teknologi pulp dan kertas

TEKNOLOGI PULP DAN KERTAS
• PULPING
• BLEACHING
• RECYCLING

Kenapa dibuat kertas, walaupun orang bisa membuat finir setebal kertas

1. Warna tidak putih(lignin dan ekstraktif)
2. Permukaan tidak homogen(lingk tumbuh atau lingk tahun)
3. Tidak elastis(lignin) untuk gulung,lipat dsb
4. Daya serap tinta kurang baik
5. Dimensi terbatas
6. Sulit direkat
7. dsb

Definisi

Pulp adalah bahan berupa serat yang dihasilkan dari pengubahan tanaman berkayu secara mekanis, semikimia atau kimia
Kertas adalah lembaran serba sama dari jalinan serat berselulosa dengan bantuan zat pengikat dan dibuat dalam berbagai jenis serta dapat digunakan untuk berbagai tujuan

Bahan Baku Pulp

• Kayu daun jarum(kayu lunak)
• Kayu daun lebar(kayu keras)
• Bukan Kayu( non kayu)
Serat kulit : Jute, Leinen, hanf, ramie
Serat biji : Kapas dan Kapuk
Serat Tangkai atau jerami : padi, tebu,bamboo,rumput, hafer dan TKKS
Serat daun: Sisal/Agave dan pisang abaca


Sifat bahan baku kayu yang perlu diperhatikan

• Kandungan zat ekstraktif
• pH kayu
• Kerapatan kayu
• Tingkat kerusakan kayu
• Kadar air
• Kulit kayu tersisa



PERSIAPAN BAHAN
Bahan Kayu
• Logging
• Wood handling
• Pulping
• Bleaching
• Papier making
Bahan non kayu
• Pengumpulan
• Sortasi
• Pemotongan
• Pengeringan
• Pulping
• Bleaching
• Paper making

Logging
• Penjelajahan Tegakan
• Penebangan
• Pengumpulan
• Penyaradan
• Pemotongan
• Penumpukan/penyimpanan
• Bongkar/muat

Wood Handling
• Penyimpanan Kayu
• Pemotongan (3 m)
• Pemindahan ke Pengulitan
• Pengulitan
Produk berupa log


Log dapat langsung untuk mechanical pulping
atau dijadikan serpih/chip untuk chemical
pulping

Bahan Bantu Pada Industri Pulp dan Kertas
• Air
• Bahan Pewarna
• Bahan Pencerah Optis
• Bahan Pengisi
• Perekat
• Batu Kapur
• Sulfur dan senyawanya
• Natrium sulfat dan Natriumkarbonat
• Khlor dan senyawanya
• Peroksida Natrium dan Hidrogen
• Natrium hidroksida

Proses Pembuatan Pulp

• Mekanis : pulp asah dan pulp refiner
• Semi kimia atau mekanis kimia: NSSC dan soda dingin
• Kimia : Sulfat/kraft, sulfit dan Soda

Ada banyak sekali proses yang ditawarkan tapi hanya beberapa saja yang telah direalisir dalam skala industri


Uraian Singkat Proses Mekanis

Bahan baku kayu daun jarum dan kayu daun lebar berkerapatan rendah
Tanpa penggunaan bahan kimia
Kayu diasah dengan batu atau refiner
Rendemen 90-98%
Sifat pulp: kekuatan rendah, pulp cepat jadi kuning walau diputihkan, daya retak baik dan opasitas tinggi
Penggunaan pulp untuk koran, tissu, kertas buku murah


Uraian Singkat Proses Semi Kimia
(Mis:Neutral Sulphit Semi Chemical)

Bahan Baku; Kayu kerapatan rendah dan nonkayu
Mengunakan Na2SO3 dan Na2CO3 pada pemasakan kayu
Dilanjutkan pemisahan serat secara mekanis mis. Refiner
Rendemen 65-85%
Sifat pulp menghasilkan lembaran yang kuat dan padat
Penggunaan: lineboard, karton dan koran


