Stabilitas Dimensi Kayu
KARYA TULIS
STABILITAS DIMENSI KAYU
Disusun Oleh: Tito Sucipto, S.Hut., M.Si. NIP. 19790221 200312 1 001
DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan keajaiban-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Stabilitas Dimensi Kayu“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai sifat stabilitas dimensi kayu setelah kayu diberi perlakuan. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memperkaya khasanah wawasan dan pengetahuan di bidang ilmu dan teknologi kayu.
Tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan masukan yang konstruktif demi menyempurnakan karya tulis.
Medan, Desember 2009
Penulis
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR ................................................................................................. i DAFTAR ISI................................................................................................................ ii DAFTAR TABEL........................................................................................................ iii Sifat Umun Kayu ......................................................................................................... 1 Perubahan Dimensi Kayu............................................................................................. 2 Referensi ...................................................................................................................... 7
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
DAFTAR TABEL Halaman
1. Hubungan WPG dan ASE pada berbagai jenis bahan kimia ................................... 6
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
STABILITAS DIMENSI KAYU
Sifat Umum Kayu Kayu merupakan material alami yang memiliki kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan kayu antara lain: 1. Bersifat ekonomis 2. Proses energi yang rendah 3. Dapat diperbaharui 4. Sifat mekanis yang kuat 5. Bernilai estetis. Kekurangan antara lain: 1. Mudah terserang secara biologis 2. Bersifat higroskopis 3. Mudah terbakar 4. Mudah terdegradasi oleh sinar matahari 5. Anisotropis 6. Sifat-sifat yang bervariasi.
Kayu merupakan komposit biopolimer berdimensi tiga yang mengandung phase solid dan kosong (void). Kayu tersusun atas berbagai jenis sel, yang terbagi menjadi dinding sel (cel wall) dan rongga sel (lumen). Air sebagai salah satu kebutuhan dalam pertumbuhan pohon akan mengisi dinding sel dan rongga sel kayu. Air pada sel terdiri dari air terikat, air bebas dan uap air. Air terikat (bound water) adalah air yang terdapat pada dinding sel, sedangkan air bebas (free water) dan uap air adalah air yang terdapat pada rongga sel. Air bebas akan mempengaruhi berat kayu sedangkan air terikat akan mempengaruhi berat dan dimensi kayu. Kadar air kayu antara kering tanur dan titik jenuh serat (TJS) (2132%), air terakumulasi berada pada dinding sel (air terikat). Kadar air di atas TJS, air terakumulasi pada rongga sel (air bebas).
Menurut Hill 2006, kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, karena polimer dinding selnya mengandung gugus hidroksil yang reaktif. Pada lingkungan yang mengandung uap air, kayu kering akan menyerap uap air sampai
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
kadar air kesetimbangan dengan lingkungan. Begitu juga kayu yang jenuh air ketika ditempatkan ditempat yang kelembaban relatifnya lebih rendah akan kehilangan uap air sampai kadar air kesetimbangan dengan lingkungan.
Perubahan Dimensi Kayu Dimensi kayu akan berubah sejalan dengan perubahan kadar air dalam
dinding sel, karena di dalam dinding sel terdapat gugus OH (hidroksil) dan oksigen lain yang bersifat menarik uap air melalui ikatan hidrogen. Kembang susut kayu yang paling besar berturut-turut adalah pada bidang tangensial, radial dan aksial. Komponen kimia penyusun kayu terdiri dari selulosa (45-50%), hemiselulosa (25-32%), lignin (16-31%), zat ekstraktif (1-8%)dan zat abu/mineral (>
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
accesible celluloses >>>> non crystalline cellulose >> lignin >>> crystalline cellulose.
Stabilitas dimensi kayu adalah kemampuan kayu itu untuk menahan perubahan dimensil karena perubahan kondisi kadar air. Untuk menggambarkan tingkat stabilisasi dimensi digunakan: 1. Antishrink efficiency 2. Swelling percent 3. Dimensional stability efficiency 4. Antiswelling efficiency 5. Percent reduction in swelling.
