Jurnal Hasil Penelitian Industri, Vol. 29, No. 2 Oktober 2016, hal

Transkripsi

1 KAJIAN PENAMBAHAN SELULOSA MIKROBIAL NATA DE COCO DAN ZAT ADITIF TERHADAP SIFAT FISIK KERTAS BATANG PISANG ABAKA (Study of The Addition of Microbial Cellulose Nata de Coco and Additives towards Physical Characteristics of Abaca Banana Stem Based Paper) Fitriani 1, Mahidin 2, Syahiddin Dahlan Said 2, *, dan Meuthia Busthan 3 1) Prodi Magister Teknik Kimia, Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdurrauf, No. 7, Banda Aceh - Indonesia 2) Jurusan Teknik Kimia Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdurrauf, No. 7, Banda Aceh - Indonesia 3) Balai Riset dan Standardisasi Industri Banda Aceh, Jl. Cut Nyak Dhien No 377, Banda Aceh - Indonesia * syahiddin@hotmail.com Riwayat Perlakuan Artikel: Diterima : 26 Juli 2016 Revisi : 24 September 2016 Disetujui: 09 Oktober 2016 ABSTRAK. Pemanfaatan selulosa yang berasal dari kayu sebagai bahan baku pembuatan pulp dan kertas di Indonesia terus meningkat. Hal ini menyebabkan deforestasi hutan dan kerusakan lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki komposisi campuran antara selulosa mikrobial, serat kayu dan aditif yang tepat untuk menghasilkan kertas yang memiliki sifat fisik yang baik. Kombinasi antara pulp selulosa mikrobial nata de coco dan pulp pelepah batang pisang dengan rasio 0:100 ; 25:75 ; 50:50; 75:25 ; 100:0 dan penambahan zat aditif ke dalam campuran pulp dengan variasi (b/b): tanpa aditif; penambahan zat aditif yang terdiri dari tapioka masing-masing sebesar 1%, 3%, dan 5%; dan kaolin sebesar 5% ; 10% dan 15% pada proses pembentukan lembaran kertas. Hasil penelitian menunjukkan penambahan sedikit pulp selulosa mikrobial ke dalam pulp pelepah batang pisang abaka dapat meningkatkan kekuatan fisik kertas dengan gramatur 157,13 gr/m², ketebalan 0,0058 mm, kadar air 4,48%, daya serap air 22,21%, ketahanan tarik 5 kn/m dan elongasi 38,59%. Kata Kunci : Nata de coco, pisang abaka, pulp, selulosa mikrobial, zat aditif. ABSTRACT. Utilization of cellulose derived from wood as a raw material for pulp and paper in Indonesia increases gradually. This condition leads to deforestation in Indonesia and causes various side effects on the environment. The objective of this research is to study the effect of the addition of microbial cellulose nata de coco and additives towards physical characteristics of abaca banana stem paper by using Peroxide Alkaline Pulping (APP) method. The combination of microbial cellulose pulp nata de coco and banana stem pulp ratio of 0:100 ; 25:75 ; 50:50 ; 75:25 ; 100:0 and the addition of additives to the mix the pulp with variations (b/b): without additives, tapioca (1%, 3% and 5%) and kaolin (5%, 10%, and 15% used in the process of forming a sheet of paper. The results showed the addition of a bit of microbial pulp cellulose and pulp stems of the banana abaca could improve the physical strength of paper with grammage gr/m², a thickness of mm, water content of 4.48%, water absorption of 22.21%, tensile resistance 5 kn/m and elongation of 38.59%. Keywords: Nata de coco, abaca banana, pulp, microbial cellulose, additives. 1. PENDAHULUAN Selulosa kayu masih sering digunakan sebagai bahan utama dalam proses pembuatan kertas. Proses pembuatan kertas dengan selulosa kayu memerlukan bahan kimia yang banyak sehingga dapat mencemari lingkungan dan dapat meningkatkan laju deforestasi. Oleh karena itu, penggunaan bahan baku alternatif dan penggunaan alkaline perokside pulping (APP) dalam pembuatan kertas yang ramah lingkungan menjadi solusi dalam memecahkan masalah ini. Beberapa jenis sumber selulosa non kayu dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku kertas, seperti pelepah batang pisang, jerami padi, tandan kosong sawit, sabut kelapa dan lain-lain. 53

