Pengaruh Suhu dan Waktu Terhadap Pemadatan Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba) Chapter III V
12
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan
pada bulan April 2017 - Juni 2017. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, dan Workshop
Fakultas Kehutanan Univesitas Sumatera Utara Medan.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu chain saw, oven, kalifer,
timbangan analitik dan kempa panas (hot press).
Bahan yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian
ini kayu Jabon
(Arthocarpus cadamba), dan larutan NaOH 2%.
Prosedur Penelitian
1. Persiapan bahan baku
Kayu Jabon diperoleh dari KM 13,5 binjai. Sampel pengujian sifat fisis dan
mekanis kayu terdiri dari MOE dan MOR, kerapatan, WL (Weight loss) dan RS (
Recovery of Set). Sampel MOE dan MOR dibuat dengan ukuran 30cm x 2cm x 2cm dan
2cm x 2cm x 2cm sebagai sampel WL (Weight loss) dan RS ( Recovery of set).
2. Persiapan contoh uji
Sebelum dilakukan pengempaan, Seluruh contoh sampel diuji kering dalam oven
selama ±24 jam pada suhu 100 0C dan diukur dimensi tebal (To) serta berat awalnya
(Wo). Kemudian seluruh sampel dilakukan perendaman NaOH 2% selama ±24 jam.
3. Proses densifikasi kayu
Pengempresan dilakukan pada arah radial (R) dengan rasio pemadatan 20%.
Pemadatan dilakukan dengan variasi suhu 120 0C, 140 0C, 160 0C, 180 0C, 200 0C
dengan waktu kempa selama 30 menit.
12
Universitas Sumatera Utara
13
Gambar 1 :Kempa Panas ( Hot Press)
Kayu yang telah dikempa selanjutnya dikeringkan dalam oven dan diukur tebalnya
tebal compresing (Tc). Kemudian dilakukan pengujian pemulihan tebal dengan cara
merendam di dalam air dingin selama 24 jam dan seluruh sampel dioven kembali
dengan suhu 100 0C selama 24jam. Kemudian diukur kembali tebal (Tr) dan berat akhir
kayu (Wr)
4. Analisis data
a. perhitungan RS dan WL
Besarnya pemulihan tebal (recovery of set = RS) dan kehilangan berat (weight
loss = WL) diukur dengan rumus:
x 100 %
x 100%
Keterangan rumus:
Tr = Tebal setelah perendaman
Tc = Tebal stelah pemadatan
Universitas Sumatera Utara
14
To = Tebal Awal
Wo = Berat awal
Wr = Berat setelah perendaman
Pengujian Sifat Fisis Kayu Jabon
Pengujian ini meliputi mengujian kerapatan..
Kerapatan
Contoh uji berukuran 2 x 2 x2 cm dalam keadaan kering udara ditimbang
beratnya (M). Selanjutnya diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk
menentukan volume contoh uji (V). nilai kerapatan dihitung dengan rumus :
Keterangan:
P
=kerapatan (g/cm3)
M
= berat contoh uji kering udara (g)
V
=volume contoh uji kering udara (cm3)
Pengujian Sifat Mekanis Kayu Jabon
Keteguhan Lentur Statis/Kekakuan (Modulus of elastiticity/MOE)
Pengujian MOE dilakukan bersama-sama dengan pengujian patah MOR,
sehingga contoh ujinya adalah sama yaitu berukuran 25 cm x 25 cm x2 cm. pengujian
dilakuan pada kondisi kering udara dibentangkan dengan pembebanan dilakukan di
tengah-tengah jarak sangga. Kecepatan pembebanan sebesar 10 mm/menit selanjutnya
diukur besarnya beban yang dapat ditahan oleh contoh uji sampai bats proporsi.
Nilai MOE dihitung dengan rumus :
Universitas Sumatera Utara
15
Keterangan :
MOE
= Modulus of elastisity (kg/cm2)
P
= Beban sampai batas proporsi (kg)
L
= Jarak sangga (cm)
Δy
=perubahan dekleksi setiap perubahan beban (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
h
= Tebal contoh uji (cm)
Modulus patah atau Modulus of Rupture (MOR)
Keteguhan Lentur Patah (Modulus of Rupture/MOR) Pengujian ini merupakan
kelanjutan dari pengujian keteguhan lentur statis (MOE), yakni sampai mencapai beban
yang menyebabkan kayu rusak. Besarnya nilai MOR dihitung dengan rumus :
MOR
Keterangan :
MOR
= Modulus or Rupture (kg/cm2)
P
= Beban pada saat kayu rusak (kg)
L
= jarak sangga (cm)
B
= tebal contoh uji (cm)
H
= lebar contoh uji (cm
Universitas Sumatera Utara
16
Sampel sifat
mekanis
Sampel sifat fisis
2 cm x 2 -cm
x 2cm
Oven
103 °C selama 24 jam
2 cm x 2 cm x 30
- Timbang Wo & To
Perendaman
Rendam dalam NaOH 2% selama 24
jam
Pemadatan
- Kempa dengan suhu 120 °C,140°C 160°C ,180°C
,200°C selama 30 menit
Sifat fisis
Sifat mekanis
Oven 100 °C selama
Dikering Udarakan
selama 14 hari
Hitung Tc & Wr
Rendam air dingin 24
jam
Oven 100 °C selama
Pengujian MOE &
MOR
Hitung Tr & Wr
Gambar 2. Bagan Metode Penelitian
Universitas Sumatera Utara
17
HASIL DAN PEMBAHASAN
Recovery of Set (RS) dan Weight Loss (WL)
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Recovery of set (RS) dan Weight Loss
(WL) kayu dan kompregnasi bervariasi antara 63,14%-132,92% dan 10,24%-17,77%
dengan pengempaan rata-rata ditunjukkan pada Gambar 1.