Uraian Singkat Proses Kimia
(mis: Proses Sulfat Atau Kraft

Bahan Baku semua jenis kayu
Semata menggunakan bahan kimia pada proses pemasakan serpih kayu
Tanpa proses mekanis
Rendemen 40-52%
Sifat pulp : kekuatan tinggi, warna tua, sulit diputihkan, tak dapat digunakan sbg bahan dissolving pulp(pulp berselulosa tinggi)
Kegunaan: kertas bungkus, kertas tulis, kertas cetak, linerboard dsb.
Jenis dan persentase pulp yang dihasilkan (perkiraan)
Pulp Sulfat 58%
Pulp Sulfit 21%
Pulp mekanis 9%
Lain-Lain 8%
Pulp selulosa tinggi 4%
Pengamatan pada pulping

Keberhasilan Proses
1. Rendemen
2. Bilangan KAPPA( kadar lignin sisa)
3. Bahan kimia terpakai

Sifat pulp yang dihasilkan
1. Ketahanan tarik, pjg putus, daya regang
2. Ketahanan retak dan faktor retak
3. Ketahanan sobek dan faktor sobek
4. Kekuatan lipat
5. Derajat putih
6. Opasitas

Komponen Biaya Produksi
Harga Kayu
Upah Buruh
Energi
Pengelolaan Limbah
Investasi awal
Produk lain yang berkaitan dengan
pulping
Langsung dari kayu : Tannin dan Balsam
Kulit Kayu : Kompos dan Campuran Papan Partikel
Hidrolisat : Furfural, Gula alkohol, asam asetat, pakan
Papan serat
Lignin : perekat, karbon aktif, vanile, massatekan
Tissu
Karton
Etanol, gula, DMSO, fenol
Turunan selulosa(CMC,MC,Nitroselulosa,S.Asetat
Rayon
Permasalahan Pada Industri Pulp dan Kertas
Rendemen
Energi
Bahan Kimia
Pencemaran Lingkungan
Proses bebas S dan Cl
Bahan baku
Pemanfaatan limbah
Kapasitas pabrik
Hal yang penting dibahas
Reaksi-reaksi kimia pada proses terhadap komponen komponen kimia bahan
Pengunaan lignin dimasa datang
Penanganan limbah pada pabrik kertas
Alternatif pengganti kayu yang potensial
Daur ulang kertas bekas
Penyimpanan Kayu
Perusak kayu 1. serangga
2. bakteri
3. cendawan
Jenis kerusakan 1. digerek
2. diuraikan(oksidasi)
3. perubahan warna
4. penurunan sifat mekanis
Faktor yang mempengaruhi 1. waktu
2. iklim
3. kondisi penumpukan
Penyimpanan (lanj.)
Kerusakan akibat metabolisme lanjutan juga dapat terjadi dan suhu jadi meningkat be3rakibat meningkat pula serangan cendawan dan bakteri
Penguraian secara kimia :
1. auto oksidasi
2. hidrolisis
Auto oksidasi : komponen kimia kayu+O2--------asam organik
Hidrolisis----- KH+H2O------asam asetat
Penguraian kayu:1. Metabolisme tanaman
2. Reaksi kimia
3. Mikroorganisme
Penyimpanan (lanj.)
Kondisi untuk m.o. T 30 C dan K.a 24-32%
Penguraian bahan kayu 1%/bulan(berbariasi)
Akibat penyimpanan kerusakan penyimpanan
1. DP selulosa berkurang
2. Rendemen berkurang
3. Kekuatan kertas menurun
4. Warna kertas menjadi gelap
Warna tersebut akibat :
1. Oksidasi lignin dan ekstraktif
2. Diffusi warna dari kulit kayu
3. Serangan cendawan
4. Perubahan lignin secara kimia

