BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kayu Kayu adalah suatu karbohidrat yang tersusun terutama atas karbon, hidrogen dan oksigen. Kayu mengandung senyawa anorganik yang tetap tinggal setelah terjadi pembakaran pada suhu tinggi pada kondisi oksigen yang melimpah, residu semacam ini dikenal sebagai abu. Tabel 1: Komposisi Kayu Unsur % berat kering Karbon 49 Hidrogen 6 Oksigen 44 Nitrogen Sedikit Abu 0,1 ( Sumber: Haygreen,1993) Unsur Unsur penyusun kayu tergabung dalam sejumlah senyawa organik : selulosa, hemiselulosa dan lignin. (Haygreen,1993) Kayu yang berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang berbeda-beda, bahkan dalam satu pohon bagian ujung dan pangkalnya berbeda. Oleh karena itu sebelum kayu digunakan untuk kepentingan industri ada baiknya jika sifat-sifat kimia dan fisika dari kayu tesebut diketahui.
a. Sifat-sifat fisika kayu Beberapa hal yang tergolong sifat fisika kayu antara lain: berat jenis, warna, dan higroskopik. Berat jenis kayu Kayu memiliki berat jenis yang berbeda-beda, makin besar berat jenis suatu kayu umumnya makin kuat kayunya. Berat jenis ditentukan oleh tebal dinding sel, kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. Umumnya berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu kering tanur atau kering udara dan volume kayu yang mengandung kadar air. Warna Warna yang terdapat pada kayu berbeda-beda hal ini disebabkan oleh zat-zat pengisi warna dalam kayu. Warna suatu jenis kayu dapat dipengaruhi oleh: tempat di dalam lingkaran tahunan, umur pohon, kelembaban udara. Higroskopik Kayu memiliki sifat higroskopik, dapat menyerap atau melepaskan air. Makin lembab udara disekitarnya, akan makin tinggi kelembaban kayu, sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya. Masuk keluarnya air dari kayu menyebabkan kayu itu basah atau kering. b. Sifat-sifat kimia kayu
Komponen kimia di dalam kayu memiliki arti penting, karena menentukan kegunaan sesuatu jenis kayu. Komposisi kimia kayu dapat menentukan pengolahan kayu sehingga diperoleh hasil yang maksimal. Pada umumnya komponen kimia kayu ada 3 bagian yaitu: 1. Karbohidrat : selulosa dan hemiselulosa 2. Non karbohidrat: lignin 3. Komponen yang diendapkan dalam kayu selama proses pertumbuhan: zat ekstraktif (Dumanauw,1993) 2.1.1 Selulosa Didalam kayu, selulosa tidak hanya disertai dengan poliosa (hemiselulosa) dan lignin, tetapi juga terikat erat dengannya, dan pemisahannya memerlukan perlakuan kimia yang intensif. Selulosa merupakan bahan dasar dari banyak produk teknologi (kertas, film, serat, aditif, dan sebagainya). Dengan menggunakan berbagai bahan kimia dalam pembuatan pulp, seperti pengaruh sifat asam, netral, atau sifat alkalis, dan pengaruh tekanan, diperoleh pulp dengan sifat-sifat yang berbeda. (Fengel, 1995) Selulosa dibuat langsung dari unit-unit glukosa. Sebagai langkah pertama dalam proses tersebut, pohon mengangkut glukosa ke pusat-pusat pengolahan yang terletak pada pucuk-pucuk cabang dan akar dan ke lapisan kambium yang menyelubungi batang utama, cabang dan akar. Glukosa mengalami modifikasi secara kimia dengan dipindahkannya satu molekul air dari setiap unit dan terbentuklah satu anhidrid glukosa: C 6 H 12 O 6 H 2 O = C 6 H 10 O 5 (anhidrid glukosa). Anhidrid glukosa kemudian saling bersambungan ujung-ujungnya membentuk polimer berantai panjang yaitu selulosa (C 6 H 10 O 5 )n dengan n derajat polimerisasi sama dengan 500-1000. Pada selulosa unit-unit