132.92
140
120
95.33
100
91.90
80
63.14
63.14
60
RS
40
WL
20
10.24
11.79
13.85
11.90
17.77
0
120
140
160
180
Suhu Pengempaan
200
OC
Gambar 3. Nila rata-rata RS dan WL pada pemadatan kayu Jabon
Pada Gambar 3 diatas menunjukkan
bahwa pengaruh suhu, waktu dan
perendaman dengan campuran NaOH 2% berpengaruh terhadap tingkat RS dan WL
kayu kompresi. Nilai rata-rata RS tertinggi pada suhu 140 oC dengan nilai 132,92%
dan nilai rata-rata RS terendah pada suhu 200 oC dengan nilai 63,14%, sedangkan nilai
rata-rata WL tertinggi terdapat pada suhu pengempaan 200 oC dengan nilai 17,77% dan
nilai rata-rata WL terendah pada suhu pengempaan 120 oC dengan nilai 10,24%. Secara
umum, semakin tinggi suhu dan lama waktu pemadatan akan mengasilkan nilai RS yang
semakin rendah dan semakin tinggi suhu dan waktu pengempaan akan mengakibatkan
nilai WL yang semakin besar, Hartono et al (2016) tetapi nilai RS pada suhu
17
Universitas Sumatera Utara
18
pengempaan 120 oC cenderung lebih rendah dibandingkan dengan suhu pengempaan
lainnya. Hal ini disebabkan karena pengaruh pada panas pengempaan yang
menyebabkan kurang terdegradasinya lignin dan hemiselulosa sebagai komponen kimia
utama kayu. Amin dan Dwianto (2006) menyatakan pelunakan hemiselulosa dan lignin
pada kayu terjadi pada perlakuan suhu diatas 120 oC, sehingga dengan pemberian suhu
140 oC, 160 oC dan 180 oC dapat mempercepat terjadinya deformasi sel penyusun kayu
dan fiksasi.
Selama terjadinya pengempaan, dinding sel kayu akan berubah bentuk sampai
mencapai target ketebalan tertentu akibat adanya tekanan pengempaan (hot press). Kayu
yang mengalami pengempaan (hot press) dengan rendaman larutan NaOH mampu
membantu proses pelunakan sehingga kayu mudah terdeformasi. Pengempaan juga
mampu mengakibatkan sebagian hemiselulosa terhidrolisasi karena hemiselulosa dan
lignin bersifat larut. Amin et al. (2007) mengatakan meningkatnya suhu dan tekanan
uap panas pada kayu jenuh air maupun jenuh NaOH akan melunakkan hemiselulosa dan
lignin sebagai komponen utama
kimia
kayu sehingga
kayu bersifat
plastis
dan memungkinkan terjadinya proses fiksasi. Selama terjadinya proses pengempresan,
lignin akan lunak akibat dari perlakuan suhu dan NaOH % tersebut.
Pengempaan kayu pada suhu tinggi dapat menyebabkan timbulnya tekanan uap
panas didalam cetakan tersebut dimana tekanan uap panas dapat mengeluarkan uap cair
dalam kayu, komponen kimia kayu terdegradasinya hemiselulosa dan lignin sehingga
dengan menguapnya sebagian komponen kayu dapat menyebabkan kehilangan berat
pada kayu, hal ini berkaitan dengan Dwianto et al. (1998) diacu dalam Amin dan
Dwianto (2006),
pengempaan kayu pada suhu di atas 180ºC dapat menyebabkan
Universitas Sumatera Utara
19
terdegradasi-nya komponen hemiselulosa dan lignin di dalam dinding sel, sebagai
akibatnya maka tegangan yang tersimpan dalam mikrofibril akan mengalami relaksasi.
