Dalam stock sangat encer (<1% solids), hanya sebagian fines (partikel serat halus) dan filler (mineral seperti CaCO₃) yang tertangkap pada wire; sisanya lari ke white water. Retention aid—biasanya polimer kationik bermassa molekul tinggi seperti polyacrylamide (PAM), polyamine, dan polimer alami seperti pati kationik—menetralkan muatan permukaan dan “menjembatani” partikel kecil ke serat, memicu flokulasi yang menaikkan retensi, menurunkan kehilangan bahan, dan memudahkan dewatering (www.mdpi.com).

Satu tinjauan menyimpulkan, penambahan polimer retensi kationik membuat fine fraction teraglomerasi dan teradsorpsi pada serat, sehingga “increased retention of the fine fraction, reduced losses of pulp components, [and] improved pulp dewatering (higher efficiency and lower energy requirements)” (www.mdpi.com).

Taruhannya besar. Produksi kertas global setara ~400 juta ton metrik per tahun; filler 8–15% berarti puluhan juta ton mineral ditambahkan saban tahun. Kenaikan retensi filler 1 poin persentase saja menghemat ~300–600 kt/tahun secara global—dampak ekonomi signifikan (bioresources.cnr.ncsu.edu).

Peran retention aid dan mekanisme

Retention aid adalah wet-end additives yang mengikat fines/filler ke mat serat, mempercepat dewatering. Mekanismenya: polielektrolit kationik bermassa molekul tinggi, bermuatan rendah–sedang (mis. 5–20 juta Da; 5–15% muatan untuk PAM kationik) bertindak sebagai bridging flocculant; koagulan bermuatan sangat tinggi—pati kationik, polyDADMAC, resin polyamine, alum/PAC—menggumpalkan koloid (www.mdpi.com).

Dalam praktik, pabrik kerap mengkategorikan bahan ini sebagai flocculants dan coagulants untuk pengelompokan teknis dan penanganan di lapangan.

Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia

Sistem drainage aid dan microparticle

Drainage aid mempercepat pelepasan air (gravitasi dan vakum). Skema yang lazim adalah dual additives: koagulan bermuatan tinggi dengan massa molekul rendah untuk netralisasi koloid, diikuti polimer kationik bermassa molekul tinggi yang membangun flok lebih kasar namun tetap porus (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).

Itu inti “microparticle retention system”: dibanding single-additive lama, terutama pada papermaking modern berkecepatan tinggi (alkaline), sistem ini “provide outstanding retention of wet-end chemicals, fine fibers, and fillers” sekaligus “decreasing the concentration of white water and boosting the speed of the paper machine” (www.mdpi.com).

Secara operasional, partikel bentonit halus atau silica koloid menempel pada flok dan “membuka” kanal air, membuat sheet lebih cepat drain di wire; efek lanjutannya: lebih sedikit sheet breaks dan felt fillings, dan lebih rendah energi vakum/pressing.

Key benefits (dengan data)

• Improved retention: Studi laboratorium menunjukkan sistem cationic polyacrylamide (PAM) bercabang + bentonite memberi first-pass retention (FPR) dan ash (filler) retention yang jauh lebih baik dibanding sistem PAM linear konvensional (www.researchgate.net). Secara praktis, retention aid komersial bisa memangkas kekeruhan whitewater (proxy kehilangan fines) ~50–70%. Contoh: komposit silica–polymer pada ~1–2 lb/ton menghasilkan penurunan kekeruhan 50–69% (fines di effluent) vs ~38–53% dengan silica biasa pada dosis sama (data.epo.org). Artinya, klaritas filtrat meningkat 15–20 poin persentase dari baseline—lebih sedikit filler hilang. Data lab juga menunjukkan filler retention naik seiring dosis polimer hingga ≈400 g/ton (0.04%) sebelum mendatar (www.researchgate.net). Pergeseran dari 60% menjadi 80% FPR bisa mengurangi separuh solids di white water—waste bahan baku dan beban wastewater turun drastis.