Menurut Rowell & Ellis 1984, metode double water soak (rendaman air ganda) telah dikembangkan untuk mendeterminasi koefisien pengembangan tebal (volumetric swelling coefficient/ S), dan antishrink efficiency (ASE).
Nilai koefisien pengembangan tebal (volumetric swelling coefficient/ S) dihitung dengan rumus:
V2 – V1 S = x 100%
V1 Keterangan S = koefisien pengembangan volume (volumetric swelling coefficient) V2 = volume kayu setelah direndam dalam larutan air V1 = volume contoh uji kayu kering tanur sebelum direndam
Nilai antishrink efficiency (ASE) dihitung dengan rumus:
S2 – S1
ASE =
x 100%
S1
Keterangan
ASE = antishrink efficiency
S2 = koefisien pengembangan volume yang diberi perlakuan
S1 = koefisien pengembangan volume yang tidak diberi perlakuan
Nilai ASE dan S biasanya dalam satuan persen, artinya nilai ASE dan S
dari kedua persamaan harus dikalikan dengan 100%.
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
Tabel 1. Hubungan WPG dan ASE pada berbagai jenis bahan kimia
Bahan Kimia
WPG (%)
ASE (%)
Acetic anhydride
20 70
Methyl isocyanate
25 65
Butyl isocyanate
25 70
Propylene oxide
28 65
Butylene oxide
25 70
Acrylonitrile
25 50
ß-propylactone (base catalyst)
30
60
Formaldehyde
10 85*
*Efektivitas formaldehida bukan disebabkan bulking tetapi oleh crosslink polymer dinding sel
Menurut Rowell, perbaikan sifat kayu seperti peningkatan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap serangan bilogis serta penurunan absorbsi air menjadi motivasi untuk sebagian besar penelitian modifikasi kimia kayu. Semua ikatan kimia menurunkan KA kesetimbangan kayu sekitar setengah dari kayu yang tidak bereaksi pada masing-masing kelembabab relatif kecuali propilena oksida. KA kesetimbangan tidak berkurang sebanyak penambahan bobot dengan propilena oksida seperti asetilasi atau ikatan silang dengan formaldehida. Hal ini disebabkan fakta bahwa gugus baru hidroksil terbentuk selama penambahan gugus propil. Modifikasi kimia gugus hidroksil pada kayu dengan anhidrida asetat akan mengeliminasi hidroksil sehingga membuat kayu bersifat hidrofobik dan dimensinya stabil.
Menurut Hon 1996, sebagian besar lignoselulosa bersifat higroskopis yang dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi, karena mudah menyerap dan menyeluarkan air. Untuk mengatasi masalah ini, telah banyak metode yang dikembangkan terutama sejak 10 tahu yang lalu. Sebagan besar penelitian mengenai modifikasi kimia kayu dilakukan untuk meningkatkan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadapan serangan biologis.
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
Referensi [BRE] Buiding Research Establishment. 2006. Properties of timber acetylated to
20% WPG and its suitability for joinery. Research report. [4 November 2007]. Haygreen, JG & JL Bowyer. 1996. Hasil hutan dan ilmu kayu. Suatu pengantar. Terjemahan SA Hadikusumo. Ed: S Prawirohatmodjo. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Hill, CAS. 2006. Wood modification. Chemical, thermal and other processes. John Wiley & Sons. England. Hon, DN-S. 1996. Chemical modification of lignosellulosic materials. Marcel Dekker. New York. Rowell, RM. Physical and Mechanical Properties of Chemically Modified Wood. USDA Forest Service and University of Wisconsin. Madison, Wisconsin. [4 November 2007]. Rowell, RM & WD Ellis. 1984. Reaction of epoxides with wood. Res. Pap. FPL 451.: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. 41 p. Madison, Wisconsin. [4 November 2007].