Hasil Gambar 3 tampak faktor suhu, waktu dan rendaman NaOH 2% sangat
berpengaruh terhadap terjadinya kondisi fiksasi yang permanen, dimana ditandai dengan
menurunnya nilai RS. Selain menurunnya nilai RS, pengaruh suhu, waktu dan rendaman
NaOH 2% berpengaruh terhadap nilai WL pada kayu Jabon. Perendaman dalam larutan
NaOH 2% sebelum tahap pengempresan dan dilanjutkan dengan perlakuan suhu yang
menyebabkan adanya tekanan uap panas pada hot press yang menyebabkan
terdegradasinya komponen kimia dan komponen zat ekstraktif lainnya.
Selain faktor suhu dan waktu berpengaruh terhadap RS dan WL, pengaruh suhu
dan waktu juga berpengaruh terhadap perubahan warna pada kayu. Pada saat proses
pemadatan, kayu mengalami perubahan warna dari 120 ºC hingga 200 ºC. Pada suhu
200 ºC kayu berwarna coklat tua lebih gelap dibandingkan dengan pengempaan suhu
lain. Hal ini diakibatkan suhu pengempaan yang tinggi. Warna kayu jabon kontrol lebih
cerah dibandingkan dengan hasil kayu yang dipadatkan. Menurut Inoue et al. 1992
diacu dalam Sulistiyono dan Surjokusumo (2001), kayu di densifikasi memberikan
tampilan warna yang atraktif, dimana warnanya berubah menjadi sedikit lebih gelap dari
kayu asalnya sebagai akibat dari pengaruh suhu dan lama pengempaan saat proses
densifikasi kayu berlangsung. Kayu jabon yang dipaadatkan memiliki kesan raba yang
lebih halus dari kayu kontrol, hal ini terjadi karena adanya pemadatan pori atau rongga
sel kayu, sehingga permukaan menjadi lebih halus dibandingkan kayu dengan pori atau
rongga yang besar-besar (Wadhani,2005).
Untuk lebih jelasnya, sampel kayu
Universitas Sumatera Utara
20
Jabon baik control dan dipadatkan disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Sampel kayu jabon control dan dipadatkan
Sifat Fisis Kayu Jabon
Kerapatan
Nilai rata-rata kerapatan kayu Jabon kontrol 0.36 g/cm3 setelah dipadatkan nilai
rata-rata sebesar 0,38-0,43 g/cm3 untuk jelasnya data kerapatan kayu Jabon kontrol dan
dipadatkan dapat dilihat grafiknya pada Gambar 4.
0.5
0.43
0.45
Kerapatan gr/cm3
0.4
0.43
0.41
0.36
0.39
0.38
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
kontrol
120
140
160
180
200
Suhu Pengempaan (oC)
Gambar 4. Grafik rata-rata kerapatan kayu Jabon
Nilai kerapatan kayu jabon paling tinggi adalah 0,43 g/cm3 yang diperoleh pada
suhu pengempaan 140 oC dan nilai kerapatan paling rendah 0,38 g/cm 3 diperoleh pada
suhu pengempaan 120 oC dengan waktu pengempaan 30 menit. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa nilai kerapatan kayu jabon yang dipadatkan dengan rasio
Universitas Sumatera Utara
21
pemadatan 20% meningkat dibandingkan kayu jabon kontrol, yaitu meningkat dengan
kisaran 5,55% - 19,4 %.
Berdasarkan Gambar 4 menunjukkan bahwa kerapatan kayu jabon yang
dipadatkan meningkat dengan semakin meningkatnya suhu pengempaan. Namun pada
suhu pengempaan 120 oC hanya mengalami kenaikan 0,02 g/cm 3, sementara pada suhu
140 oC-180 oC nilai kerapatan kayu jabon meningkat hingga 0,43 g/cm 3.
hal ini
disebabkan karena rongga sel dan dinding sel menjadi lebih padat dan hanya
mengandung sedikit hemiselulosa pada dinding sel. Peningkatan kerapatan kayu pada
penelitian ini juga dipengaruhi oleh perendaman dengan campuran NaOH 2 % sehingga
kayu menjadi lunak (plastis). Hal ini dijelaskan (Onggo dan Astuti, 2005) bahwa selain
dapat melarutkan dan melunakan lignin dan hemiselulosa, penetrasian larutan NaOH
juga menyebabkan melemahnya ikatan antar serat. Pelunakan hemiselulosa dan lignin
kayu terjadi pada perlakuan suhu diatas 120 oC sehingga dengan pemberian suhu 140ºC,
160ºC dan 180ºC dapat mempercepat terjadinya deformasi sel penyusun kayu dan
fiksasi. (Efrida,2014) juga menjelaskan kerapatan kayu yang dipadatkan bertambah
terkait dengan berkurangnya porositas kayu karena dinding sel kayu satu dengan lainnya
saling merapat akibat melunaknya lignin.