2 Pelepah batang pisang merupakan limbah pertanian yang belum dimanfaatkan secara maksimal. Pelepah batang pisang mempunyai kandungan serat (selulosa) yang cukup tinggi serta daur hidup pisang relatif pendek sehingga menjadi bahan baku alternatif dalam pembuatan kertas. Pelepah batang pisang mengandung lignin rendah (5%) dan kadar selulosa yang tinggi (63-64%). Selama ini, banyak penelitian tentang pembuatan kertas, seperti yang telah dilakukan oleh Rosliadi dan Anggraini (2009) dengan menggunakan pisang ambon. Hasil penelitiannya menyebutkan bahwa penggunaan batang pisang saja tidak cukup untuk menambah kekuatan fisik kertas dan kertas karton yang dihasilkan berwarna gelap. Jenis pisang lain yang dapat digunakan dalam pembuatan kertas adalah pisang abaka. Serat abaka dapat menghasilkan kertas istimewa dengan kekuatan dan daya simpan yang tinggi. Kandungan serat pelepah pisang abaka relatif panjang sekitar 4,29 mm. Serat yang panjang akan menghasilkan kertas dengan kekuatan sobek tinggi karena ikatan antarserat lebih banyak. Batang pisang abaka juga mempunyai kadar lignin yang rendah sehingga memberikan keuntungan secara ekonomis (Rozzaq, 2013). Penelitian oleh Prabawati dan Wijaya (2008) dengan memanfaatkan sekam padi dan pelepah pohon pisang menghasilkan kertas berwarna gelap dan hanya dapat digunakan sebagai kertas seni. Sumber selulosa alternatif lainnya adalah selulosa mikrobial. Selulosa mikrobial adalah selulosa yang diperoleh dari fermentasi aerobik mikroba dari berbagai spesies Acetobacter (Erythrina, 2011). Menurut Syamsu dkk. (2012), selulosa mikrobial memiliki beberapa kelebihan yaitu memiliki kemurnian dari zat kimia (lignin, hemiselulosa), memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi, dapat diproduksi dalam waktu relatif singkat serta selulosa yang dihasilkan sudah dalam bentuk lembaran (Suparto dkk., 2012). Penelitian oleh Permana (2013) menghasilkan kertas berbahan baku selulosa mikrobial dari limbah air kelapa yang hampir menyerupai kertas kalkir. Namun, karakteristik kertas karkil yang dihasilkan masih belum memenuhi standar kertas secara komersil. Hasil penelitian pembuatan kertas dengan menggunakan selulosa mikrobial saja memiliki indeks tarik yang lebih kecil dari kertas yang terbuat dari serat kayu. Syamsu dkk. (2012) mengatakan kertas dapat dibuat dari selulosa mikrobial yang dicampurkan dengan selulosa kayu dan ditambahkan bahan aditif agar kertas lebih padat keras, licin, dan mulus. Penambahan zat aditif dalam pembuatan kertas bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik kertas (indeks tarik dan gramatur) (Sinuhaji, 2008), memperkuat ikatan antar serat, serta mengawetkan kertas (Sucipto dkk., 2009). Penambahan zat aditif juga bertujuan untuk memperbaiki penampakan kertas seperti penelitian yang telah dilakukan oleh Syamsu dkk. (2014). Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki komposisi campuran antara selulosa mikrobial, serat kayu dan aditif yang tepat untuk menghasilkan kertas yang memiliki sifat fisik yang baik. Bahan aditif yang dapat ditambahkan berupa kaolin yang berfungsi sebagai pengisi ( filler) dan tapioka berfungsi sebagai sizing agent dan perekat. Fungsi bahan pengisi (filler) yaitu memperbaiki permukaan kerataan kertas, mengatur berat dasar kertas yang akan dibuat, memperbaiki sifat daya cetak, menambah derajat putih kertas, meningkatkan opasitas cetak, mengurangi daya tembus tinta, mempermudah kertas menerima tinta. Fungsi bahan perekat (sizing) yaitu membuat kertas lebih tahan air, menambah kekutan kertas dan menambah daya lipat. 2. METODOLOGI 2.1 Bahan dan Alat Bahan utama yang diperlukan dalam penelitian ini adalah lembaran nata de coco 54

3 Fitriani, dkk. Kajian Penambahan Selulosa... dan pelepah batang pisang abaka. Bahan lain yang digunakan adalah larutan natrium hidroksida (NaOH), hidrogen peroksida (H2O2), tapioka, kaolin, alum dan aquades. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah autoclave dan pencetak kertas. 2.2 Metode Purifikasi selulosa mikrobial nata de coco Pulp nata de coco dimurnikan terlebih dahulu dengan pemasakan selama 20 menit menggunakan campuran larutan NaOH 1% dan larutan H₂O₂ 2% dengan perbandingan 1:1 pada suhu 70 ⁰ C. Setelah itu, nata de coco disaring dan dicuci untuk menghilangkan larutan NaOH 1% dan H₂O₂ 2%. Purifikasi ini bertujuan untuk melarutkan polimer berantai pendek dan mempertahankan polimer selulosa berantai panjang Pemasakan pulp pelepah batang pisang abaka Pelepah pisang diberi perlakuan pendahuluan. Serat yang diperoleh dikeringkan dan dipotong berukuran 2-3 cm. Dilakukan pemasakan pelepah pisang dengan menggunakan larutan NaOH 0,5% (perbandingan 1:30 b/v) selama 1 jam 20 menit dengan suhu 121 C. Pulp pelepah pisang diangkat dan disaring kemudian dicuci. Pencucian pertama dilakukan sampai bersih untuk menghilangkan lignin dan larutan NaOH pada pulp. Selanjutnya proses pemasakan pulp dengan larutan H₂O₂ 2% (b/v) selama 1 jam dengan suhu 70⁰C. Pulp kemudian diangkat dan disaring. Pencucian kedua dilakukan sampai bersih untuk menghilangkan H₂O₂ dan lignin yang tertinggal pada pulp Kombinasi pulp selulosa mikrobial nata de coco dan pelepah batang pisang abaka Sejumlah bobot dari kedua pulp diambil sebagai sampel untuk ditentukan kadar airnya, rendemen, dan kadar selulosa. Kertas dibuat dengan menggunakan kombinasi pulp selulosa mikrobial nata de coco dan pulp pelepah batang pisang abaka dengan variasi sesuai dengan rancangan penelitian Pembentukan lembaran kertas Pembentukan lembaran diawali dengan penimbangan pulp campuran selulosa mikrobial nata de coco dengan pulp pelepah batang pisang abaka sesuai dengan rancangan penelitian. Kemudian diberi penambahan alum 2% dan penambahan zat aditif sesuai kombinasi perlakuan pada rancangan penelitian. Campuran tersebut dihomogenisasikan. Setelah itu, dicetak dan dikeringkan sehingga diperoleh lembaran kertas. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Gramatur Gramatur adalah massa lembaran kertas dibagi luasnya dalam satuan g/m 2. Penentuan gramatur kertas akan sangat berguna untuk menentukan kekuatan fisik kertas (Syamsu dkk., 2012). Gramatur kertas hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 1. Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa bertambahnya ukuran gramatur kertas seiring dengan semakin besarnya komposisi pulp pelepah pisang abaka yang digunakan. Ukuran gramatur kertas sangat bergantung pada berat lembaran kertas. Berat lembaran kertas ini dipengaruhi oleh jumlah dan jenis pulp yang diberikan. Syaichu (2010) di dalam Suparto (2012), menyatakan bahwa naik turunnya nilai gramatur sangat dipengaruhi oleh banyak sedikitnya kandungan serat yang diberikan. Semakin banyak kandungan serat yang diberikan, maka nilai gramatur akan semakin tinggi, demikian sebaliknya. Pulp pelepah pisang memiliki kandungan serat yang lebih banyak dari pada kandungan serat pulp nata. 55