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
STABILITAS DIMENSI KAYU
Disusun Oleh: Tito Sucipto, S.Hut., M.Si. NIP. 19790221 200312 1 001
DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan keajaiban-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Stabilitas Dimensi Kayu“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai sifat stabilitas dimensi kayu setelah kayu diberi perlakuan. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memperkaya khasanah wawasan dan pengetahuan di bidang ilmu dan teknologi kayu.
Tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan masukan yang konstruktif demi menyempurnakan karya tulis.
Medan, Desember 2009
Penulis
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR ................................................................................................. i DAFTAR ISI................................................................................................................ ii DAFTAR TABEL........................................................................................................ iii Sifat Umun Kayu ......................................................................................................... 1 Perubahan Dimensi Kayu............................................................................................. 2 Referensi ...................................................................................................................... 7
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
DAFTAR TABEL Halaman
1. Hubungan WPG dan ASE pada berbagai jenis bahan kimia ................................... 6
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
STABILITAS DIMENSI KAYU
Sifat Umum Kayu Kayu merupakan material alami yang memiliki kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan kayu antara lain: 1. Bersifat ekonomis 2. Proses energi yang rendah 3. Dapat diperbaharui 4. Sifat mekanis yang kuat 5. Bernilai estetis. Kekurangan antara lain: 1. Mudah terserang secara biologis 2. Bersifat higroskopis 3. Mudah terbakar 4. Mudah terdegradasi oleh sinar matahari 5. Anisotropis 6. Sifat-sifat yang bervariasi.
Kayu merupakan komposit biopolimer berdimensi tiga yang mengandung phase solid dan kosong (void). Kayu tersusun atas berbagai jenis sel, yang terbagi menjadi dinding sel (cel wall) dan rongga sel (lumen). Air sebagai salah satu kebutuhan dalam pertumbuhan pohon akan mengisi dinding sel dan rongga sel kayu. Air pada sel terdiri dari air terikat, air bebas dan uap air. Air terikat (bound water) adalah air yang terdapat pada dinding sel, sedangkan air bebas (free water) dan uap air adalah air yang terdapat pada rongga sel. Air bebas akan mempengaruhi berat kayu sedangkan air terikat akan mempengaruhi berat dan dimensi kayu. Kadar air kayu antara kering tanur dan titik jenuh serat (TJS) (2132%), air terakumulasi berada pada dinding sel (air terikat). Kadar air di atas TJS, air terakumulasi pada rongga sel (air bebas).
Menurut Hill 2006, kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, karena polimer dinding selnya mengandung gugus hidroksil yang reaktif. Pada lingkungan yang mengandung uap air, kayu kering akan menyerap uap air sampai
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
kadar air kesetimbangan dengan lingkungan. Begitu juga kayu yang jenuh air ketika ditempatkan ditempat yang kelembaban relatifnya lebih rendah akan kehilangan uap air sampai kadar air kesetimbangan dengan lingkungan.
Perubahan Dimensi Kayu Dimensi kayu akan berubah sejalan dengan perubahan kadar air dalam
dinding sel, karena di dalam dinding sel terdapat gugus OH (hidroksil) dan oksigen lain yang bersifat menarik uap air melalui ikatan hidrogen. Kembang susut kayu yang paling besar berturut-turut adalah pada bidang tangensial, radial dan aksial. Komponen kimia penyusun kayu terdiri dari selulosa (45-50%), hemiselulosa (25-32%), lignin (16-31%), zat ekstraktif (1-8%)dan zat abu/mineral (>
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
accesible celluloses >>>> non crystalline cellulose >> lignin >>> crystalline cellulose.
Stabilitas dimensi kayu adalah kemampuan kayu itu untuk menahan perubahan dimensil karena perubahan kondisi kadar air. Untuk menggambarkan tingkat stabilisasi dimensi digunakan: 1. Antishrink efficiency 2. Swelling percent 3. Dimensional stability efficiency 4. Antiswelling efficiency 5. Percent reduction in swelling.