anhidrid glukosa dihubungkan dengan ikatan kimia tipe β; komponen-komponen karbohidrat seperti pati dihubungkan tipe α. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi, yang memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propilen dan atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku industri kertas dan industri kain (serat rayon). 2.1.2 Hemiselulosa Glukosa adalah gula terpenting yang dihasilkan oleh proses fotosintesis. Disamping itu, gula-gula lain dengan 6-karbon seperti galaktosa dan manosa dan gula-gula dengan 5- karbon seperti xilosa dan arabinosa juga diproduksi didalam daun. Gula-gula ini, dan gula-gula yang lain, bersama-sama dengan glukosa, dipergunakan untuk mensintesiskan polimer-polimer dengan berat molekul yang relatif rendah yang disebut hemiselulosa. Sebagian besar hemiselulosa merupakan polimer-polimer dengan rantai bercabang, berbeda dengan polimer rantai selulosa yang berantai lurus, dan umumnya tersusun atas 150 anhidrid gula sederhana atau lebih rendah. 2.1.3 Lignin Lignin merupakan zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan. Lignin menaikkan sifat sifat kekuatan mekanik tanaman. Lignin merupakan komponen kimia dengan morfologi yang karakteristik dari jaringan tumbuhan. Lignin adalah suatu polimer yang sangat kompleks dengan berat molekul yang tinggi, tersusun atas unit-unit fenilpropan. Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen, dan oksigen, lignin bukanlah suatu karbohidrat dan bahkan tidak ada hubungannya dengan
golongan senyawa tersebut. Lignin adalah suatu fenol. Lignin sangat stabil dan sukar dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam akibatnya susunan lignin di dalam kayu tetap tidak menentu. Lignin terdapat di antara sel-sel, lignin yang berfungsi sebagai perekat untuk mengikat sel-sel bersama-sama. Dalam dinding sel, lignin sangat erat kaitannya dengan selulosa dan berfungsi untuk memberikan ketegaran pada sel. (Haygreen,1993) Dalam pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegredasi dan berubah yang merupakan sumber karbon lebih dari 35 juta ton tiap tahun diseluruh dunia yang sangat potensial untuk keperluan kimia dan energi. (Fengel,1995) 2.2 Proses Pembuatan Pulp Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan yang bukan serat didalam kayu dapat dilakukan dengan berbagai macam proses yaitu: a.proses Mekanik Dalam proses pembuatan pulp secara mekanik pemisahan serat dilakukan dengan cara menggunakan tenaga mekanik. Proses ini dilakukan dengan menggerinda kayunya menjadi serat pulp dan menghasilkan rendemen sebesar 90-95 %, tetapi menyebabkan kerusakan pada serat. Penggunaan pulp yang dihasilkan pada proses mekanik ini nilainya kecil sekali, juga pulp itu masih mengandung banyak lignin dan serat-seratnya tidak murni sebagai serat. b. Proses Semikimia
Proses semikimia meliputi pengolahan cara kimia yang diikuti dengan perbaikan secara mekanik dan beroperasi pada rendemen yang tingginya dibawah proses mekanik. Biasanya bahan kimia yang digunakan pada proses ini adalah natrium sulfit. c. Proses Kimia Bahan bahan yang terdapat ditengah lapisan kayu akan dilarutkan agar serat cepat terlepas dari zat-zat yang mengikatnya. Hal yang merugikan pada proses ini adalah rendemen yang rendah yaitu 45-55 %. Proses kimia dibagi menjadi tiga kategori: 1. Proses Soda 2. Proses Sulfat 3. Proses Sulfit Dalam proses soda, kayu dimasak dengan larutan NaOH. Larutan sisa pemasakan dipekatkan dan kemudian dibakar, yang akan menghasilkan NaOH.Disebut proses soda karena bahan kimia yang ditambahkan kedalam prosesnya berupa natrium karbonat. Pada proses sulfit, larutan pemasak yang dipakai adalah asam-asam yang mengandung sulfur dari logam alkali atau alkali tanah berupa sulfit. Proses sulfat adalah proses pembuatan pulp yang paling banyak digunakan saat ini atau disebut juga proses kraft. (PT.TPL,2003) 2.3 Uraian Proses Pembuatan Pulp Pulp terdiri dari komponen senyawa organik, antara lain selulosa, hemiselulosa, lignin, dan zat ekstraktif dalam jumlah yang kecil. Serat selulosa yang berasal dari bahan baku kayu menurut beberapa ahli dibagi dalam 2 bagian yaitu: 1.Kayu berdaun lebar ( kayu keras)
