WorksheetsQUIZ KIMIA KAYU
Total questions: 10
Worksheet time: 5mins
Sebuah pabrik pulp mempertimbangkan dua bahan baku: Acacia (fast-growing, composition: selulosa 48%, hemiselulosa 27%, lignin 25%) dan Pinus (softwood, composition: selulosa 42%, hemiselulosa 22%, lignin 36%, resin tinggi). Target pabrik adalah pulp kraft kuat untuk kertas kraft liner dengan minim masalah pitch. Bahan baku manakah yang lebih cocok dan mengapa?
Pinus, karena lignin lebih tinggi sehingga pulp lebih tahan terhadap degradasi biologis.
Acacia, karena selulosa lebih tinggi dan resin lebih rendah sehingga risiko pitch lebih kecil.
Pinus, karena resin membantu memperbaiki sifat tahan air kertas.
Acacia, karena hemiselulosa yang lebih tinggi selalu menambah kekuatan kertas.
Keduanya sama, hanya perlu menambah bahan kimia pitch control.
Dua contoh kayu memiliki komposisi kimia sebagai berikut (persen berat):
Kayu A: Selulosa 45%, Hemiselulosa 25%, Lignin 30%
Kayu B: Selulosa 55%, Hemiselulosa 20%, Lignin 25%
Dari sudut pandang kekuatan tarik/ketahanan tarik (tensile strength) serat untuk aplikasi kertas teknis, manakah pernyataan yang paling tepat?
Kayu A akan memberikan kertas dengan kekuatan tarik lebih besar karena lignin yang lebih tinggi memperkuat struktur.
Kayu B akan memberikan kertas dengan kekuatan tarik lebih besar karena selulosa lebih banyak dan hemiselulosa lebih sedikit.
Keduanya sama karena kontribusi mekanik ditentukan hanya oleh DP selulosa, bukan komposisi relatif.
Kayu A lebih baik karena hemiselulosa meningkatkan ikatan antarfiber sehingga meningkatkan kekuatan tarik.
Kayu B lebih buruk karena ligninnya lebih rendah sehingga kertas menjadi rapuh.
Di sebuah pabrik pulp, percobaan menunjukkan bahwa ketika residu lignin dalam pulp naik dari 2% menjadi 6% (setelah tahap pencucian kurang optimal), konsumsi kimia pemutih (sebagai ClO₂ setara) meningkat dari 10 kg/t pulp menjadi 22 kg/t pulp. Analisis paling tepat atas hubungan ini adalah:
Residual lignin meningkatkan konsumsi pemutih karena lignin bereaksi mudah dengan bahan pemutih → membutuhkan lebih banyak bahan pemutih.
Peningkatan pemutih terjadi karena hemiselulosa meningkat dan bereaksi dengan agen pemutih.
Konsumsi pemutih tidak terkait dengan lignin; kenaikan disebabkan oleh kesalahan analisis.
Peningkatan lignin membuat pulp lebih bersih sehingga membutuhkan lebih banyak pemutih untuk menjaga struktur.
Lignin menghalangi penetrasi pemutih sehingga lebih banyak yang dibutuhkan.
Dua pulps dihasilkan dari proses berbeda: Pulp X dibuat dari kayu dengan DP selulosa tinggi (DP ≈ 2500) dan Pulp Y dengan DP rendah (DP ≈ 400). Untuk produk yang melalui proses daur ulang berulang (beberapa kali repulping), manakah yang akan mempertahankan kekuatan tensile lebih baik setelah 3 kali daur ulang? Jelaskan.
Pulp Y, karena DP rendah membuat serat lebih fleksibel sehingga tahan pengulangan.
Pulp X, karena DP tinggi menyediakan cadangan panjang rantai yang memungkinkan kekuatan dipertahankan meskipun sebagian depolimerisasi terjadi.
Keduanya sama, karena proses daur ulang merusak semua serat hingga ukuran kritis.
Pulp Y lebih baik karena hemiselulosa pada X meningkatkan degradasi.
Tidak dapat disimpulkan tanpa data kandungan lignin.
Mercerization (perlakuan alkali kuat pada kapas) sering meningkatkan daya serap air kapas. Manakah penjelasan struktural yang paling tepat mengapa mercerization meningkatkan kemampuan menyerap air?
Alkali memutus semua ikatan glikosidik sehingga rantai menjadi sangat pendek dan menyerap air.
Alkali mengubah selulosa I menjadi selulosa II, menurunkan kristalinitas relatif dan meningkatkan aksesibilitas gugus –OH → meningkatkan swelling dan sorpsi air.
