Perpustakaan Digital ITB

Lignin merupakan biopolimer aromatik terbarukan yang tersedia dalam jumlah besar sebagai produk samping industri pulp dan memiliki potensi besar sebagai bahan baku serat berperforma tinggi berbasis biomassa. Namun, pemanfaatan lignin sebagai material pembentuk serat masih menghadapi berbagai kendala, terutama terkait kemurnian, heterogenitas struktur dan berat molekul, serta kemampuan pembentukan serat (spinnability) yang rendah akibat karakteristik lignin yang kompleks dan bercabang. Kondisi tersebut menyebabkan pembentukan serat kontinu dengan sifat mekanik yang tinggi menjadi sulit dicapai. Selain itu, hubungan antara kualitas lignin hasil isolasi, peningkatan spinnability, modifikasi struktur selama pembentukan serat, dan perubahan sifat setelah perlakuan termal masih belum dipahami secara komprehensif. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengembangkan serat berperforma tinggi berbasis lignin dari limbah lindi hitam kraft serta membangun pemahaman antara hubungan struktur bahan baku, sifat, proses, dan performa serat yang dihasilkan. Secara umum, penelitian ini dibagi ke dalam beberapa tahap. Pada tahap pertama, proses isolasi lignin dilakukan menggunakan metode presipitasi asam sitrat dengan variasi pH (pH 2, 3, 4). Kemudian dilakukan proses pemurnian menggunakan air deionisasi (DI) dengan metode pelarutan panas pada berbagai rasio pencucian. Tahap kedua, ekstraksi selulosa bambu apus dilakukan melalui perlakuan alkalisasi menggunakan NaOH 17,5% (w/w) dan bleaching dengan NaOCl berbagai konsentrasi (0,5%, 1%, 1,5%, dan 2% (w/w)). Tahapan isolasi lignin dan ekstraksi selulosa selanjutnya diimplementasikan pada reaktor multifungsional skala bench bervolume 34 L untuk mengevaluasi kemampuan produksi bahan baku skala besar. Pada tahap ketiga, dilakukan pengembangan serat berperforma tinggi berbasis lignin melalui metode wet spinning menggunakan sistem lignin/selulosa dan lignin/polivinil alkohol (PVA) dengan berbagai komposisi. Pada sistem lignin/PVA ditambahkan tahap pasca-spinning dengan hot drawing sederhana. Tahap keempat, dilakukan perlakuan termal berupa stabilisasi bertahap dari temperatur ruang hingga temperatur 240 ? dan karbonisasi bertahap dari temperatur ruang hingga temperatur 1200 ? pada serat terpilih berdasarkan kekuatan tarik tertinggi dan kadar karbon tertinggi. Tahap terakhir berupa optimasi untuk menghasilkan serat berperforma tinggi dengan homogenitas tinggi. Kemurnian lignin secara kuantitatif dilakukan dengan metode Klason lignin (TAPPI T-222), sementara kemurnian ii selulosa ditentukan dengan metode Chesson-Datta. Karakteristik material dievaluasi melalui analisis gugus fungsi dan interaksi antarmolekul menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), identifikasi struktur kimia lignin menggunakan Nuclear Magnetic Resonance (NMR), analisis distribusi berat molekul menggunakan Gel Permeation Chromatography (GPC), penentuan komposisi unsur menggunakan elemental analyzer. Performa serat dievaluasi melalui pengamatan morfologi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), pengujian tarik, carbon yield, dan kadar karbon. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum isolasi lignin dari lindi hitam diperoleh pada pH 2 dan rasio lignin terhadap air DI 1:100, menghasilkan lignin dengan kemurnian 91,69% dan indeks polidispersitas 1,09. Selulosa bambu apus dengan kemurnian 91,37% diperoleh melalui alkalisasi menggunakan NaOH 17,5% yang diikuti bleaching menggunakan NaOCl 1%. Impelementasi penggunaan reaktor multifungsional skala bench menunjukkan reproduktibilitas yang baik dengan peningkatan kapasitas proses hingga 100 kali tanpa menurunkan kualitas lignin maupun selulosa yang dihasilkan. Penambahan selulosa dan PVA sebagai polimer peningkat spinnability terbukti meningkatkan kemampuan pembentukan serat lignin secara signifikan. Pada sistem lignin/selulosa, kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada L50S50, yakni sebesar 310 MPa. Sementara itu, pada sistem lignin/PVA, L40P60 yang diberi perlakuan hot drawing menghasilkan kekuatan tarik tertinggi sekitar 2,80 GPa. Optimasi waktu koagulasi pada sistem L40P60 menghasilkan kondisi optimum pada waktu tinggal 40 detik dengan kekuatan tarik mencapai 3,16 GPa. Serat hasil optimasi koagulasi tersebut belum melalui proses stabilisasi dan karbonisasi. Pada serat yang diberi perlakuan stabilisasi dan karbonisasi, L50S50 menghasilkan kekuatan tarik tertinggi sebesar 1,30 GPa, sedangkan L70P30 menghasilkan carbon yield dan kadar karbon tertinggi masing-masing sebesar 43,26% dan 92,98%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa carbon yield dan kadar karbon yang tinggi tidak secara langsung menghasilkan sifat mekanik tertinggi, karena homogenitas morfologi, kontinuitas struktur, serta minimnya rongga dan cacat internal turut menentukan performa serat setelah karbonisasi. Kebaruan penelitian ini terletak pada pengembangan pendekatan terintegrasi untuk mengonversi lignin hasil isolasi dari lindi hitam kraft menjadi serat berperforma tinggi. Pendekatan yang mengintegrasikan pemurnian lignin, peningkatan kapasitas proses, peningkatan spinnability, pembentukan serat, dan perlakuan termal dalam satu rangkaian penelitian masih sangat terbatas dilaporkan. Penelitian ini juga memperkenalkan pemanfaatan selulosa bambu apus sebagai agen peningkat spinnability pada sistem lignin/selulosa, yang belum pernah dilaporkan sebelumnya untuk aplikasi serat berperforma tinggi berbasis lignin. Kebaruan lainnya adalah penerapan hot drawing sederhana menggunakan media minyak nabati pada sistem lignin/PVA, yang berdasarkan telaah penelitian terdahulu belum pernah dilaporkan dalam pengembangan serat berperforma tinggi berbasis lignin. Sifat tarik tersebut dapat dicapai tanpa memerlukan proses stabilisasi dan karbonisasi pada temperatur tinggi. Penyederhanaan tahapan proses ini menyebabkan kebutuhan energi dalam pembuatan serat berperforma tinggi berbasis lignin menjadi lebih rendah. Selain itu, dikembangkan reaktor multifungsional skala bench yang mampu digunakan untuk pengolahan lignin dan selulosa dalam satu sistem peralatan. Kontribusi ilmiah penelitian ini adalah membangun kerangka hubungan komprehensif antara kualitas bahan baku, proses pembentukan serat, struktur, dan sifat mekanik serat berperforma tinggi berbasis lignin. Kerangka tersebut menunjukkan pentingnya kemampuan pembentukan serat dan homogenitas morfologi dalam menentukan performa akhir serat. Melalui penelitian ini diharapkan limbah lindi hitam industri pulp dan kertas yang semula memberikan dampak negatif pada lingkungan dapat ditingkatkan nilai gunanya menjadi serat berperforma tinggi. Selain itu, hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi bagi Indonesia di bidang ilmu pengetahuan, lingkungan, dan industri, khususnya industri-industri pengguna serat berperforma tinggi sehingga untuk masa yang akan datang Indonesia dapat memenuhi kebutuhan akan serat secara mandiri.