Selanjutnya pada suhu 200 oC nilai kerapatan kayu jabon menurun hingga
mencapai nilai 0,39 g/cm3 hal ini disebabkan karena pengaruh panas dan suhu tinggi
pengempaan dapat merusak ikatan hydrogen antar molekul air sehingga kayu
mengalami pengeringan dan diduga terjadi rusaknya sel dalam kayu. Rusaknya molekul
air akibat perlakuan suhu tinggi menyebabkan terjadinya kerusakan pada ikatan H antar
molekul-molekul di dalam matriks hemiselulosa-lignin (Amin & Dwianto 2006). Selain
itu, menurut Wardhani (2006) penurunan kerapatan kayu juga dipengaruhi oleh
Universitas Sumatera Utara
22
penurunan berat kayu dan volume kayu karena adanya zat ekstraktif yang terlarut atau
menguap selama proses densifikasi berlangsung yang terdapat sel-sel di permukaan
sampel.
Sifat Mekanis Kayu Jabon
Modulus of Elasticity (MOE)
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata MOE kayu jabon setelah
dikempa berkisar antara 59315,79-71035,54 kg/cm2 meningkat dibandingkan dengan
nilai MOE kayu jabon kontrol yaitu sebesar 49612,08 kg/cm 2. Untuk lebih jelasnya,
nilai MOE kayu jabon kontrol dan kayu yang dipadatkan dapat dilihat grafinya pada
Gambar 5.
80000
71035.54
70000
64864.85
63978.4
59315.79
61501.59
180
200
60000
MOE kg/cm2
49612.08
50000
40000
30000
20000
10000
0
kontrol
120
140
160
Suhu Pengempaan oC
Gambar 5. Grafik rata-rata MOE kayu Jabon
Hasil rata-rata MOE kayu jabon disajikan pada Gambar 5 menunjukkan bahwa
nilai rata-rata berkisar antara 59315,79-71035,54 kg/cm2. Nilai MOE terendah dengan
nilai rata-rata 59315,79 kg/cm2 diperoleh pada perlakuan suhu pengempaan 180 oC dan
nilai MOE tertinggi diperoleh dengan nilai rata-rata 71035,54 kg/cm2 pada suhu
pengempaan 120 oC dengan masing-masing waktu 30 menit pengempaan.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 5 menunjukkan adanya peningkatan nilai MOE pada kayu yang
dikempa dibandingkan dengan kayu kontrol. Pemadatan kayu terbukti mampu
meningkatkan kelenturan dan kekakuan kayu. Amin et al (2004) menyatakan bahwa
peningkatan sifat mekanis kayu terpadatkan dapat terjadi karena melunaknya komponen
lignin dalam kayu karena pengaruh suhu, yang kemudian menyebabkan lignin tersebut
menyebar dan mengisi bagian kayu yang berongga dan mengikat polimer-polimer
penyusun kayu seperti selulosa dan hemiselulosa.
Menurut Wardhani (2005) pemadatan menyebabkan rongga sel memipih,
meningkatkan kerapatannya dan merubah struktur anatomi kayu. Densifikasi kayu
dengan suhu dan waktu kempa menyebabkan lumen menyempit dan dinding sel
semakin rapat satu dengan lainnya. Selain itu dengan adanya panas dan pengempaan
dengan waktu tertentu menyebabkan bagian dinding sel yang mengandung selulosa
mengalami plastisasi sehingga terjadi bentuk permanen. Sedangkan Dwianto et al.
(1999) dalam Amin dan Dwiato (2006), menyatakan bahwa peningkatan nilai MOE
juga disebabkan oleh terjadinya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah amorf dari
mikrofibril yang direkat dengan lignin yang mengalir akibat pemanasan pada proses
plastisasi dengan pengaturan suhu dan waktu kempa.
Pada pengempaan suhu 180 oC nilai MOE mengalami penurunan hingga
59315,79 kg/cm2 hal ini dikarenakan pada proses pengempaan dengan suhu terlalu
tinggi dapat merusak kandungan kimia dan struktur sel anatomi kayu pada dinding sel
sehingga struktur sel mengalami deformasi. Penelitian Eliezer (2014) mengatakan
pengempaan dengan suhu kempa yang tinggi (160oC – 200oC) akan merusak struktur sel
pada bagian kayu sehingga menyebabkan tejadinya penurunan nilai MOE sehingga
tidak terjadi gaya reaksi yang bekerja untuk melawan gaya dari luar.
Universitas Sumatera Utara
24
Keteguhan Lentur Patah/Modulus Of Rupture (MOR)
Nilai MOR kayu jabon yang dipadatkan berkisar antara 313,27 kg/cm²529,51kg/cm², meningkat jika dibandingkan dengan nilai MOR kayu kontrol yaitu
sebesar 421,34 kg/cm², untuk lebih jelasnya nilai MOR untuk kayu Jabon kontrol dan
yang dipadatkan dapat dilihat grafiknya pada Gambar 6.