Penyimpanan (lanj.)
Pengurangan kerusakan:
1. Aliran air pada log pond lancar
2. Log bersih
3. Sirkulasi udara baik
4. Kulit kayu dibiarkan bila utk pulp mekanis
5. Simpan dalam air bila untuk pulp mekanis
6. Penyimpanan kayu kurang dari 3 bulan
7. Penyimpanan serpih memperhatikan
musim dan tinggi tumpukan
8. Pengawetan dengan bahan kimia
Penyimpanan(lanj.)
Persyaratan bahan kimia untuk pengawetan:
1. Efeknya mencakup masa penyimpanan
2. Harga sebanding dengan keampuhan
3. Tidak mempengaruhi proses dan produk
4. Tidak mencemar lingkungan
5. Tidak toksis terhadap makhluk hidup
Senyawa yang biasa digunakan: Na-PCP, Borax, Polybor, NiSO4, Limbah cair pulping, asam propionat, paraformaldehida.
Pengulitan kayu
Kulit kayu 10-15% dari kayu
Pulping proses kimia harus kayu dikuliti
Pengaruh negatif kulit kayu
1. Mengurangi derajat putih pulp
2. Menurunkan rendemen
3. Meningkatkan kebutuhan bahan kimia
4. Mengandung pasir dan batu terikut
5. Menyulitkan recycling bahan kimia
Faktor yang mempengaruhi pengulitan kayu
1. Intensitas ikatan antara kulit dan kayu
2. Bentuk batang

Pengulitan kayu (lanj.)
Intensitas ikatan dipengaruhi oleh
1. Jenis kayu
2. Waktu panen
3. Kondisi penyimpanan
Faktor bentuk batang
1. Lurus atau bengkok
2. Adanya lobang
3. Adanya cabang

Mempermudan pengulitan dengan cara penguapan atau perendaman
Pengulitan (lanj.)
Banyak metode yang ditawarkan


Metode Drum Berputar paling banyak digunakan

Cara kerja :
Kayu berukuran panjang 2 meter dimasukkan kedalam drum berdiameter 5 meter yang berputar ditempatnya. Posisi drum horizontal Pada dinding dibuat celah untuk pengeluaran kulit kayu yang terlepas. Pengelupasan kulit kayu akibat benturan kayu dengan dinding drum dan sesama kayu. Perbaikan pengulitan dapat dilakukan dengan penyemprotan air.
Pengulitan (lanj.)

Keunggulan
1. Dapat dilakukan otomatisasi
2. Keperluan tenaga operasional sedikit
3. Kebutuhan energi rendah
4. Biaya pemeliharaan rendah
5. Produktivitas tinggi

Kelemahan
1. Kehilangan kayu relatif tinggi pd ujung pangkal
2. Pembebanan mekanis pada kayu tinggi
3. Kerugian 3-5%


Pengulitan (lanj.)

Metode pengulitan yang lain
1. Penggunaan rantai
Kayu dilewatkan ke rantai yang dipasang sedemikian rupa sehingga terjadi friksi/gesekan antara rantai dan kayu sehingga kulit kayu terlepas
2. Penggunaan rotor beputar
Pada dinding rotor dilengkapi dengan pisau sejumlah 5 buah. Log bergerak maju melewati rotor sehingga pisau akan mengelupaskan kulit kayu

Pembuatan Serpih atau Chips
Serpih adalah keratan kayu log yang dibuat dengan mesin khusus untuk itu dimana menghasilkan serpih kayu dengan ukuran panjang lk 2,5 cm menurut arah serat dan tebalnya lk 3mm

Prinsip kerja penyerpihan : Long diposisikan miring 45 C pada landasannya dan pisau dengan sudut mata 30 C akan memotong log dengan panjang 2,5 cm. Karena mata pisau bersudut 30 C maka potongan kayu akan pecah pada lingkaran tahunnya dengan lebar bervariasi


Pembuatan chips (lanj.)
Langkah kerja pembuatan chips:
1. Pemotongan
2. Pengayakan
3. Pengecilan ukuran yang belum memenuhi syarat
Faktor yang mempengaruhi hasil:
1. Kemiringan kayu
2. Sudut pisau
3. Jenis kayu
4. Kadar air kayu
5. Suhu


PROSES SULFAT/KRAFT
Ditemukan oleh Dahl 1879
Kraft berarti kuat


Keunggulan
1. Cocok untuk semua jenis bahan serat
2. Kekuatan lembaran pulp relatif tinggi
3. Delignifikasi berlangsung cepat dengan degradasi selulosa relatif kecil
4. Daur ulang bahan kimia relatif mudah
5. Limbah balsam dapat dimanfaatkan(pinus)
Proses sulfat(lanjutan)

