Kertas Karton Kemasan Aktif Berlapis Kitosan dari Pulp Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Serat Daun Nanas

Abstract

Kapasitas produksi kertas kemasan, salah satunya kertas karton, secara global meningkat pada tahun 2020-2025, tetapi penanaman kayu sebagai bahan bakunya justru menurun. Hal tersebut mendorong dilakukannya pengembangan pembuatan kertas karton menggunakan bahan baku alternatif. Pembuatan kertas karton dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dan serat daun nanas potensial dikembangkan di Indonesia. Penggunaan lapisan kitosan pada permukaan kertas berfungsi meningkatkan sifat hidrofobik dan penghalang kertas terhadap uap air untuk meningkatkan umur simpan produk. Oleh karena itu perlu dilakukan optimasi pembuatan kertas karton dari pulp TKKS dan serat daun nanas dengan lapisan kitosan untuk menghasilkan kertas dengan indeks tarik dan sobek tinggi serta sifat hidrofobik dan penghalang optimum. Penelitian ini bertujuan mengobservasi kemungkinan pembuatan dan karakterisasi kertas karton kemasan aktif ramah lingkungan dari pulp TKKS dan serat daun nanas dengan lapisan kitosan. Penelitian ini memiliki tujuan khusus yaitu mengetahui peran dimensi dan turunan dimensi serat pulp TKKS dan serat daun nanas terhadap karakter kertas yang dihasilkan. Identifikasi indeks tarik, indeks sobek, dan daya serap air dilakukan untuk mengetahui karakteristik kertas karton kemasan aktif yang dihasilkan. Optimasi pembuatan kertas karton kemasan aktif dari pulp TKKS dan serat daun nanas juga dilakukan untuk mengetahui formula pembuatan kertas karton kemasan aktif yang optimum. Pengamatan terhadap sudut kontak dan keterbasahan dilakukan untuk mengetahui sifat hidrofobik kertas. Selain itu, pengamatan terhadap morfologi permukaan, gugus fungsi, dan sifat penghalang kertas dilakukan untuk mengetahui pengaruh pemberian lapisan kitosan pada kertas karton kemasan aktif optimum. Teknologi ramah lingkungan, yaitu pembuatan pulp sodium carbonate, digunakan untuk menyiapkan pulp sebelum produksi kertas karton. Formula pembuatan kertas karton kemasan aktif dibuat dengan mengombinasikan faktor perlakuan fraksi TKKS, gramatur kertas, dan berat labur kitosan. Formula tersebut dirancang dengan metode permukaan respon (response surface methodology/RSM) dengan model central composite design (CCD). Pembuatan kertas karton dilakukan dengan mencampurkan pulp TKKS dan serat daun nanas, kemudian lembaran kertas dibentuk menggunakan handsheet former. Larutan kitosan diaplikasikan pada permukaan kertas karton dengan metode pelaburan secara bertahap. Pulp TKKS dan serat daun nanas memiliki dimensi dan turunan dimensi serat pada kelas 2. Berdasarkan data tersebut, penggunaan pulp TKKS meningkatkan indeks tarik kertas, sedangkan pulp serat daun nanas meningkatkan indeks tarik dan sobek kertas. Kertas karton kemasan aktif pada penelitian ini memiliki indeks tarik dan indeks sobek tertinggi serta daya serap air terendah masing-masing pada 12,46 Nm/g, 22,38 mNm²/g, dan 82,49 g/m². Formula pembuatan kertas karton kemasan aktif TKKS dan daun nanas optimum diperoleh pada fraksi pulp TKKS 61,9%, gramatur kertas 350 g/m², dan berat labur kitosan 7 g/m², yang mempunyai indeks tarik (9,37 Nm/g) dan indeks sobek yang tinggi (13,30 mNm²/g). Kertas karton kemasan aktif yang dihasilkan pada penelitian ini bersifat hidrofobik. Pemberian lapisan kitosan pada kertas formula optimum mengisi rongga-rongga kosong antar serat di permukaan kertas. Interaksi antara pelapis kitosan dengan serat kertas membentuk ikatan fisik berupa ikatan hidrogen., pelapisan kitosan berhasil menghadiran sifat penghalang uap air pada kertas berdasarkan penurunan nilai transmisi uap air (water vapor transmission rate/WVTR) dan permeabilitas uap air (water vapor permeability/WVP) kertas menjadi 1373,03 g/(m².24jam) dan 255,2x10¯¹¹ g.m/m².Pa.s.

The global production capacity for packaging paper, including paperboard, increased during 2020-2025, while the cultivation of wood as a raw material declined. This trend has driven the development of paperboard production using alternative raw materials. In Indonesia, the production of paperboard from oil palm empty fruit bunches (OPEFB) and pineapple leaf fibers holds significant potential. The application of a chitosan coating on the paper surface enhances its hydrophobicity and serves as a moisture barrier, thereby extending the product's shelf life. Therefore, it is essential to optimize the production of paperboard from OPEFB pulp and pineapple leaf fibers with a chitosan coating to achieve high tensile and tear indices, as well as optimal hydrophobic and barrier properties. This study aims to explore the feasibility and characterization of eco-friendly active packaging paperboard made from OPEFB pulp and pineapple leaf fibers with a chitosan coating. The specific objectives include understanding the role of fiber dimensions and their derived parameters in OPEFB pulp and pineapple leaf fibers in determining the characteristics of the resulting paper. The tensile index, tear index, and water absorption capacity are measured to characterize the active packaging paperboard. Additionally, optimization of the active packaging paperboard production process from OPEFB pulp and pineapple leaf fibers is conducted to determine the optimal formulation. Contact angle and wettability observations are performed to assess the paper's hydrophobic properties. Furthermore, surface morphology, functional groups, and barrier properties of the paper are examined to understand the effect of chitosan coating on the optimal active packaging paperboard. An environmentally friendly technology, namely sodium carbonate pulping, is employed to prepare the pulp before paperboard production. The active packaging paperboard formulation is developed by optimizing the variables of OPEFB pulp fraction, paper grammage, and chitosan coating weight. The formulation is designed using the response surface methodology (RSM) with a central composite design (CCD) model. The paperboard is produced by mixing OPEFB pulp and pineapple leaf fibers, followed by sheet formation using a handsheet former. Chitosan solution is applied to the paperboard surface through a gradual coating process. OPEFB pulp and pineapple leaf fibers exhibit fiber dimensions and dimensional derivatives in the second class. Based on these data, the use of OPEFB pulp increases the tensile index of the paper, while pineapple leaf pulp enhances both the tensile and tear indices. The active packaging paperboard produced in this study demonstrated the highest tensile index, tear index, and the lowest water absorption, at 12,46 Nm/g, 22,38 mNm²/g, and 82,49 g/m², respectively. The optimal formulation of active packaging paperboard from OPEFB and pineapple leaves was obtained with an OPEFB pulp fraction of 61,9%, paper grammage of 350 g/m², and chitosan coating weight of 7 g/m², resulting in a high tensile index (9,37 Nm/g) and tear index (13,30 mNm²/g). The active packaging paperboard produced in this study is hydrophobic. The application of the chitosan coating on the optimal paper formula fills the voids between the fibers on the paper surface. The interaction between the chitosan coating and the paper fibers forms physical bonds in the form of hydrogen bonds. The chitosan coating successfully imparts water vapor barrier properties to the paper, as indicated by the reduction in water vapor transmission rate (WVTR) and water vapor permeability (WVP) values to 1373,03 g/(m²·24h) and 255,2×10¯¹¹ g·m/m²·Pa·s, respectively.