600
529.51
533.35
485.67
500
MOR kg/cm2
421.34
390.48
400
313.27
300
200
100
0
kontrol
120
140
160
Suhu Pengempaan
180
200
OC
Gambar 6. Grafik rata-rata MOE kayu jabon
Gambar 6 menunjukkan bahwa nilai rata-rata MOR terendah diperoleh pada
perlakuan suhu pengempaan 180oC dengan nilai 313,27 kg/cm2 sedangkan nilai MOR
yang tertinggi diperoleh pada suhu pengempaan 140 oC dengan nilai 533,35 kg/cm2
dengan waktu pengempaan masing-masing 30 menit.
Berdasarkan nilai MOR diatas, bahwa tidak semua kayu jabon yang dipadatkan
mengalami peningkatan jika dibandingkan dengan kayu jabon kontrol. Kayu jabon yang
tidak mencapai kenaikan nilai adalah pada suhu pengempaan 180 oC dan 200 oC dengan
waktu pengempaan 30 menit, hal ini dikarenakan pada suhu kempa yang terlalu tinggi
mengakibatkan kerusakan pada kayu selama proses pengempaan sama seperti pengujian
MOR, yang mengalami penurunan pada suhu 180 oC.
Universitas Sumatera Utara
25
Faktor lain yang mempengaruhi terjadinya penurunan nilai MOR pada suhu 180200 oC
kayu mengalami kerusakan pada struktur anantominya sehingga setelah
dipadatkan nilai MOR menurun. Hal ini sejalan dengan yang dikemukakan Wardhani
(2005), bahwa kerusakan struktur anatomi kayu pada dinding sel akan menurunkan
kekuatan kayu.
Pada suhu 120-140 oC menunjukkan nilai MOR lebih tinggi dibandingkan
dengan suhu pengempaan lainnya dimana kombinasi suhu dan waktu kempa dapat
mengikat perubahan bentuk kayu densifikasi, sehingga menjadi lebih padat dengan
memipihnya rongga sel, mengurangi kadar air kayu dan mengikat komponen-komponen
sel sehingga lebih mampu menahan beban dibandingkan kayu tanpa densifikasi dalam
beban yang sama. Menurut Rilatupa et al. (2004), peningkatan MOR pada kayu
densifikasi terjadi karena densifikasi menyebabkan struktur sel menjadi lebih padat dan
merata selain adanya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah amorf dari
mikrofibril. Faktor lain yang mempengaruhi nilai MOR yang meningkat pada suhu 140
o
C adalah perendaman kayu dengan larutan NaOH 2% yang menunjukkan bahwa
larutan NaOH 2% lebih besar pengaruhnya dalam mencapai fiksasi kayu kompresi.
Meningkatnya suhu dan tekanan uap panas pada kayu jenuh air maupun jenuh NaOH
akan melunakkan hemiselulosa dan lignin sebagai komponen utama kimia kayu
sehingga kayu jadi bersifat plastis dan memungkinkan terjadinya proses fiksasi Amin at
el(2007).
Pengaruh suhu dan waktu kempa dapat mengikat perubahan bentuk kayu yang
dipadatkan, sehingga menjadi lebih padat dan memipihnya rongga sel, mengurangi
kadar air kayu dan mengikat komponen-komponen sel sehingga lebih mampu menahan
beban yang sama Menurut Rilatupa et al. (2004), peningkatan MOE dan MOR pada
Universitas Sumatera Utara
26
kayu didensifikasi menyebabkan struktur sel menjadi lebih padat dan merata pada setiap
bagian kayu yang didensifikasi selain adanya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah
amorf dari mikrofibril.
Universitas Sumatera Utara
27
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Pengaruh suhu dan waktu pemadatan berpengaruh terhadap kayu jabon yang
dipadatkan dengan masing-masing suhu 120oC, 140 oC,160 oC,180 oC dan 200 oC
dengan waktu pengempaan 30 menit.
2. Pengaruh suhu dan waktu terhadap sifat fisis kayu jabon, dengan RS meningkat
pada suhu 140 oC dengan nilai 132,92%, nilai WL meningkat pada suhu 200 oC
dengan nilai 17,77% dan nilai kerapatan meningkat pada suhu 140 oC dari 0,36
gr/cm2 menjadi 0,42 gr/cm3.
3. Pengaruh suhu dan waktu terhadap sifat mekanis kayu, dengan nilai MOE naik
dari 49621,08 kg/cm2 ke 71035,54 kg/cm2 dan MOR mengalami kenaikan dari
421,34 kg/cm2 ke 529,51 kg/cm2.
Saran
Berdasarkan hasil penelitian ini sebaiknya proses pemadatan kayu Jabon dapat
dilakukan dengan lebih baik lagi agar hasil yang diperoleh sesuai dan dapat memberikan
pengaruh yang baik terhadap proses pemadatan.
26
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan
pada bulan April 2017 - Juni 2017. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, dan Workshop
Fakultas Kehutanan Univesitas Sumatera Utara Medan.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu chain saw, oven, kalifer,
timbangan analitik dan kempa panas (hot press).
Bahan yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian
ini kayu Jabon
(Arthocarpus cadamba), dan larutan NaOH 2%.