2.Kayu berdaun jarum ( kayu lunak) Kayu berdaun lebar memiliki serat selulosa yang pendek dan kayu berdaun jarum memilki serat selulosa yang lebih panjang. Contoh kayu berserat pendek yaitu Eucalyptus, kayu dengan serat panjang terdapat pada Pinus Merkussi. Proses pemasakan pulp meliputi : pengisian chip, tahapan prehidrolisis, pengisian larutan pemasak, pemasakan dengan proses kraft, mengeluarkan pulp yang sudah masak dari dalam digester. 2.3.1 Pengisian Chip Chip diangkut ke digester dari tempat penyimpanan atau lapangan chip dengan menggunakan conveyor. Pengisian chip kedalam digester merupakan langkah awal dari proses pemasakan dan merupakan satu pekerjaan yang sangat penting pada proses pembuatan pulp. Digester yang tidak penuh misalnya, akan mengurangi jumlah pulp yang akan dihasilkan digester, sebaliknya digester yang terlalu penuh akan mengakibatkan kesulitan pada peredaran cairan pemasak dan pada saat blow. Sebelum pengisian chip dimulai harus dilaksanakan hal-hal sebagai berikut: 1. Digester harus dalam keadaan kosong dan katup blow nya harus sudah ditutup 2. Top cover (tutup atas) pada posisi terbuka 3. Shuttle conveyor harus tepat posisinya pada digester yang akan diisi
2.3.2 Tahap Prehydrolysis Pada proses Prehydrolysis Kraft pulp, prehidrolisis merupakan tahapan awal dari proses pemasakan setelah pengisian chip. Untuk membuat serat rayon dibutuhkan pulp dengan kemurnian yang sangat tinggi, prehidrolisis dimaksudkan untuk mengolah terlebih dahulu serpihan kayu sebelum dimasak dengan alkali, pada proses ini, kandungan kandungan yang bukan selulosa yang terdapat dalam kayu, seperti selulosa yang terpotong-potong dan karbohidrat rantai pendek yang disebut hemiselulosa akan dikeluarkan dari dalam serpihan kayu. Pada proses pemasakan alkali di tahap berikutnya akan diperoleh pulp dengan kemurnian yang lebih tinggi. Proses prehidrolisis dipertahankan pada temperatur 165 0 C dan tekanan 6,0 kg/cm 2 gauge selama 60 menit. Setelah itu dilakukan pengeluaran gas (blow) selama 15-20 menit sampai tekanan dalam digester 1,0 kg/cm 2 gauge. 2.3.3 Pengisian Liquor (cairan pemasak) Pada proses Prehydrolysis Kraft pulp pengisian liquor dilakukan setelah prehidrolisis. Larutan pemasak panas yang dimasukkan ke dalam digester dengan temperatur 120 0 C harus dengan perbandingan yang sesuai sebagai mana dibutuhkan untuk pemasakan dan black liquor penambah sebagai pengencer juga harus dengan perbandingan yang sesuai. Penambahan cairan pemasak didasarkan pada persentase bahan kimia yang dibutuhkan untuk memasak dengan berat kering kayu yang dimasukkan. Persentase ini juga tergantung dari seberapa jauh kita akan mengurangi kandungan lignin dari dalam kayu. Misalnya untuk memproduksi Prehydrolysis Kraft Pulp dengan kemurnian yang tinggi, alkali yang dimasukkan per berat kering kayu adalah 19 % alkali aktif, dimana untuk
Fully Bleached Kraft Pulp itu hanya sekitar 17,5 % alkali aktif sebagai Na 2 O. Alkali aktif yang dimasukkan dalam digester adalah untuk melarutkan komponen / pengotor bukan selulosa yang ada dalam kayu. Kekuatan / konsentrasi dan sulfiditas dari pada cairan pemasak juga merupakan hal yang sangat penting. Konsentrasinya dinyatakan dalam gram per liter dari alkali aktif (NaOH + Na 2 S) sebagai Na 2 O. Kalau konsentrasi cairan pemasaknya rendah maka proses penghilangan lignin akan menjadi kurang baik sehingga menghasilkan banyak reject (serpihan kayu yang tidak masak), sebaliknya kalau konsentrasinya terlalu tinggi maka serat selulosa juga akan terserang dan rusak yang berakibat pada rendahnya kekuatan dan rendemen pada pulp. 2.3.4 Pemasakan dengan Proses Kraft Proses pemasakan secara kraft dilaksanakan setelah penambahan cairan pemasak kedalam chip. Digester yang berisi chip dan larutan pemasak