POTENSI SERAT DAN PULP BAMBU UNTUK KOMPOSIT PEREDAM SUARA

Dewasa   ini   produk   berbahan   baku   kayu   mengalami  kendala,  karena  ketersediaan  bahan baku yang semakin terbatas. Bahan baku alternatif non kayu banyak pilihannya, antara lain bambu. Serat  bambu  adalah  serat  panjang  dengan  masa  tanam yang cukup singkat dibandingkan dengan kayu,  yaitu  sekitar  3-5  tahun.  Bambu  banyak    digunakan   sebagai   bahan   bangunan   rumah, peralatan  rumah  tangga,  dan  lain-lain  dan  juga pulp kertas serta komposit (Tampobolon, 2010). 

Komposit adalah bahan yang terbentuk  apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabungkan,  misalnya  resin/plastik  dan  bahan  penguat berupa serat/anyaman atau lainnya (Pramono, 2012; Chen dkk., 2007; Setyanto dkk., 2011; Mazumdar, 2002). Produk komposit menghasilkan antara lain tekstil teknik, yaitu tekstil yang dibuat untuk fungsi tertentu, dengan lebih mengutamakan  sifat-sifat  teknik  maupun  unjuk  kerjanya  daripada  menampilkan karakteristik estetika dan dekoratif.  Bahan bakunya antara lain logam, mineral (asbes, serat gelas /karbon),   serat alam/sintetik.   Salah   satu   kelompok  tekstil  teknik  adalah  tekstil bangunan  yang   termasuk di  dalamnya   adalah   bahan   konstruksi dan arsitektural seperti penguat beton, konstruksi  atap,  peredam  suara,  dan  lain-lain  (Eriningsih dkk., 2011).

Suara yang keras dapat berdampak psikologis dan biologis pada manusia, antara lain menurunnya kenyamanan dan konsentrasi, stres pada sistem kerja jantung, peredaran darah atau pada sistem sirkulasi udara/pernapasan, dan mengganggu komunikasi verbal, bahkan dapat menyebabkan berkurangnya kemampuan pendengaran secara temporer, atau rusaknya indera pendengaran secara permanen (Khuriati dkk., 2006; Beranek dkk., 1992; Merve dkk.,2010).

Untuk mengendalikan kebisingan tersebut, maka perlu memanfaatkan bahan peredam suara yang dapat menyerap energi suara dari suatu sumber suara (Khuriati dkk., 2006; Miasa dkk., 2004; Sabri, 2005). Bahan tersebut pada umumnya dapat diletakkan pada lantai, dinding atau langit-langit ruangan.

Fungsi serat secara umum pada komposi adalah untuk memperkuat, sehingga akan diperoleh produk yang lebih kuat dan kokoh. Selain itu juga untuk mengurangi pemakaian resin (Judawisastra dkk., 2006; Mazumdar, 2002; Eriningsih dkk., 2011; Tampobolon, 2010). Serat alam pada umumnya memiliki kemampuan menyerap suara khususnya dalam mengendalikan kebisingan, karena mempunyai sifat porositas dan struktur amorf yang lebih tinggi dibandingkan serat sintetik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa serat kelapa dan rami dapat menyerap suara dengan baik pada frekuensi tinggi (Khuriati dkk., 2006; Franck, 2005; Merve dkk., 2010).

Berbagai macam bahan telah digunakan untuk bahan baku komposit dalam upaya mendapatkan bahan yang tepat guna. Pulp atau serat bambu sampai saat ini belum secara optimal digunakan sebagai substitusi serat sintetis, material gelas, plastik, logam atau bahan konvensional lainnya; yang umum digunakan untuk pembuatan berbagai produk oleh industri. Selain itu, komposit dengan penguat serat bambu, seperti juga komposit berbahan dasar serat alam diharapkan memiliki karakteristik yang lebih baik, yaitu mudah didapat, lebih murah, lebih ringan, ramah lingkungan dan dapat mengurangi penggunaan serat sintetis dan resin.