Prosedur Penelitian
1. Persiapan bahan baku
Kayu Jabon diperoleh dari KM 13,5 binjai. Sampel pengujian sifat fisis dan
mekanis kayu terdiri dari MOE dan MOR, kerapatan, WL (Weight loss) dan RS (
Recovery of Set). Sampel MOE dan MOR dibuat dengan ukuran 30cm x 2cm x 2cm dan
2cm x 2cm x 2cm sebagai sampel WL (Weight loss) dan RS ( Recovery of set).
2. Persiapan contoh uji
Sebelum dilakukan pengempaan, Seluruh contoh sampel diuji kering dalam oven
selama ±24 jam pada suhu 100 0C dan diukur dimensi tebal (To) serta berat awalnya
(Wo). Kemudian seluruh sampel dilakukan perendaman NaOH 2% selama ±24 jam.
3. Proses densifikasi kayu
Pengempresan dilakukan pada arah radial (R) dengan rasio pemadatan 20%.
Pemadatan dilakukan dengan variasi suhu 120 0C, 140 0C, 160 0C, 180 0C, 200 0C
dengan waktu kempa selama 30 menit.
12
Universitas Sumatera Utara
13
Gambar 1 :Kempa Panas ( Hot Press)
Kayu yang telah dikempa selanjutnya dikeringkan dalam oven dan diukur tebalnya
tebal compresing (Tc). Kemudian dilakukan pengujian pemulihan tebal dengan cara
merendam di dalam air dingin selama 24 jam dan seluruh sampel dioven kembali
dengan suhu 100 0C selama 24jam. Kemudian diukur kembali tebal (Tr) dan berat akhir
kayu (Wr)
4. Analisis data
a. perhitungan RS dan WL
Besarnya pemulihan tebal (recovery of set = RS) dan kehilangan berat (weight
loss = WL) diukur dengan rumus:
x 100 %
x 100%
Keterangan rumus:
Tr = Tebal setelah perendaman
Tc = Tebal stelah pemadatan
Universitas Sumatera Utara
14
To = Tebal Awal
Wo = Berat awal
Wr = Berat setelah perendaman
Pengujian Sifat Fisis Kayu Jabon
Pengujian ini meliputi mengujian kerapatan..
Kerapatan
Contoh uji berukuran 2 x 2 x2 cm dalam keadaan kering udara ditimbang
beratnya (M). Selanjutnya diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk
menentukan volume contoh uji (V). nilai kerapatan dihitung dengan rumus :
Keterangan:
P
=kerapatan (g/cm3)
M
= berat contoh uji kering udara (g)
V
=volume contoh uji kering udara (cm3)
Pengujian Sifat Mekanis Kayu Jabon
Keteguhan Lentur Statis/Kekakuan (Modulus of elastiticity/MOE)
Pengujian MOE dilakukan bersama-sama dengan pengujian patah MOR,
sehingga contoh ujinya adalah sama yaitu berukuran 25 cm x 25 cm x2 cm. pengujian
dilakuan pada kondisi kering udara dibentangkan dengan pembebanan dilakukan di
tengah-tengah jarak sangga. Kecepatan pembebanan sebesar 10 mm/menit selanjutnya
diukur besarnya beban yang dapat ditahan oleh contoh uji sampai bats proporsi.
Nilai MOE dihitung dengan rumus :
Universitas Sumatera Utara
15
Keterangan :
MOE
= Modulus of elastisity (kg/cm2)
P
= Beban sampai batas proporsi (kg)
L
= Jarak sangga (cm)
Δy
=perubahan dekleksi setiap perubahan beban (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
h
= Tebal contoh uji (cm)
Modulus patah atau Modulus of Rupture (MOR)
Keteguhan Lentur Patah (Modulus of Rupture/MOR) Pengujian ini merupakan
kelanjutan dari pengujian keteguhan lentur statis (MOE), yakni sampai mencapai beban
yang menyebabkan kayu rusak. Besarnya nilai MOR dihitung dengan rumus :
MOR
Keterangan :
MOR
= Modulus or Rupture (kg/cm2)
P
= Beban pada saat kayu rusak (kg)
L
= jarak sangga (cm)
B
= tebal contoh uji (cm)
H
= lebar contoh uji (cm
Universitas Sumatera Utara
16
Sampel sifat
mekanis
Sampel sifat fisis
2 cm x 2 -cm
x 2cm
Oven
103 °C selama 24 jam
2 cm x 2 cm x 30
- Timbang Wo & To
Perendaman
Rendam dalam NaOH 2% selama 24
jam
Pemadatan
- Kempa dengan suhu 120 °C,140°C 160°C ,180°C
,200°C selama 30 menit
Sifat fisis
Sifat mekanis
Oven 100 °C selama
Dikering Udarakan
selama 14 hari
Hitung Tc & Wr
Rendam air dingin 24
jam
Oven 100 °C selama
Pengujian MOE &
MOR
Hitung Tr & Wr
Gambar 2. Bagan Metode Penelitian
Universitas Sumatera Utara
17
HASIL DAN PEMBAHASAN
Recovery of Set (RS) dan Weight Loss (WL)
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Recovery of set (RS) dan Weight Loss
(WL) kayu dan kompregnasi bervariasi antara 63,14%-132,92% dan 10,24%-17,77%
dengan pengempaan rata-rata ditunjukkan pada Gambar 1.