dipanaskan hingga temperatur 170 0 C dan tekanan mencapai 7 kg/cm 2 gauge. Pada temperatur dan tekanan ini, chip dimasak dengan alkali untuk periode waktu tertentu. Waktu dan temperatur selama pemasakan sangat berpengaruh terhadap kualitas pulp, jika chip dimasak dalam jangka waktu yang terlalu lama, maka akan dihasilkan pulp dengan kualitas rendah dan dengan rendemen yang rendah. Temperatur yang optimum untuk pemasakan adalah 170 0 C. Temperatur dibawah 170 0 C tidak berpengaruh terhadap kualitas pulp, tetapi diatas 180 0 C akan mulai terjadi pemutusan rantai dari serat-serat selulosa. 2.3.5 Pengeluaran Pulp dari Digester (Blowing pulp)
Tujuan utama pada pengoperasian blowing adalah untuk mengeluarkan atau blow semua isi digester kedalam tangki penampung (blow tank). Hanya satu digester yang dapat diblow ke satu blow tank pada satu waktu tertentu, hal yang penting untuk diperhatikan agar dipastikan bahwa ada cukup ruang dalam blow tank untuk menampung pulp yang akan diblow. Hal penting yang perlu diperhatikan adalah memastikan bahwa sistem daur ulang panas sewaktu blow sudah siap untuk beroperasi untuk menampung uap yang dihasilkan blow dan mengembunkannya. (PT.TPL,2003) 2.4 Titrasi Asam-Basa Titrasi asam-basa sering disebut asidimetri-alkalimetri, sedang untuk titrasi atau pengukuran lain-lain sering juga dipakai akhiran ometri menggantikan metri, kata - metri berasal dari bahasa Yunani dan berarti ilmu, proses, atau seni mengukur. Asidimetri dapat diartikan pengukuran jumlah asam ataupun pengukuran dengan asam, dimana yang diukur adalah jumlah basa atau garam. Secara umum asidimetri dan alkalimetri diartikan titrasi yang menyangkut reaksi dengan asam dan / atau basa,diantaranya: 1. Asam kuat- basa kuat 2. Asam kuat- basa lemah 3. Asam lemah- basa kuat 4. Asam kuat- garam dari basa lemah 5. Basa Kuat- garam dari asam lemah Larutan yang dititrasi dalam asidimetri-alkalimetri mengalami perubahan ph, misalnya bila larutan asam dititrasi dengan basa, maka ph larutan mula-mula rendah dan selama
titrasi terus-menerus naik. Bila indikator ph kita gunakan untuk menunjukkan titik akhir titrasi maka indikator harus berubah warna tepat pada saat titrant menjadi ekivalen dengan titrat agar tidak terjadi kesalahan titrasi dan perubahan warna itu harus terjadi secara mendadak agar tidak ada keragu-raguan kapan titrsi harus dihentikan. (Harjadi,1993) Untuk menentukan basa digunakan larutan baku asam kuat misalnya HCl, sedangkan untuk menentukan asam digunakan larutan baku basa kuat misalnya NaOH. Titik akhir titrasi biasanya ditetapkan dengan bantuan perubahan warna indikator asambasa yang sesuai atau dengan bantuan peralatan misalnya potensiometer, konduktometer. Titrasi asam-basa dapat dianggap sebagai interaksi pasangan asam-basa berpasangan menurut Bronsted-Lowry, yaitu: Asam 1 + Basa 2 = Basa 1 + Asam 2 Bila titrasi dilakukan dalam pelarut air, maka perpindahan proton selalu dinyatakan melalui molekul air. Akibatnya persamaan umum untuk titrasi asam-basa dalam pelarut air ditulis sebagai persamaan reaksi antara ion hidronium dan ion hidroksida: H 3 O + + OH - = H 2 O + H 2 O Selama proses titrasi ph larutan berubah perlahan-lahan. (Rivai,1995) 2.4.1 Indikator Asam-Basa Indikator asam-basa ialah zat yang dapat berubah warna bila ph lingkungannya berubah. Warna dalam keadaan asam dinamakan warna asam dari indikator dan warna dalam keadaan basa disebut warna basa. Akan tetapi harus dimengerti bahwa asam dan basa