Oleh karenanya telah dilakukan penelitian terhadap tiga jenis bambu endemik Jawa Barat, yaitu bambu Tali (G. apus ), bambu Temen (G. pseudoarundinacea ) dan bambu Haur/Ampel hijau (B. vulgaris v. green ) agar dapat diketahui karakteristik dari pulp dan serat bambu yang nantinya dapat digunakan sebagai bahan baku komposit. Penelitian awal ini difokuskan untuk mendapatkan metode pembuatan pulp dan serat dari beberapa jenis bambu untuk kemudian dipilih jenis bambu dengan penggunaan bahan kimia minimal. Selanjutnya, pulp dan serat bambu dari bambu yang terpilih diuji coba sebagai bahan baku komposit untuk produk peredam suara. 

 Gambar  1.a. Morfologi Serat Bambu

Gambar 1.b. Morfologi Serat Bambu

 Gambar 2.a. Komponen Kimia Serat Bambu

 

Gambar  2.b. Komponen Kimia Serat Bambu

Tabel 1. Besaran Nilai Turunan Dimensi Serat Bambu

 

Tabel 2. Penetapan Skor Dimensi Serat dan Nilai Turunannya pada 3 Jenis Bambu untuk

Penentuan Klasifikasi Seratnya

Dimensi Serat       

Dimensi serat merupakan salah satu sifat penting bahan baku yang dapat digunakan sebagai dasar memilih bahan baku untuk produksi pulp dan kertas. Dari Tabel diketahui bahwa panjang serat bambu secara umum di atas 3 milimeter. Menurut klasifikasi IAWA, Serat bambu termasuk kelas serat panjang, yaitu minimal 1,9 mm (Khakifirooz, dkk., 2013).

Menurut Tamolang dan Wangaard (1961), bahwa semakin panjang serat kayu maka pulp yang dihasilkan memiliki kekuatan yang tinggi. Hal ini disebabkan serat panjang memberikan bidang persentuhan yang lebih luas dan anyaman lebih baik antara satu serat dengan lainnya, yang memungkinkan lebih banyak terjadi ikatan hidrogen antar serat-serat tersebut. Lebih lanjut, pulp serat panjang lebih sulit lolos saringan, sehingga lebih mudah dicuci. Panjang serat mempengaruhi sifat-sifat tertentu pulp dan kertas, termasuk ketahanan sobek, kekuatan tarik dan daya lipat.  

Diameter serat bambu Haur lebih kecil dari bambu Temen dan bambu Tali. Demikian pula diameter lumen bambu Haur lebih kecil dari bambu Temen dan bambu Tali. Tebal dinding serat bambu Haur sebesar 4,60 µm lebih tipis daripada bambu Tali yaitu 5,96 µm dan bambu Temen yaitu 6,08 µm. Serat yang berdinding tipis mengakibatkan serat tersebut mudah pipih sehingga menghasilkan lembaran pulp dan kertas yang lebih padat dan ketahanan retak lebih baik dibandingkan dengan serat berdinding tebal. Sebaliknya, serat berdinding tebal menghasilkan lembaran yang mempunyai kekuatan ketahanan sobek yang tinggi, tetapi ketahanan retaknya rendah. Untuk memperoleh ketahanan retak dan sobek yang tinggi, serat yang berdinding tebal perlu dicampur dengan serat yang panjang dan berdinding tipis (Syafii dan Siregar, 2006; Fitriasari dan Hermiati, 2008)

Selain panjang serat, persyaratan serat untuk bahan baku pulp dan kertas juga ditentukan oleh nilai turunan dimensi serat. Nilai turunan dimensi serat (bilangan Runkel, perbandingan Muhlsteph, fleksibilitas, koefisien kekakuan) dan nilai kelas serat untuk serat bambu dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1 menunjukkan bahwa bilangan Runkel untuk bambu Tali adalah 0,87 lebih besar dari bambu Haur dan bambu Tali. Bilangan Runkel adalah perbandingan 2 kali tebal dinding sel dengan diameter lumen. Berarti bilangan Runkel berbanding lurus dengan tebal dinding sel dan berbanding terbalik dengan diameter lumen. Menurut Anonim (1976) bilangan Runkel yang kecil atau sama 0,25 termasuk kelas I, ketiga jenis bambu termasuk ke dalam kelas III. Bahan baku untuk pembuatan pulp serat yang baik yaitu memiliki bilangan Runkel kecil atau sama dengan 0,25 karena memiliki dinding sel yang tipis dan diameter lumen lebar sehingga serat dalam lembaran pulp dapat pipih seluruhnya dan ikatan antar serat baik (Syafii dan Siregar, 2006; Fitriasari dan Hermiati, 2008).