Menurut Rowell & Ellis 1984, metode double water soak (rendaman air ganda) telah dikembangkan untuk mendeterminasi koefisien pengembangan tebal (volumetric swelling coefficient/ S), dan antishrink efficiency (ASE).
Nilai koefisien pengembangan tebal (volumetric swelling coefficient/ S) dihitung dengan rumus:
V2 – V1 S = x 100%
V1 Keterangan S = koefisien pengembangan volume (volumetric swelling coefficient) V2 = volume kayu setelah direndam dalam larutan air V1 = volume contoh uji kayu kering tanur sebelum direndam
Nilai antishrink efficiency (ASE) dihitung dengan rumus:
S2 – S1
ASE =
x 100%
S1
Keterangan
ASE = antishrink efficiency
S2 = koefisien pengembangan volume yang diberi perlakuan
S1 = koefisien pengembangan volume yang tidak diberi perlakuan
Nilai ASE dan S biasanya dalam satuan persen, artinya nilai ASE dan S
dari kedua persamaan harus dikalikan dengan 100%.
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
Tabel 1. Hubungan WPG dan ASE pada berbagai jenis bahan kimia
Bahan Kimia
WPG (%)
ASE (%)
Acetic anhydride
20 70
Methyl isocyanate
25 65
Butyl isocyanate
25 70
Propylene oxide
28 65
Butylene oxide
25 70
Acrylonitrile
25 50
ß-propylactone (base catalyst)
30
60
Formaldehyde
10 85*
*Efektivitas formaldehida bukan disebabkan bulking tetapi oleh crosslink polymer dinding sel
Menurut Rowell, perbaikan sifat kayu seperti peningkatan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap serangan bilogis serta penurunan absorbsi air menjadi motivasi untuk sebagian besar penelitian modifikasi kimia kayu. Semua ikatan kimia menurunkan KA kesetimbangan kayu sekitar setengah dari kayu yang tidak bereaksi pada masing-masing kelembabab relatif kecuali propilena oksida. KA kesetimbangan tidak berkurang sebanyak penambahan bobot dengan propilena oksida seperti asetilasi atau ikatan silang dengan formaldehida. Hal ini disebabkan fakta bahwa gugus baru hidroksil terbentuk selama penambahan gugus propil. Modifikasi kimia gugus hidroksil pada kayu dengan anhidrida asetat akan mengeliminasi hidroksil sehingga membuat kayu bersifat hidrofobik dan dimensinya stabil.
Menurut Hon 1996, sebagian besar lignoselulosa bersifat higroskopis yang dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi, karena mudah menyerap dan menyeluarkan air. Untuk mengatasi masalah ini, telah banyak metode yang dikembangkan terutama sejak 10 tahu yang lalu. Sebagan besar penelitian mengenai modifikasi kimia kayu dilakukan untuk meningkatkan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadapan serangan biologis.
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009
Referensi [BRE] Buiding Research Establishment. 2006. Properties of timber acetylated to
20% WPG and its suitability for joinery. Research report. [4 November 2007]. Haygreen, JG & JL Bowyer. 1996. Hasil hutan dan ilmu kayu. Suatu pengantar. Terjemahan SA Hadikusumo. Ed: S Prawirohatmodjo. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Hill, CAS. 2006. Wood modification. Chemical, thermal and other processes. John Wiley & Sons. England. Hon, DN-S. 1996. Chemical modification of lignosellulosic materials. Marcel Dekker. New York. Rowell, RM. Physical and Mechanical Properties of Chemically Modified Wood. USDA Forest Service and University of Wisconsin. Madison, Wisconsin. [4 November 2007]. Rowell, RM & WD Ellis. 1984. Reaction of epoxides with wood. Res. Pap. FPL 451.: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. 41 p. Madison, Wisconsin. [4 November 2007].
Tito Sucipto : Stabilitas Dimensi Kayu, 2009