Alkali menambahkan gugus asetil ke selulosa sehingga lebih hidrofilik.
Alkali menghilangkan semua hemiselulosa sehingga kapas lebih murni.
Mercerization membentuk ikatan silang yang menahan air pada jaringan.
Dua batch pulp diuji: Batch 1 DP rata-rata selulosa ≈ 1200; Batch 2 DP ≈ 450. Kedua batch diberi perlakuan refining sama. Hasil uji menunjukkan Batch 1 membutuhkan lebih sedikit perbandingan pulp:fillers untuk mencapai kekuatan target dibanding Batch 2. Mengapa demikian?
Batch 1 memiliki selulosa yang lebih panjang sehingga membentuk jaringan ikatan antar serat lebih efektif → kekuatan lebih tinggi sehingga memerlukan filler lebih sedikit.
Batch 2 lebih fleksibel sehingga membutuhkan lebih sedikit filler.
DP tidak mempengaruhi kekuatan, perbedaan karena pH proses.
Batch 1 mengandung lebih banyak lignin sehingga meningkatkan kekuatan.
Batch 2 memiliki hemiselulosa lebih banyak yang meningkatkan kebutuhan filler.
Pabrik A menggunakan hardwood (xilan dominan) sedangkan Pabrik B menggunakan softwood (glucomannan dominan). Setelah proses kraft yang sama, Pabrik A menunjukkan drainage (permeabilitas pulp) lebih cepat daripada Pabrik B. Manakah penjelasan paling konsisten?
Xilan pada hardwood lebih bercabang sehingga menahan air lebih banyak → seharusnya memperlambat drainage (kontradiksi).
Glucomannan pada softwood bersifat lebih hidrofilik dan cenderung meningkatkan water retention sehingga memperlambat drainage di Pabrik B.
Perbedaan drainage disebabkan oleh ukuran chip saja, bukan hemiselulosa.
Hardwood selalu menghasilkan pulp lebih berat sehingga drainage lebih cepat.
Fenomena ini tidak mungkin secara kimiawi.
Hemiselulosa umumnya lebih mudah larut dibanding selulosa. Dari struktur sub-mikroskopis, fitur manakah yang paling bertanggung jawab atas kemudahan larutnya hemiselulosa?
Rantai panjang linier tanpa cabang yang membentuk kristal.
Rantai pendek bercabang dan adanya substituen (mis. gugus asetil, asam uronat) → menurunkan keteraturan dan meningkatkan aksesibilitas air/reagen.
Keterikatan kovalen kuat antar rantai yang membuatnya mudah larut.
Kehadiran lignin yang melindungi hemiselulosa dari pelarut.
Ikatan glikosidik α-(1,4) yang membuatnya tidak reaktif.
Sebuah pabrik ingin memaksimalkan produksi furfural dari limbah hemiselulosa berbasis xylan (bagasse). Mereka mempertimbangkan dua pretreatment skenario: (I) Steam explosion diikuti dehidrasi, atau (II) Hidrolisis asam encer (dilute H₂SO₄) pada suhu terkendali diikuti oleh dehidrasi. Untuk memaksimalkan hasil furfural (yang berasal dari pentosa), strategi yang paling logis adalah:
Pilih (I) steam explosion karena lebih ramah lingkungan dan selalu menghasilkan lebih banyak pentosa.
Pilih (II) hidrolisis asam encer karena lebih efektif memecah xylan menjadi pentosa terlarut yang dapat diubah menjadi furfural.
Lakukan hanya alkali ekstraksi karena itu menghasilkan furfural langsung.
Steam explosion diikuti alkali ekstraksi untuk furfural maksimal.
Metode tidak relevan; pentosa selalu sama jumlahnya.
Dalam percobaan pemurnian serat untuk tujuan pembuatan selulosa murni, dua metode dibandingkan: NaOH ekstraksi(alkali) vs asam encer hidrolisis. Hasil menunjukkan setelah pemrosesan, fraksi selulosa relatif lebih tinggi pada sampel yang diproses dengan NaOH dibanding dengan asam. Alasan analitis paling tepat adalah:
NaOH secara selektif melarutkan hemiselulosa tanpa menurunkan DP selulosa besar, sehingga meningkatkan kemurnian selulosa.
Asam memperkuat selulosa sehingga lebih sukar diukur.
NaOH mengoksidasi lignin sehingga terlihat lebih selulosa.
Asam mengubah selulosa menjadi hemiselulosa.
NaOH menambah gugus hidroksil sehingga tampak lebih selulosa.