Anonim (1976), maka dari ketiga bambu tersebut termasuk ke dalam kelas perbandingan Muhlsteph Kelas III, dengan perbandingan Muhlsteph 60-80. Besarnya perbandingan Muhlstep berpengaruh terhadap kerapatan lembaran pulp yang pada akhirnya berpengaruh pula pada kekuatan pulp yang dihasilkan. Semakin kecil perbandingan Muhlsteph maka kerapatan lembaran pulp yang dihasilkan akan semakin tinggi dengan sifat kekuatan tinggi pula. Sebaliknya, perbandingan Muhlsteph yang tinggi menghasilkan lembaran pulp dengan kerapatan yang rendah dan kekuatan rendah pula.

Koefisien kekakuan ketiga jenis bambu berkisar antara 0,22-0,23 (Tabel 1). Nilai koefisien kekakuan adalah perbandingan tebal dinding sel dengan diameter serat. Perbandingan ini menunjukkan korelasi negatif terhadap kekuatan panjang putus (kekuatan tarik), artinya semakin tinggi koefisien kekakuan maka semakin rendah kekuatan tarik dari kertas tersebut. Sebaliknya semakin rendah koefisien kekakuan maka semakin tinggi kekuatan tarik kertas bersangakutan. Maka untuk pembuatan pulp sebaiknya mempunyai nilai koefisien kekakuan yang rendah (Syafii dan Siregar, 2006). Kekakuan ketiga jenis bambu masuk ke dalam kelas IV. Perbandingan fleksibilitas dari ketiga jenis bambu adalah 0,54 sampai 0,56 (Tabel 1) sehingga masuk ke dalam kelas III. Perbandingan fleksibilitas adalah perbandingan diameter lumen dengan diameter serat, dimana perbandingan tersebut mempunyai hubungan parabolis dengan kekuatan tarik, artinya serat dengan perbandingan fleksibilitas tinggi berarti serat tersebut mempunyai tebal dinding yang tipis dan mudah berubah bentuk. Kemampuan berubah bentuk ini menyebabkan persinggungan antara permukaan serat lebih leluasa sehingga terjadi ikatan serat yang lebih baik dan akan menghasilkan lembaran pulp dengan kekuatan baik (Syafii dan Siregar, 2006; Fitriasari dan Hermiati, 2008).

Jumlah nilai panjang serat dengan nilai turunan dimensi serat menghasilkan nilai kualitas serat untuk ketiga jenis bambu tersebut berdasarkan Tabel 2, menurut klasifikasi dari Anonim (1976) termasuk ke dalam kelas II. Dari data tersebut maka ketiga jenis bambu tersebut dapat diinformasikan mempunyai potensi untuk menghasilkan pulp yang baik.

Adapun dari Gambar 1 dan 2 dan dari hasil evaluasi terhadap dimensi serat diketahui bahwa ketiga jenis bambu tersebut merupakan serat panjang yang berpotensi untuk menghasilkan pulp yang baik. Hasil analisis komponen kimia serat memperlihatkan bahwa serat yang digunakan mengandung lignin sekitar 21% - 23%, selulosa alfa 44% - 53% dan hemiselulosa 21% - 23%. Kadar lignin dan ekstraktif dari bambu Tali relatif lebih rendah dari kedua bambu lainnya.  Sedangkan untuk kadar selulosa, bambu Temen memiliki kadar tertinggi, sedangkan bambu Haur yang terendah.

Pulp Bambu
Proses pemasakan dilakukan dengan proses kraft dengan rasio 1:5, pada suhu 165 C selama 2 jam, dan dengan memvariasikan konsentrasi alkali aktif dan sulfiditas, dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh variasi proses tersebut terhadap bilangan Kappa dan yield dari pulp bambu tersebut. Adapun hasil analisis terhadap pulp bambu disajikan pada Gambar 3 dan Gambar 4. 