4 Gambar 1. Pengaruh komposisi pulp nata de coco dengan pelepah batang pisang abaka dan penambahan zat aditif terhadap gramatur kertas Pemasakan pelepah batang pisang dengan proses alkaline perokside pulping menyebabkan lignin yang mengganggu ikatan H terputus sehingga membentuk ikatan antar serat yang lebih dan meningkatkan kepadatan hand sheet (Ghazali dkk., 2014). Berbeda halnya dengan pulp nata de coco yang hanya dimurnikan menggunakan H₂O₂ agar ukuran seratnya lebih merata. Penambahan pulp nata de coco membuat gramatur kertas semakin kecil. Besar kecilnya nilai gramatur kertas mempengaruhi kekuatan fisik kertas. Gramatur kertas tinggi memberikan kekuatan fisik kertas yang baik. Gramatur kertas juga dipengaruhi oleh zat aditif yang digunakan. Semakin banyak bahan aditif yang diberikan pada kertas maka semakin besar pula gramatur kertas tersebut. Suparto dkk., (2012) menyatakan bahwa bahan bahan aditif dapat berfungsi sebagai bahan pengisi yang mampu memberikan rekatan yang kuat dan apabila dikeringkan maka akan memberikan massa jenis terhadap bahan. Semakin besar bahan pengisi yang dimasukkan pada pencampuran suatu bahan maka akan semakin meningkat berat bahan tersebut. Penambahan tapioka cenderung meningkatkan gramatur kertas karena meningkatkan daya ikatan antar serat. Kaolin sebagai bahan anorganik yang berikatan pada permukaan serat selulosa mikrobial dapat menambah berat lembaran kertas yang terbentuk (Syamsu dkk., 2012). Tapioka mempunyai sifat pendispersi yang baik sehingga membantu memperbaiki formasi lembaran (Ribowo, 2013). Gramatur kertas dengan penambahan kaolin dapat membuat lembaran kertas lebih tebal. Sedangkan kertas yang terbentuk dengan penambahan tapioka membuat gramaturnya lebih halus karena bersifat sebagai pendispersi yang baik dalam pembentukan lemabaran kertas. 3.2 Ketebalan Ketebalan kertas dinyatakan dalam satuan millimeter (mm) Ketebalan mempengaruhi setiap sifat fisik, optik dan elektrik kertas. Ketebalan kertas hasil penelitian lebih rendah daripada kertas yang dijual dipasaran. Perbedaan ketebalan kertas ini disebabkan adanya pengaruh komposisi yaitu komposisi pulp pelepah pisang dengan pulp nata de coco dan penambahan zat aditif. Ketebalan kertas hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 menunjukkan komposisi pulp nata de coco dengan pulp pelepah batang pisang abaka memberikan pengaruh terhadap ketebalan lembaran kertas. Semakin besar jumlah rasio komposisi pulp pelepah batang pisang dengan pulp nata de coco maka nilai ketebalan kertas semakin meningkat, demikian sebaliknya. Serat pelepah batang pisang dan serat nata de coco memiliki nilai kandungan serat yang berbeda. 56