disini tidak berarti ph kurang atau lebih dari tujuh. Asam berarti ph lebih rendah dan basa berarti ph lebih besar dari trayek indikator. Setiap indikator asam-basa memiliki trayek ph sendiri demikian pula warna asam dan basanya. Tabel 2 : Beberapa indikator Asam - basa No Indikator Perubahan warna dengan peningkatan ph Trayek ph 1 Asam Pikrat Tak berwarna ke kuning 0,1-0,8 2 Timol biru Merah ke kuning 1,2-2,8 3 2,6 Dinitrofenol Tak berwarna ke kuning 2,0-4,0 4 Metil kuning Merah ke kuning 2,9-4,0 5 Bromfenol biru Kuning ke biru 3,0-4,6 6 Metil orange Merah ke kuning 3,1-4,4 7 Bromkresol biru Kuning ke biru 3,8-5,4 8 Metil merah Merah ke kuning 4,2-6,2 9 Litmus Merah ke biru 4,5-8,3 10 Metil ungu Ungu ke hijau 4,8-5,4 11 p-nitrofenol Tak berwarna ke kuning 5,0-7,0 12 Bromkresol ungu Kuning ke ungu 5,2-6,8 13 Bromtimol biru Kuning ke biru 6,0-7,6 14 Netral merah Merah ke kuning 6,8-8,0 15 Fenol merah Kuning ke Merah 6,8-8,4 16 p-α-naftolftalein Kuning ke biru 7,0-9,0
17 Phenolphtalein Tak berwarna ke merah 8,0-9,6 18 Timolftalein Tak berwarna ke biru 9,3-10,6 19 Alizarin kuning R Kuning ke merah lembayung 10,1-12,0 20 1,3,5-Trinitrobenzen Tak berwarna ke orange 12,0-14,0 ( Sumber: Hardjadi, 1993) Kegunaan dari titrasi asam basa adalah untuk menentukan zat zat anorganik, organik dan biologis yang tak terbilang jumlahnya, bersifat asam- basa. Beberapa unsur penting dalam bahan organik dan biologis dapat ditentukan secara tidak langsung dengan titrasi asam-basa. Umumnya unsur unsur ini non metal, misalnya penentuan nitrogen dan belerang dalam bahan organik. (Harjadi.W,1993) 2.4.2 Analisa Soda Kaustik Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menganilisis soda kaustik, alkali total (Karbonat + Hidroksida) ditetapkan dengan titrasi asam standar dengan menggunakan metil orange sebagai indikator. Dalam porsi larutan yang kedua, karbonat diendapkan dengan larutan BaCl 2 yang sedikit berlebih dan tanpa penyaringan larutan dititrasi dengan menggunakan phenolphtalein sebagai indikator titrasi yang terakhir ini memberi kandungan hidroksida dan dengan mengurangkan ini dari titrasi yang pertama, diperoleh volume asam untuk karbonat: Na 2 CO 3 + BaCl 2 BaCO 3 + 2NaCl (Basset.J,1994) 2.5 Viskositas
Viskositas suatu cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan alir cairan. Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir dari pada gas sehingga cairan mempunyai koefisien viskositas yang lebih besar dari pada gas. (Sukardjo,1997) Dalam SI satuan untuk viskositas adalah N s/m 2 = Pa s, sedangkan menurut sistem CGS satuan viskositas adalah Poise (1 poise = 0,1 Pa s) yang setara dengan dyne s/cm 2. Viskositas sering juga dinyatakan dalam sentipoise (1 Poise = 100 cp). (Yazid,2005) Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas adalah tekanan, temperatur, konsentrasi. Tekanan Viskositas cairan naik dengan bertambahnya tekanan, hal ini disebabkan jumlah lubang berkurang, sehingga bagi molekul lebih sukar untuk bergerak keliling satu terhadap yang lain. Temperatur Viskositas cairan akan turun dengan naiknya temperatur. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan akan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan naiknya temperatur. (Sukardjo,1997) Konsentrasi Umumnya larutan yang konsentrasinya tinggi, viskositasnya juga tinggi. Sebaliknya larutan yang konsentrasinya rendah viskositasnya juga rendah. (Yazid,2005)
2.6 Penentuan viskositas dengan metode Ostwald Pada metode Ostwald yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Pada percobaan, sejumlah tertentu cairan dipipet ke dalam viskometer. Cairan kemudian diisap melalui labu pengukur dari viskometer sampai permukaan cairan lebih tinggi dari batas a. Cairan dibiarkan turun. Ketika permukaan cairan turun melewati batas a, stopwatch kemudian dinyalakan. Dan ketika cairan turun melewati batas b, stopwatch dimatikan. Jadi waktu yang dibutuhkan cairan untuk melewati jarak antara a dan b dapat ditentukan. Tekanan P merupakan perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa U dan besarnya diasumsikan sebanding dengan berat jenis cairan. (Bird Tony,1993)