 

 Gambar  3. Pengaruh  Alkali Aktif dan Sulfiditas terhadap Bilangan Kappa

 

Gambar  4. Pengaruh Alkali Aktif dan Sulfiditas terhadap Rendemen

Gambar 3 menunjukkan bahwa variasi kondisi proses pemasakan bambu Tali menghasilkan bilangan Kappa yang lebih rendah dibandingkan dengan bambu Temen dan Haur. Hal tersebut kemungkinan besar disebabkan karena kadar lignin dan ekstraktif dari bambu Tali adalah yang paling rendah. Adapun dari Gambar 4 diketahui bahwa rendemen (total yield) dari bambu Temen adalah relatif lebih tinggi dibanding dengan bambu Tali dan Haur. Hal tersebut kemungkinan besar disebabkan karena kadar selulosa alfa dari bambu Temen adalah yang paling tinggi daripada bambu Tali dan Haur. Pada pembuatan komposit, kandungan lignin dalam serat alam yang berfungsi sebagai penguat masih diperlukan, sehubungan dengan sifatnya sebagai perekat, sehingga serat tidak mudah putus/regas atau kekuatan tariknya sangat rendah, begitu halnya untuk pulp bambu. Oleh karena itu, percobaan dilanjutkan untuk memperoleh pulp dengan kadar lignin sekitar 5% (bilangan Kappa sekitar 30), dengan menggunakan konsentrasi alkali aktif dan sulfiditas yang berbeda-beda, berdasarkan hasil pemasakan tersebut di atas. Adapun hasil ujinya disajikan pada Gambar 5 sampai dengan 7. 

 Gambar  5. Hasil Pemasakan untuk Mendapatkan Bilangan Kappa sekitar 30  

 

 Gambar 6. Morfologi Pulp pada Bilangan Kappa sekitar 30   

 

Gambar 7.a. Komponen Kimia Pulp pada Bilangan Kappa sekitar 30

 

Gambar 7.b. Komponen Kimia Pulp pada Bilangan Kappa sekitar 30     

Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk menghasilkan pulp dengan kandungan lignin sekitar 5% atau bilangan Kappa sekitar 30, maka diperlukan alkali aktif dan sulfiditas dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Pemasakan bambu Tali, Temen dan Haur  memerlukan alkali aktif dan sulfiditas berturut-turut yaitu, 16% dan  25%,  18% dan  25% serta 22% dan 32%. Dengan demikian diketahui bahwa bambu Tali memerlukan konsentrasi zat kimia yang paling rendah, sedangkan bambu Temen dan terutama bambu Haur memerlukan alkali aktif dan sulfiditas yang relatif lebih tinggi. Hal ini  kemungkinan besar disebabkan oleh kadar lignin dan ekstraktif dari bambu Tali adalah yang paling rendah. Penggunaan bahan kimia yang lebih tinggi pada pemasakan bambu Haur disebabkan karena beberapa hal, antara lain kandungan abu, ekstraktif dan lignin.

Dari Gambar 5 diketahui bahwa pada kondisi pemasakan seperti di atas akan dihasilkan pulp dengan lignin dan rendemen berkisar antara 30,43% – 32,71% dan 44,13% – 53,82%. Dari Gambar tersebut diketahui pula bahwa kualitas pulp bambu Tali relatif lebih baik dari kedua bambu lainnya.  Dari Gambar  6 dan 7  diketahui bahwa, pada kondisi tersebut dihasilkan pulp dengan panjang serat antara 2 mm - 2,3 mm, diameter 18,9 µm - 20,8 µm dan fines antara 5,1% – 6,65%, sedangkan kadar lignin sekitar 4,21% – 4,89%; selulosa alfa 83,86% - 84,82%; dan hemiselulosa antara 14,07% - 15,59%.

Oleh karena proses pemasakan bambu Tali memerlukan konsentrasi bahan kimia yang paling rendah, maka bambu tersebut dipilih untuk menjadi bahan penguat komposit dengan mencampurkannya dengan suatu resin.