• Improved drainage: Microwave dan jar tests rutin menunjukkan sistem microparticle memendekkan waktu drainase secara drastis. Pada contoh di atas, sistem polimer bercabang tidak hanya menaikkan filler retention, tetapi juga drain lebih cepat daripada sistem lama (www.researchgate.net). Papermaker melaporkan optimasi retention/drainage aid sering memungkinkan kenaikan kecepatan mesin 5–15% atau basis weight lebih tinggi pada tekanan drain sama—tergantung furnish—karena sheet keluar lebih kering di couch.

• Yield dan cost savings: Dengan menangkap fines/filler di sheet, retention aid langsung menurunkan konsumsi serat dan filler. Contoh: menaikkan retention pada furnish CaCO₃ 8% sebesar 5 poin persentase dapat menghemat 0,4 kg filler per kg kertas. Dewatering yang lebih baik berarti lebih sedikit steam dan listrik untuk drying. Secara lingkungan, retensi lebih tinggi dan drainase lebih baik menurunkan TSS/COD di effluent, memudahkan kepatuhan. Dalam praktik, banyak mill modern menjalankan closed whitewater loops—retention aid yang menjaga solids tetap di loop menurunkan makeup water dan beban effluent.

Polimer khusus dan sistem microparticle

Kategori utama: polielektrolit kationik (polyacrylamide atau polyamine; densitas muatan <10% sampai ~50% amina kuaterner) sebagai “workhorse”; koagulan bermuatan tinggi (pati kationik, polyDADMAC atau resin polyamine, alum/PAC) untuk kondensasi fines menjadi mikroflok; dan microparticle (silica koloid/bentonite) yang menyempurnakan struktur flok agar porus (www.mdpi.com).

Dalam konteks koagulan anorganik yang disebutkan, PAC dapat diadopsi sebagai opsi berbasis aluminium, sejalan dengan praktik seperti PAC di pengolahan air industri.

Inti desain dual-additive ini lahir karena “good retention of fine fraction does not go hand in hand with desired dewatering”—flok besar murni cenderung menghambat aliran, sehingga langkah microparticle “membuka” flok bagi air (www.mdpi.com).

Studi baru mengonfirmasi pendekatan ini: polimer kationik bercabang (star/comb-shaped) memberi titik ikat banyak dan flok tangguh; sistem branched CPAM + bentonite memperbaiki semua metrik—FPR, ash retention, dan drainage—dibanding sistem PAM linear/microparticle, sekaligus kurang sensitif terhadap shear pada wire cepat (www.researchgate.net). Partikel anorganik (engineered silica sols atau clay mikropori) sering dipra-perlakukan dengan polimer (“pre‑complexed”) untuk performa lebih tinggi. Aditif lanjutan juga mencakup polimer berbasis hayati (turunan guar, chitosan) atau graft copolymer sintetis; prinsipnya sama: aglomerasi fines agar tidak lolos dari web.

baca juga: 

Pengertian dan Pengaruh TDS dan TSS Terhadap Kualitas Air

Trade-off pembentukan kertas dan dosis

Manfaat besar datang dengan trade-off: flokulasi berlebihan merusak kualitas pembentukan. Studi menunjukkan kualitas formation dan strength turun pada dosis tinggi. Dalam uji recycled paper, penambahan 0.2% polimer retensi kationik menurunkan breaking length ~33% dan tensile index ~32% dibanding kertas tanpa dosis (www.mdpi.com). Studi MDPI menyimpulkan dosis 0.2–0.6% (“over‑dosage”) menyebabkan penurunan strength ~30–36% (www.mdpi.com).

Pada dosis sangat tinggi (0.8–1.0%) tensile properties memang “recover” karena polimer berlebih bertindak sebagai perekat ulang serat, tetapi masih belum melampaui referensi tanpa dosis (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Kekasaran permukaan juga naik: dari ~525 µm pada 0.1% polimer menjadi ~1280 µm pada 0.5% (www.mdpi.com).