Kelemahan
1. Pulp berwarna coklat
2. Pulp relatif sulit diputihkan
3. Menimbulkan bau tidak enak oleh oleh komponen
Gas yang dihasilkan:
1. SO2
2. H2S
3. CH3SH
4. CH3SCH3
5. CH3SSCH3

Proses Sulfat
Bahan kimia NaOH, Na2S,Na2CO3, Na2SO4
Kebutuhan air tiap ton pulp
1. Persiapan kayu 45,6 ton
2. Pembuatan larutan 157 ton
3. Pembuatan pulp 67,5 ton
4. Pemucatan 45 ton
5. Pencucian 112 ton
6. Uap dan tenaga 67 ton
7. Lain-lain 22.5 ton

Proses sulfat(lanj.)
Persiapan larutan
NaOH 90 g/l
Na2S 35 g/l
Na2CO3 12 g/l
Na2SO4 4 g/l
Perbandingan serpih dg air = 1 : 4
Komposisi larutan bervariasi
Alkali aktif 14-16 %
Proses sulfat(lanj.)
Kondisi pemasakan
Alkali aktif 14-16%
Perbandingan serpih:air =1:4
Sulfiditas larutan 25%
Suhu maksimum 170 C
Waktu pemasakan pada suhu maks. 1,5 jam
Waktu mencapai T maks 2 jam
Proses Sulfat/Kraft
Proses soda
Proses yang tertua
Bahan kimia hanya NaOH
Cocok untuk bahan non-kayu
Bahan non kayu dikelompokkan jadi 3:
1. Limbah pertanian : jerami padi dan bagas
2. Tanaman budidaya: bambu dan jute
3. Tanaman liar : alang-alang
Dilakukan pada Digester Batch atau Continue
Proses soda (lanj.)
Continue lebih disukai karena :
1. Sifat bahan baku yang bulky
2. Fleksibilitas tinggi
3. Kualitas pulp jadi lebih seragam
4. Kebutuhan energi relatif rendah
5. Konsentrasi lindi hitam ke evaporator lebih tinggi
6. Pengendalian lebih mudah
7. Rendemen lebih tinggi
8. Kapasitas persatuan waktu tinggi
9. Overhaul relatif pendek


Proses soda (lanj.)

Prinsip kerja :
1. Pengumpanan bahan baku melalui converyor ke mixer impregnator
2. Pengaliran bahan baku ke impregnator
3. Penekanan bahan dengan screw feeder sehingga tekanan bahan dalam digester jadi naik
4. Proses pemasakan dalam digester pada ratio 3:1
5. Pengeluaran lindi hitam
6. Pencucian hingga netral
Proses soda(lanj.)
Digester yang umum digunakan: horizontal
Jumlah digester lebih dari satu
Produktivitas 15-20 ton?hari
Pengaturan proses mempengaruhi produktivitas
Beberapa type digester continue telah dikenal seperti : Bauer, Pandia dan Pedro
Berikut tabel pulping dengan Pandia sistem horizontal
Proses mekanis
Proses mekanis dapat langsung memanfaatkan log atau kayu dirobah dulu menjadi serpih
Proses mekanis tertua dan awal pembuatan kertas dari kayu
Ditemukan oleh Keller 1843 dengan nama Stone Grinding(asah batu)
75% pulp mekanis menggunakan proses SG
Tanpa bahan kimia
Rendemen 93-99%
(selanjutnya lihat buku “KAYU…” hal 488-497)
Gambar alat batu asah
Gambar alat batu asah bertekanan


Pemutihan(Bleaching)
Pemutihan merupakan lanjutan dari proses pulping
Derajat putih(DP) pulp berkisar antara 15 – 93 % menurut ISO atau bila dibanding MgO
Pulp sulfat DP 15% dan pulp pemutihan total DP 93)
Sebelum diputihkan terlebih dahulu ditentukan Bilangan KAPPA pulp kemudian dapat diperkirakan kebutuhan bahan kimia dan tahapan pemutihan yang akan dilakukan
Telah ada tabel rujukan kebutuhan bahan kimia pemutih
Bil KAPPA dikali dengan 0,15 identik dengan kadar lignin sisa pada pulp

Pemutihan (lanj.)