132.92
140
120
95.33
100
91.90
80
63.14
63.14
60
RS
40
WL
20
10.24
11.79
13.85
11.90
17.77
0
120
140
160
180
Suhu Pengempaan
200
OC
Gambar 3. Nila rata-rata RS dan WL pada pemadatan kayu Jabon
Pada Gambar 3 diatas menunjukkan
bahwa pengaruh suhu, waktu dan
perendaman dengan campuran NaOH 2% berpengaruh terhadap tingkat RS dan WL
kayu kompresi. Nilai rata-rata RS tertinggi pada suhu 140 oC dengan nilai 132,92%
dan nilai rata-rata RS terendah pada suhu 200 oC dengan nilai 63,14%, sedangkan nilai
rata-rata WL tertinggi terdapat pada suhu pengempaan 200 oC dengan nilai 17,77% dan
nilai rata-rata WL terendah pada suhu pengempaan 120 oC dengan nilai 10,24%. Secara
umum, semakin tinggi suhu dan lama waktu pemadatan akan mengasilkan nilai RS yang
semakin rendah dan semakin tinggi suhu dan waktu pengempaan akan mengakibatkan
nilai WL yang semakin besar, Hartono et al (2016) tetapi nilai RS pada suhu
17
Universitas Sumatera Utara
18
pengempaan 120 oC cenderung lebih rendah dibandingkan dengan suhu pengempaan
lainnya. Hal ini disebabkan karena pengaruh pada panas pengempaan yang
menyebabkan kurang terdegradasinya lignin dan hemiselulosa sebagai komponen kimia
utama kayu. Amin dan Dwianto (2006) menyatakan pelunakan hemiselulosa dan lignin
pada kayu terjadi pada perlakuan suhu diatas 120 oC, sehingga dengan pemberian suhu
140 oC, 160 oC dan 180 oC dapat mempercepat terjadinya deformasi sel penyusun kayu
dan fiksasi.
Selama terjadinya pengempaan, dinding sel kayu akan berubah bentuk sampai
mencapai target ketebalan tertentu akibat adanya tekanan pengempaan (hot press). Kayu
yang mengalami pengempaan (hot press) dengan rendaman larutan NaOH mampu
membantu proses pelunakan sehingga kayu mudah terdeformasi. Pengempaan juga
mampu mengakibatkan sebagian hemiselulosa terhidrolisasi karena hemiselulosa dan
lignin bersifat larut. Amin et al. (2007) mengatakan meningkatnya suhu dan tekanan
uap panas pada kayu jenuh air maupun jenuh NaOH akan melunakkan hemiselulosa dan
lignin sebagai komponen utama
kimia
kayu sehingga
kayu bersifat
plastis
dan memungkinkan terjadinya proses fiksasi. Selama terjadinya proses pengempresan,
lignin akan lunak akibat dari perlakuan suhu dan NaOH % tersebut.
Pengempaan kayu pada suhu tinggi dapat menyebabkan timbulnya tekanan uap
panas didalam cetakan tersebut dimana tekanan uap panas dapat mengeluarkan uap cair
dalam kayu, komponen kimia kayu terdegradasinya hemiselulosa dan lignin sehingga
dengan menguapnya sebagian komponen kayu dapat menyebabkan kehilangan berat
pada kayu, hal ini berkaitan dengan Dwianto et al. (1998) diacu dalam Amin dan
Dwianto (2006),
pengempaan kayu pada suhu di atas 180ºC dapat menyebabkan
Universitas Sumatera Utara
19
terdegradasi-nya komponen hemiselulosa dan lignin di dalam dinding sel, sebagai
akibatnya maka tegangan yang tersimpan dalam mikrofibril akan mengalami relaksasi.
Hasil Gambar 3 tampak faktor suhu, waktu dan rendaman NaOH 2% sangat
berpengaruh terhadap terjadinya kondisi fiksasi yang permanen, dimana ditandai dengan
menurunnya nilai RS. Selain menurunnya nilai RS, pengaruh suhu, waktu dan rendaman
NaOH 2% berpengaruh terhadap nilai WL pada kayu Jabon. Perendaman dalam larutan
NaOH 2% sebelum tahap pengempresan dan dilanjutkan dengan perlakuan suhu yang
menyebabkan adanya tekanan uap panas pada hot press yang menyebabkan
terdegradasinya komponen kimia dan komponen zat ekstraktif lainnya.