Optimasi dosis berbasis data

Praktik terbaik: gunakan sesedikit mungkin polimer untuk mencapai target retensi. Dosis tipikal beberapa ratus gram per ton serat (0.01–0.1% bobot). Data lab sering menemukan optimum sekitar 0.02–0.05% polimer plus 0.1–0.3% bentonite (contoh: 400 g/t CPAM dengan 2 kg/t clay) (www.researchgate.net). Di atau di bawah rentang ini terjadi saturasi; filler retention naik hingga ~400 g/t lalu plateau (www.researchgate.net). Kenaikan kecil melewati optimum tidak menambah retensi tetapi cepat memperburuk formation.

Operator biasanya survei lintas dosis (pilot drains atau Britt Jar tests) untuk menemukan “knee” pada kurva retensi vs formation, lalu dipertahankan dengan kontrol daring: sensor modern mengukur total solids atau ash di white water, dan sistem otomatis menyesuaikan laju pompa polimer agar backwater solids tetap nyaris konstan (bioresources.cnr.ncsu.edu). Praktik ini menyelamatkan serat, mengurangi kehilangan kimia, dan membantu memenuhi batas effluent dengan meminimalkan solids tak‑terikat. Di level peralatan, akurasi injeksi dibantu oleh dosing pump untuk kontrol laju kimia yang stabil.

Baca juga: 

Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air

Implikasi dan angka kunci

Kesimpulannya, retention aid dan drainage aid—biasanya polimer spesial dan microparticle—sangat esensial bagi papermaking berkecepatan tinggi. Sistem teroptimasi dapat mencapai filler first‑pass retention 70–90% (vs ~40–60% tanpa bantuan), dengan penurunan solids filtrat yang sepadan. Contoh: sistem polimer bercabang + bentonite mencapai ~69% penurunan kekeruhan pada dosis 1.5 lb/ton vs 53% untuk silica murni (data.epo.org). Sebaliknya, dosis polimer 0.2% tercatat menurunkan tensile index ~30–36% (www.mdpi.com).

Studi sejawat konsisten menekankan pentingnya penyetelan densitas muatan dan massa molekul polimer untuk performa optimal (www.researchgate.net) (www.mdpi.com). Implementasi nyata mengandalkan uji terkontrol dan pemantauan retensi real‑time, menjaga solids whitewater (dan karenanya retensi) pada level target (bioresources.cnr.ncsu.edu) (www.researchgate.net). “Retention–drainage control systems” yang berbasis data kini menjadi standar mill modern.

Catatan kimia dan kategori produk

Di wet end, koagulan yang disebutkan dalam studi—termasuk alum/PAC—beririsan dengan kategori coagulants industri; sedangkan polimer bermassa molekul tinggi untuk bridging sesuai dengan flocculants. Untuk opsi PAC, rujukan produk relevan dapat dilihat pada PAC.

baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter

Sumber dan referensi

Berbasis studi industri dan peer‑review tentang wet‑end chemistry papermaking: www.mdpi.com (www.mdpi.com) (www.researchgate.net) (www.mdpi.com) (data.epo.org), termasuk data pilot dan uji mill.

Hubbe, M. A.; Gill, R. A. (2016). Fillers for papermaking: A review of their properties, usage practices, and mechanistic role. BioResources 11(1): 2886–2963 (bioresources.cnr.ncsu.edu) (bioresources.cnr.ncsu.edu).

Malachowska, E. (2025). Impact of retention agents on functional properties of recycled paper in sustainable manufacturing. Appl. Sci. 15(2): 875 (MDPI), doi:10.3390/app15020875 (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).

Brouillette, F.; Morneau, D.; Chabot, B.; Daneault, C. (2005). A new microparticulate system to improve retention/drainage in fine paper manufacturing. APPITA J. 58(1): 47–51 (www.researchgate.net).

Alam, M. I.; Bhardwaj, N. (2012). Effect of polymeric retention aids on retention of filler in papermaking. TAPPSA J. (South Africa) 5: 24–30 (www.researchgate.net).

Begala, A. J.; Keiser, B. A. (Nalco Chem. Co., USA, 2011). “An anionic nanocomposite for use as a retention and drainage aid in papermaking,” EP Patent EP1,460,041B1 (granted Dec 21, 2011) (data.epo.org) (data.epo.org).