5 Fitriani, dkk. Kajian Penambahan Selulosa... Ketebalan kertas juga dipengaruhi oleh sifat fisik bahan baku. Kertas yang banyak mengandung komposisi pulp pelepah pisang lebih tebal daripada kertas yang banyak mengandung komposisi pulp nata de coco. Ketebalan serat pelepah pisang adalah sebesar 5-10 cm dan ketebalan serat nata de coco hanya sekitar 1-1,5 cm. Semakin banyak kandungan selulosanya maka akan semakin besar ketebalan kertas (Suparto dkk., 2012). Ukuran serat selulosa mikrobial lebih kecil 0,1 sampai 0,001 dari ukuran serat selulosa kayu. Perbedaan ukuran serat selulosa mikrobial dan selulosa kayu juga menentukan ketebalan kertas. Semakin kecil ukuran seratnya maka kertas yang terbentuk semakin tipis, demikian sebaliknya. Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai ketebalan juga dipengaruhi komposisi bahan aditif yang digunakan. Bahan aditif yang digunakan berbentuk padatan yang memiliki ketabelan. Suparto dkk., (2012) menyatakan kegunaan bahan aditif selain merekatkan juga mampu mempertebal suatu bahan bila digunakan dalam kondisi. Jumlah kaolin yang baik digunakan dalam pembuatan kertas cetak yaitu sebesar 15%. Sedangkan jumlah tapioka yang baik digunakan dalam pembuatan kertas cetak adalah 5%. Kaolin merupakan bahan pengisi (filler agent) yang dapat meningkatkan mutu kertas dalam hal memperbaiki kerataan permukaan kertas dan mengatur berat kertas yang akan dicetak (Ribowo, 2013). Sedangkan tapioka merupakan bahan perekat (sizing agent) yang berfungsi untuk merekatkan bahan pengisi dengan serat sehingga terjadi jalinan yang kompak dan kuat (Erythrina, 2011). 3.3 Kadar Air Kadar air adalah perbedaan antara berat bahan sebelum dan sesudah dilakukan pengeringan. Kadar air di dalam suatu bahan menunjukkan berapa besar komposisi air yang terdapat dalam bahan tersebut. Kandungan kadar air yang terdapat di dalam kertas cetak berdasarkan SNI minimal 4,5-6%. Nilai kadar air kertas multi guna berdasarkan SNI adalah sebesar 3,5-5,5%. Kadar air tertinggi kertas hasil penelitian (9 %) memenuhi syarat kertas medium berdasarkan SNI % (Syamsu dkk., 2012). Pelepah batang pisang memiliki sel gabus yang bersifat mudah menyerap air sehingga kadar air kertas yang mengandung banyak pulp pelepah pisang cenderung tinggi. Berbeda halnya dengan pulp nata yang memiliki rongga antar serat yang rapat sehingga jumlah gugus OH yang aktif semakin sedikit akibatnya kadar air kertas menjadi rendah (Syamsu dkk., 2012). Rongga serat yang rapat menyebabkan gugus OH yang aktif sedikit karena kerapatan antar serat menyebabkan gugus OH sulit untuk melewati lapisan yang rapat. Gambar 2. Pengaruh komposisi pulp nata de coco dengan pelepah batang pisang abaka dan penambahan zat aditif terhadap gramatur kertas 57

6 Gambar 3. Pengaruh komposisi pulp nata de coco dengan pelepah batang pisang abaka dan penambahan zat aditif terhadap kadar air kertas Gambar 3 menunjukkan bahwa komposisi pulp nata de coco dan pulp pelepah pisang yang baik untuk pembuatan kertas adalah dengan rasio 25:75. Pada Gambar 3 juga menjelaskan bahwa penambahan bahan aditif membuat kadar air kertas semakin rendah. Hal ini disebabkan karena bahan aditif (tapioka dan kaolin) akan mengisi celah kosong antar serat yang terbentuk pada kertas sehingga memperkecil masuknya air kedalam celah-celah serat kertas tersebut. Tapioka yang ditambahkan berfungsi juga sebagai sizing agent sehingga dapat menghalangi akses terhadap gugus OH bebas pada selulosa mikrobial nata de coco. Gugus OH ini akan berikatan dengan hydrogen membentuk air (Syamsu dkk., 2012). 4. KESIMPULAN Dari hasil penelitian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Semakin besar komposisi pulp pelepah batang pisang dan semakin banyak bahan aditif yang digunakan dapat meningkatkan nilai gramatur, ketebalan dan kadar air kertas yang dihasilkan. 