Pemutihan ada 2 cara:

1. Pemutihan dengan cara menghilangkan lignin. Merupakan pemutihan yang sesungguhnya dimana lignin diharapkan terurai seluruhnya.
2. Pemutihan tanpa menghilangkan lignin. Proses ini hanya merubah struktur lignin atau menutupi warna lignin. Putihnya pulp atau kertas hanya berlaku sementara
Pemutihan (lanj.)
Bahan kimia untuk 1 dan berikut dengan singkatannya yaitu:
1. Cl2 (C)
2. NaOH (E)
3. HOCl (H)
4. ClO2 ( D)
5. Peroksida (P)
6. O2 dalam alkali(O)
7. Ozon (Z)
8. Nitrogen (N)
9. Dithionit (Y)
Pemutihan(lanj.)
Bahan Kimia untuk 2 yaitu:
1. H2O2
2. Na2S2O4
3. ZnS2O4
Setiap perusahaan mempunyai metode sendiri untuk pemutihan menghilangkan bahan kimia Misalnya: CEHED, DEOD1D2 dll
Saat ini terus menerus dicari metode ramah lingkungan.
Dibawah ini contoh metode pemutihan pulp sulfat pada salah satu literatur.


Teknologi Kertas

Kertas merupakan campuran pulp dengan bahan tambahan dalam air pada konsistensi 1-2% kemudian disaring sehingga campuran tersebut tinggal pada saringan(calon kertas) selanjutnya dihilangkan airnya dengan cara pengempaan pada suhu diatas 100 C.
Contoh komposisi bahan kertas cetak nomor 1 adalah:
1. Pulp sulfat yang diputihkan 100%
2. Sizer 15 kg(resin), tawas 25 kg,kanji 50 kg, kaolin 120 kg untuk tiap 1 ton kertas jadi.


 Pengamatan pada Pulp dan Kertas

 Kegiatan pengujian lembaran pulp ataupun kertas adalah seperti berikut :
1. Persiapan
2. Pengujian kertas
1. Komposisi kertas
2. Standarisasi dan pengambilan sampel
3. Pengujian sifat mekanis
4. Pengujian sifat fisis
3. Pengamatan lainnya
1. Rendemen
2. Bahan kimia terpakai
3. Bilangan KAPPA
 Pengamatan (lanj.)
 Persiapan
1. Pengambilan sampel
2. Jumlah sampel
3. Penentuan BKT
4. a. sampel utk digiling b. sampel tanpa digilng
5. Perendaman(swelling)
6. Penggilingan
7. Defiberasi dan homogenisasi
8. Pengujian derajat kehalusan
9. Pembuatan sampel lembaran pulp(kertas tanpa bahan tambahn)
10.Klimatisasi
11.Pembagian dan pemotongan lembaran
12.Pengujian
 Pengamatan (lanj.)
 Pengujian kertas
1. Komposisi kertas
1. Pengamatan mikroskopis serat
2. Kadar abu
3. pH kertas
2. Standarisasi pengambilan dan pengujian sampel(umum)
3. Pengujian sifat mekanis
 Pengamatan (lanj,)
Pengujian sifat mekanis:
 Gramatur, tebal, kerapatan dan volume spesifik
 Kekuatan tarik
 Kekuatan tarik kondisi basah
 Kekuatan pecah
 Kekuatan lipat
 Kekuatan sobek
 Pengamatan (lanj,)
 Pengamatan sifat fisika
1. Kadar air
2. Kekuatan pegang tinta
3. Daya isap dan kemampuan menyerap air
4. Kemampuan meneruskan cahaya
5. Kelicinan permukaan
6. Derajat putih
7. Tranparansi dan Opasitas
8. Pencemar(bahanbukan kertas)
 Penanganan Limbah pada Industri Pulp dan kertas
 Limbah pada industri pulp dan kertas :
1. Kulit kayu
2. Limbah cair tercemar secara termis
3. Limbah cair tercemar serat,partikel kayu dan partikel kulit kayu
4. Limbah cair tercemar polutan berat bahan organik dan terlarut

