
dan Non Kayu.
PENGOLAHAN DAN PEMANFAATAN LIMBAH
TEKSTIL
APAKAH LIMBAH TEKSTIL ITU ?
Limbah tekstil merupakan limbah yang dihasilkan dalam proses pengkanjian, proses
penghilangan kanji, penggelantangan, pemasakan, merserisasi, pewarnaan, pencetakan
dan proses penyempurnaan. Proses penyempurnaan kapas menghasil kan limbah yang
lebih banyak dan lebih kuat dari pada limbah dari proses penyempurnaan bahan sistesis.
Gabungan air limbah pabrik tekstil di Indonesia rata-rata mengandung 750 mg/l padatan
tersuspensi dan 500 mg/l BOD. Perbandingan COD : BOD adalah dalam kisaran 1,5 : 1
sampai 3 : 1. Pabrik serat alam menghasilkan beban yang lebih besar. Beban tiap ton
produk lebih besar untuk operasi kecil dibandingkan dengan operasi modern yang besar,
berkisar dari 25 kg BOD/ton produk sampai 100 kg BOD/ton. Informasi tentang
banyaknya limbah produksi kecil batik tradisional belum ditemukan.
PROSES PEMBUATAN TEKSTIL
Serat buatan dan serat alam (kapas) diubah menjadi barang jadi tekstil dengan
menggunakan serangkaian proses. Serat kapas dibersihkan sebelum disatukan menjadi
benang. Pemintalan mengubah serat menjadi benang. Sebelum proses penenunan atau
perajutan, benang buatan maupun kapas dikanji agar serat menjadi kuat dan kaku. Zat
kanji yang lazim digunakan adalah pati, perekat gelatin, getah, polivinil alkohol (PVA)
dan karboksimetil selulosa (CMC). Penenunan, perajutan, pengikatan dan laminasi
merupakan proses kering.
Sesudah penenunan serat dihilangkan kanjinya dengan asam (untuk pati) atau hanya air
(untuk PVA atau CMC). Penghilangan kanji pada kapas dapat memakai enzim. Sering
pada waktu yang sama dengan pengkanjian, digunakan pengikisan (pemasakan) dengan
larutan alkali panas untuk menghilangkan kotoran dari kain kapas. Kapas juga dapat
dimerserisasi dengan perendaman dalam natrium hidroksida, dilanjutkan pembilasan
dengan air atau asam untuk meningkatkan kekuatannya.
Penggelantangan dengan natrium hipoklorit, peroksida atau asam perasetat dan asam
borat akan memutihkan kain yang dipersiapkan untuk pewarnaan. Kapas memerlukan
pengelantangan yang lebih ekstensif daripada kain buatan (seperti pendidihan dengan
soda abu dan peroksida).
Pewarnaan serat, benang dan kain dapat dilakukan dalam tong atau dengan memakai
proses kontinyu, tetapi kebanyakan pewarnaan tekstil sesudah ditenun. Di Indonesia
denim biru (kapas) dicat dengan zat warna. Kain dibilas diantara kegiatan pemberian
warna. Pencetakan memberikan warna dengan pola tertentu pada kain diatas rol atau
kasa.
SUMBER LIMBAH
Larutan penghilang kanji biasanya langsung dibuang dan ini mengandung zat kimia
pengkanji dan penghilang kanji pati, PVA, CMC, enzim, asam. Penghilangan kanji
biasanya memberi kan BOD paling banyak dibanding dengan proses-proses lain.
Pemasakan dan merserisasi kapas serta pemucatan semua kain adalah sumber limbah
cair yang penting, yang menghasilkan asam, basa, COD, BOD, padatan tersuspensi dan
zat-zat kimia. Proses-proses ini menghasilkan limbah cair dengan volume besar, pH
yang sangat bervariasi dan beban pencemaran yang tergantung pada proses dan zat
kimia yang digunakan. Pewarnaan dan pembilasan menghasilkan air limbah yang
berwarna dengan COD tinggi dan bahan-bahan lain dari zat warna yang dipakai, seperti
fenol dan logam. Di Indonesia zat warna berdasar logam (krom) tidak banyak dipakai.
Proses pencetakan menghasilkan limbah yang lebih sedikit daripada pewarnaan.
JENIS LIMBAH
1.
2.
3.
4.
Logam berat terutama As, Cd, Cr, Pb, Cu, Zn.
