RESPONSE SURFACE ANALYSIS PULP KAYU Polyalthia longifolia Shonn. MENGGUNAKAN PROSES ETANOL ORGANOSOLV

VENDY EKO PRASETYO, Dr. Ir. Sri Nugroho MARSOEM, M.Agr.Sc.

2009 | Tesis | MAGISTER ILMU KEHUTANAN

Pulping etanol organosolv sebagai peluang pengganti proses kraft dan kimia konvensional lainnya telah membatasi masalah lingkungan yang terkait dengan emisi sulfur dan terbukti efektif pada beberapa spesies kayu. Pada penelitian ini digunakan kayu jenis Polyalthia longifolia Shonn. yang cepat tumbuh, bercabang kecil dan berpeluang sebagai bahan baku pulp dan kertas, sehingga optimasi proses pulpingnya perlu diteliti. Optimasi proses pulping dilakukan menggunakan desain optimasi polinomial orde dua dengan analisis response surface Box-Behnken menggunakan program SAS 9.1. Optimasi proses pulping etanol organosolv diperlakukan dengan konsentrasi etanol (XK) 55%, 65% dan 75%; suhu pemasakan (XT) 100, 115 dan 130°C; waktu pemasakan (Xw) 60, 90 dan 120 menit; konsentrasi katalis asam (H2S04) (XA) 0,9,1,1dan 1,3%; perbandingan bahan dengan larutan pemasak (XB) 1:4, 1:6 dan 1:8. Parameter yang diteliti adalah rendemen tersaring (Yi), bilangan kappa (SNI-14-0494-1989-A) (Y2), etanol sisa (Y3), indek tarik (Y4), indek sobek (Y5), indek jebol (Y6) (SNI 14-0489-1989A) dan %ISO brightness (Y7). Optimasi proses tercapai pada faktor konsentrasi etanol 75%, suhu pemasakan 115°C, waktu pemasakan 90 menit, penggunaan konsentrasi katalis asam (H2S04) 1,1% dan perbandingan bahan dengan larutan pemasak 1: 6 dengan hasil rendemen 52,04%, bilangan kappa 23,95, etanol sisa 0,279%, sifat fisik lembaran pulp yaitu index tarik sebesar 31,85 Nm/g, indek sobek 3,95 mN.m2/g, indek jebol 2,33 KPa.m2/g dan brightness (kecerahan) 23,91% ISO. Interaksi faktor konsentrasi etanol dengan waktu pemasakan terjadi pada parameter indek sobek dan indek jebol, sedangkan interkasi konsentrasi etanol dengan perbandingan bahan dengan larutan pemasak terjadi pada parameter rendemen. Etanol sisa juga dipengaruhi interaksi faktor konsentrasi katalis asam dengan suhu pemasakan dan waktu pemasakan. Faktor konsentrasi etanol dan waktu pemasakan adalah faktor yang memberikan pengaruh paling kuat terhadap seluruh parameter selama optimasi proses berlangsung. Kenaikan faktor konsentrasi etanol selalu diikuti oleh kenaikan rendemen, penurunan bilangan kappa dan etanol sisa serta perbaikan sifat fisiknya, sedangkan waktu pemasakan sangat berkebalikan dikarenakan waktu pemasakan lama pada suhu rendah berakibat delignifikasi awal yang menyebabkan hidrolisis polisakarida dan reaksi solvolisis. Terdapat beberapa pengaruh faktor lain pada beberapa parameter tertentu, yaitu suhu pemasakan pada parameter etanol sisa dan brightness, perbandingan bahan dan larutan pemasak pada rendemen dan indek jebol dan konsentrasi katalis pada etanol sisa. Titik kritis yang dapat dibaca dari hasil canonical analysis adalah konsentrasi etanol 65%, suhu pemasakan 107,5°C, waktu pemasakan 105 menit, penggunaan katalis asam (H2S04) 1,15% dan perbandingan bahan dengan larutan pemasak adalah 1: 5,5.

Ethanol concentration pulping as a potential substitute for kraft and other conventional chemical processes, can reduce environmental problems relating to sulfur emission and it has been proven effective on several timber species. This study used Polyalthia longifolia Shonn. This species is a characterized by its rapid growth and having small branches. Thus, the objective of this research is to investigate the optimal pulping process of this species using etanol organosolv pulping. Optimization of pulping process was performed by using the second order polynomial design. The data analyzed by the response surface Box-Behnken method using SAS V.9.l.program. The optimization of ethanol organosolv process was prepared at ethanol concentration (X~) of 55%, 65% and 75% {v/w); pulping temperature {Xr) at 100°C , 115°C and 130°C; pulping time (Xw) of 60. 90 and 120 minute; concentration of acid catalyst (H2S04 ) (XA) at 0.9%, 1.1% and 1.3%; and chip to liquor ratio (X8) of 1:4, 1:6 and 1:8. The invest igated parameters were screened yield (Y1), kappa number (Y2) (SNI-14-0494-1989-A), ethanol by-product (Y3), tensile index (Y4 ), tear index (Y5), burst index (Y6 ) (SNI-14-0489- 1989-A) and % ISO brightness (Y7). Optimal process was achieved at ethanol concentration of 75%, pulping temperature of 115°( , pulping time of 90 minute acid catalyst concentration of 1,1% and chip to liquor ratio of 1:6. The factors gave the results pulp yield at 52.04%, kappa number at 23.95, ethanol by-product at 0.279% and physical properties of pulp sheet with 31.85 Nm/g tensile index, 3.95 mN.m2/g tear index, 2.33 KPa.m2/g burst index and 23.91% ISO brightness. The interaction of ethanol concentration and pulping time significant affected tear and burst index, while the interaction of ethanol concentration and chip to liquor ratio significant affected to pulp yield. Ethanol by-product was also affected by the interaction among concentration of acid catalyst, pulping temperature and pulping time. Ethanol concentration and pulping time is the strongest affecting factor on the all parameters during the optimization process. An increase in ethanol concentration was always followed by increase pulp yield, reduce kappa number and ethanol by-product, as well as improve of physical properties of pulp sheet . The other hand, the pulping time had reverse effects because prolonged pulping time at low temperatures caused early delignification which generated polysaccharide hydrolysis and solvolysis reaction. Other factors also affected several parameters, i.e. pulping temperature that affected ethanol by-product and brightness, chip to liquor ratio affected pulp yield and burst index and concentration of acid catalyst affected ethanol by-product. The critical points read from canonical analysis results were ethanol concentration of 65%, pulping temperature of 107.5°C, pulping time of 105 minutes, concentration acid catalyst (H2S04) of 1.15% and chip to liquor ratio of 1:5.5. Keywords : Polyalthia longifolia Shonn., ethanol organosolv, ethanol concentration, pulping time, optimal process, critical points

Kata Kunci : Polyalthia longifolia Shonn., etanol-organosolv, konsentrasi etanol, waktu pemasakan