Penanganan limbah dan manfaat spt berikut:
 Slides penanganan limbah kertas(6)
 Daur ulang kertas bekas
 Di negara maju kertas bekas menjadi bahan penting untuk pembuatan kertas dan karton, mis di Jerman 43 % pulp berasal dari kertas bekas.
 Ratio perolehan kembali kertas bekas dari total kebutuhan kertas dan karton
 Koefisien penggunaan kertas bekas merupakan bagian kertas bekas dibanding total produksi kertas dan karton
 Daur ulang(lanj.)
 Problem pada daur ulang :
1. Heterogennya mutu kertas bekas
2. Tingginya kandungan bahan bukan kertas
3. Mahalnya biaya pengumpulan
4. Berkurangnya kekuatan 20-30%
Sortasi dan grading sulit dan mahal untuk dilakukan
 Daur ulang(lanj.)
 Kegunaan :
1. Kertas pembungkus
2. Karton
3. Karton gelombang
4. Kertas koran
5. Pengepak telur
6. Papan tiruan
7. Tissue
8. Campuran pada kertas tulis
 Daur ulang(lanj.)
 Proses daur ulang
1. Defiberasi dengan mensuspensikan kertas dalam air pada konsistensi 15-20%. Bahan asing yang kasar dipisahkan
2. Pembersihan suspensi kertas dari pencemar yang tak terpisahkan pada tahap 1 melalui penyaringan dan sentrifugasi. Digunakan saringan d 2-4mm dan celah 0.15-1mm. Konsistensi maks 5%
3.
 Daur ulang(lanj.)
3. Penghalusan dengan cara pendispersian larutan. Target adalah benda bukan serat yang masih tersisa yaitu zat warna, bitumen, lilin dan perekat. Dilakukan pada suhu 100 C.
4. Deinking(penghilangan zat warna). Dilakukan secara Flotasi atau pengapungan.
Deinking menggunakan senyawa NaOH, waterglass, H2O2, emulgator, senyawa pembentuk komplek. Digunakan juga pengumpul berupa kation atau anion yang dapat mengikat zat warna yang telah berubah menjadi bentuk buih dan kemudian dikumpulkan. Lihat gambar alat Flotasi
 Daur ulang(lanj.) Gambar alat flotasi
 Daur ulang(lanj.)
 Contoh kondisi defiberasi : konsistensi 4 %, waktu defiberasi 10 menit, penambahan NaOh 2,5%, Na2Si2O2 2,5%, H2O2 1%
 Contoh kondisi Flotasi: konsistensi 0,8%, suhu 50 C, waktu 90 menit, aliran udara 20 l/menit, penambahan kolektor 0,5% dan dispersan 0,1%
 Ceiling Board
 Kata lain Plafon, papan langit-langit atau papan loteng
 Adalah interior permukaan bagian atas dari ruangan yang digunakan untuk menutupi sebahagian atau seluruh struktur dasar atas dari atap
 Hal yang spesifik dari Ceiling board adalah tidak mementingkan kekuatan mekanis yang tinggi karena hanya perlu menahan beban beratnya sendiri (MOR lk 35kg/cm2), tebal lk 0,5 cm dan permukaan menarik
 Eternit adalah nama dagang salah satu plafon
 Ceiling board(lanj.)
 Contoh-contoh ciling board:
1. Samir atau gedek
2. Samir berplaster semen
3. Eternit ijuk
4. Papan atau kayu solid
5. Kayu lapis
6. Eternit asbes
7. Eternit majun
8. Eternit gipsum
9. Papan karton gipsum
10. Papan serat
 Ceiling board
 Pembuatan ceiling board berperekat mineral pada prinsipnya sama dengan pembuatan papan semen atau papan gipsum, hanya saja serat yang digunakan lk 10%
 Saat ini makin disenangi eternit dengan perekat gipsum dan sebagai seratnya adalah majun atau limbah kain
 Contoh sifat plafon: tebal 5,5 mm, MOR 38kg/mm2, daya serap air 24%, kadar air 6%, densiti 1,5g/cm3 dan total perubahan panjang 0,1%.