2. Penambahan sedikit pulp selulosa microbial ke dalam pulp pelepah batang pisang abaka dapat meningkatkan sifat fisik kertas seperti gramatur 157,13 gr/m², ketebalan 0,0058 mm, kadar air 4,48%. 3. Campuran pulp pelepah batang pisang dan pulp nata de coco dapat mensubtitusi pulp kayu dalam pembuatan kertas. 4. Campuran pulp pelepah batang pisang abaka dengan pulp selulosa mikrobial nata de coco dapat digunakan sebagai sumber selulosa alternatif dalam pembuatan kertas. 5. SARAN Diperlukan studi lebih lanjut dengan menggunakan serat pisang abaka menggunakan teknik pemasakan alkaline perokside pulping. Perlu dilakukan penggunaan jenis perekat lain seperti CMC. CMC merupakan perekat luar yang diberikan setelah lembaran kertas terbentuk sehingga dapat menghasilkan kertas dengan permukaan kelicinan yang tinggi. Berbeda dengan tapioka yang berupakan perekat dalam yang diberikan pada saat proses pembuatan pulp (sebelum pembentukan lembaran kertas). Perlu penelitian lanjutan dengan menambahkan minyak atsiri agar permukaan kertas lebih lembut. DAFTAR PUSTAKA Erythrina, S Kajian Penggunaan Selulosa Mikrobial Sebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas. Skripsi Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. 58

7 Fitriani, dkk. Kajian Penambahan Selulosa... Ghazali, A., FAT, O., Zakaria, L., Rosli, WD Pulpability of SAP Stained Vascular Bundles of Elaies Guinensisfrond (OPFB) for Paper production. University Sains Malaysia. Malaysia. Permana, M.S Pembuatan Kertas Kalkir dari Selulosa Mikrobial melalui Pemanfaatan Limbah Air Kelapa. Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Universitas Syiah Kuala. Banda Aceh. Prabawati, S. Y dan Wijaya, A.G Pemanfaatan Sekam Padi dan Pelepah Pohon Pisang sebagai Bahan Alternatif Pembuat Kertas Berkualitas. Aplikasia, Jurnal Aplikasi llmu-ilmu Agama. 9(1): Ribowo, C.A Laporan Praktek Kerja Pabrik PT. Ekamas Fortuna Malang Jawa Timur. Akademi Teknologi Pulp dan Kertas, Bandung. Rosliadi, H., Anggraini Pembuatan dan Kualitas Karton dari Campuran Pulp Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Limbah Padat Organik Industri Pulp. Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Bogor. Rozzaq, R.M.N.A Isolasi Nanoselulosa dari Biomassa Batang Pisang Menggunakan Cairan Ionik cis-oleil- Imidazolinium Asetat. Universitas Pendidikan Indonesia, Jakarta. Sinuhaji, F Pemanfaatan Limbah Padat Pulp (Sludge) Dengan Serat Pelepah Batang Pisang menjadi Tatakan Telur. Jurnal Penelitian MIPA. 2(1). Sucipto, Wijana, Wahyuningtyas, E Optimasi Penggunaan Naoh dan Tapioka pada Produksi Kertas Seni dari Pelepah Pisang. Jurnal Teknologi Pertanian. 10 (1): Suparto, R., Kumalaningsih, S., dan Febrianto, A Pemanfaatan Nata de Coco Sebagai Bahan Pendukung dalam Pembuatan Kertas Manila (Kajian Konsentrasi Nata de Coco dan Konsentrasi Perekat). Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya. Malang. Syamsu, K., Puspitasari, R., Roliadi, H Penggunaan Selulosa Mikrobial dari Nata De Cassava dan Sabut Kelapa Sebagai Pensubtitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas. E-Jurnal Agroindustri Indonesia. 1(2): Syamsu, K., Haditjaroko, L., Pradikta, G.I., Roliadi, H Campuran Pulp Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial Nata de Cassava dalam Pembuatan Kertas. Jurnal Ilmu Pertanian Indonesia (JIPI). 19(1):