Hidrokarbon terhalogenasi (dari proses dressing dan finishing)
Pigmen, zat warna dan pelarut organic
Tensioactive (surfactant)
PENANGANAN LIMBAH
1. Langkah pertama untuk memperkecil beban pencemaran dari operasi tekstil
adalah program pengelolaan air yang efektif dalam pabrik, menggunakan :
o Pengukur dan pengatur laju alir
o Pengendalian permukaan cairan untuk mengurangi tumpahan
o Pemeliharaan alat dan pengendalian kebocoran
Pengurangan pemakaian air masing-masing proses
Otomatisasi proses atau pengendalian proses operasi secara cermat
Penggunaan kembali alir limbah proses yang satu untuk penambahan
(make-up) dalam proses lain (misalnya limbah merserisasi untuk
membuat penangas pemasakan atau penggelantangan)
o Proses kontinyu lebih baik dari pada proses batch (tidak kontinyu)
o Pembilasan dengan aliran berlawanan
Penggantian dan pengurangan pemakaian zat kimia dalam proses harus diperiksa
pula :
o Penggantian kanji dengan kanji buatan untuk mengurangi BOD
o Penggelantangan dengan peroksi da menghasilkan limbah yang kadarnya
kurang kuat daripada penggelantangan pemasakan hipoklorit
o Penggantian zat-zat pendispersi, pengemulsi dan perata yang
menghasilkan BOD tinggi dengan yang BOD-nya lebih rendah.
Zat pewarna yang sedang dipakai akan menentukan sifat dan kadar limbah
proses pewarnaan. Pewarna dengan dasar pelarut harus diganti pewarna dengan
dasar air untuk mengurangi banyaknya fenol dalam limbah. Bila digunakan
pewarna yang mengandung logam seperti krom, mungkin diperlukan reduksi
kimia dan pengendapan dalam pengolahan limbahnya. Proses penghilangan
logam menghasilkan lumpur yang sukar diolah dan sukar dibuang. Pewarnaan
dengan permukaan kain yang terbuka dapat mengurangi jumlah kehilangan
pewarna yang tidak berarti.
Pengolahan limbah cair dilakukan apabila limbah pabrik mengandung zat warna,
maka aliran limbah dari proses pencelupan harus dipisahkan dan diolah
tersendiri. Limbah operasi pencelupan dapat diolah dengan efektif untuk
menghilangkan logam dan warna, jika menggunakan flokulasi kimia, koagulasi
dan penjernihan (dengan tawas, garam feri atau poli-elektrolit). Limbah dari
pengolahan kimia dapat dicampur dengan semua aliran limbah yang lain untuk
dilanjutkan ke pengolahan biologi.
o
o
o
2.
3.
4.
Jika pabrik menggunakan pewarnaan secara terbatas dan menggunakan pewarna tanpa
krom atau logam lain, maka gabungan limbah sering diolah dengan pengolahan biologi
saja, sesudah penetralan dan ekualisasi. Cara-cara biologi yang telah terbukti efektif
ialah laguna aerob, parit oksidasi dan lumpur aktif. Sistem dengan laju alir rendah dan
penggunaan energi yang rendah lebih disukai karena biaya operasi dan pemeliharaan
lebih rendah. Kolom percik adalah cara yang murah akan tetapi efisiensi untuk
menghilangkan BOD dan COD sangat rendah, diperlukan lagi pengolahan kimia atau
pengolahan fisik untuk memperbaiki daya kerjanya.
Untuk memperoleh BOD, COD, padatan tersuspensi, warna dan parameter lain dengan
kadar yang sangat rendah, telah digunakan pengolahan yang lebih unggul yaitu dengan
menggunakan karbon aktif, saringan pasir, penukar ion dan penjernihan kimia.
PEMANFAATAN LIMBAH
Industri tekstil tidak banyak menghasilkan banyak limbah padat. Lumpur yang dihasilkan
pengolahan limbah secara kimia adalah sumber utama limbah pada pabrik tekstil.
Limbah lain yang mungkin perlu ditangani adalah sisa kain, sisa minyak dan lateks.
Alternatif pemanfaatan sisa kain adalah dapat digunakan sebagai bahan tas kain yang
terdiri dari potongan kain-kain yang tidak terpakai, dapat juga digunakan sebagai isi
bantal dan boneka sebagai pengganti dakron.
Lumpur dari pengolahan fisik atau kimia harus dihilangkan airnya dengan saringan plat
atau saringan sabuk (belt filter). Jika pewarna yang dipakai tidak mengandung krom
atau logam lain, lumpur dapat ditebarkan diatas tanah. Jika lumpur mengandung logam,
maka ia harus disimpan ditempat yang aman, sampai ada suatu tempat pengolahan
limbah berbahaya yang dikembangkan di Indonesia, dan yang ada pada saat ini adalah
Pengolahan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B-3) di Cilengsi, Kabupaten Bogor,
Jawa Barat. http://shantybio.transdigit.com/?Biology__Dasar_Pengolahan_Limbah:PENGOLAHAN_DAN_PEMANFAATAN_LIMBAH_TEKSTIL