Selain faktor suhu dan waktu berpengaruh terhadap RS dan WL, pengaruh suhu
dan waktu juga berpengaruh terhadap perubahan warna pada kayu. Pada saat proses
pemadatan, kayu mengalami perubahan warna dari 120 ºC hingga 200 ºC. Pada suhu
200 ºC kayu berwarna coklat tua lebih gelap dibandingkan dengan pengempaan suhu
lain. Hal ini diakibatkan suhu pengempaan yang tinggi. Warna kayu jabon kontrol lebih
cerah dibandingkan dengan hasil kayu yang dipadatkan. Menurut Inoue et al. 1992
diacu dalam Sulistiyono dan Surjokusumo (2001), kayu di densifikasi memberikan
tampilan warna yang atraktif, dimana warnanya berubah menjadi sedikit lebih gelap dari
kayu asalnya sebagai akibat dari pengaruh suhu dan lama pengempaan saat proses
densifikasi kayu berlangsung. Kayu jabon yang dipaadatkan memiliki kesan raba yang
lebih halus dari kayu kontrol, hal ini terjadi karena adanya pemadatan pori atau rongga
sel kayu, sehingga permukaan menjadi lebih halus dibandingkan kayu dengan pori atau
rongga yang besar-besar (Wadhani,2005).
Untuk lebih jelasnya, sampel kayu
Universitas Sumatera Utara
20
Jabon baik control dan dipadatkan disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Sampel kayu jabon control dan dipadatkan
Sifat Fisis Kayu Jabon
Kerapatan
Nilai rata-rata kerapatan kayu Jabon kontrol 0.36 g/cm3 setelah dipadatkan nilai
rata-rata sebesar 0,38-0,43 g/cm3 untuk jelasnya data kerapatan kayu Jabon kontrol dan
dipadatkan dapat dilihat grafiknya pada Gambar 4.
0.5
0.43
0.45
Kerapatan gr/cm3
0.4
0.43
0.41
0.36
0.39
0.38
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
kontrol
120
140
160
180
200
Suhu Pengempaan (oC)
Gambar 4. Grafik rata-rata kerapatan kayu Jabon
Nilai kerapatan kayu jabon paling tinggi adalah 0,43 g/cm3 yang diperoleh pada
suhu pengempaan 140 oC dan nilai kerapatan paling rendah 0,38 g/cm 3 diperoleh pada
suhu pengempaan 120 oC dengan waktu pengempaan 30 menit. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa nilai kerapatan kayu jabon yang dipadatkan dengan rasio
Universitas Sumatera Utara
21
pemadatan 20% meningkat dibandingkan kayu jabon kontrol, yaitu meningkat dengan
kisaran 5,55% - 19,4 %.
Berdasarkan Gambar 4 menunjukkan bahwa kerapatan kayu jabon yang
dipadatkan meningkat dengan semakin meningkatnya suhu pengempaan. Namun pada
suhu pengempaan 120 oC hanya mengalami kenaikan 0,02 g/cm 3, sementara pada suhu
140 oC-180 oC nilai kerapatan kayu jabon meningkat hingga 0,43 g/cm 3.
hal ini
disebabkan karena rongga sel dan dinding sel menjadi lebih padat dan hanya
mengandung sedikit hemiselulosa pada dinding sel. Peningkatan kerapatan kayu pada
penelitian ini juga dipengaruhi oleh perendaman dengan campuran NaOH 2 % sehingga
kayu menjadi lunak (plastis). Hal ini dijelaskan (Onggo dan Astuti, 2005) bahwa selain
dapat melarutkan dan melunakan lignin dan hemiselulosa, penetrasian larutan NaOH
juga menyebabkan melemahnya ikatan antar serat. Pelunakan hemiselulosa dan lignin
kayu terjadi pada perlakuan suhu diatas 120 oC sehingga dengan pemberian suhu 140ºC,
160ºC dan 180ºC dapat mempercepat terjadinya deformasi sel penyusun kayu dan
fiksasi. (Efrida,2014) juga menjelaskan kerapatan kayu yang dipadatkan bertambah
terkait dengan berkurangnya porositas kayu karena dinding sel kayu satu dengan lainnya
saling merapat akibat melunaknya lignin.
Selanjutnya pada suhu 200 oC nilai kerapatan kayu jabon menurun hingga
mencapai nilai 0,39 g/cm3 hal ini disebabkan karena pengaruh panas dan suhu tinggi
pengempaan dapat merusak ikatan hydrogen antar molekul air sehingga kayu
mengalami pengeringan dan diduga terjadi rusaknya sel dalam kayu. Rusaknya molekul
air akibat perlakuan suhu tinggi menyebabkan terjadinya kerusakan pada ikatan H antar
molekul-molekul di dalam matriks hemiselulosa-lignin (Amin & Dwianto 2006). Selain
itu, menurut Wardhani (2006) penurunan kerapatan kayu juga dipengaruhi oleh
Universitas Sumatera Utara
22
penurunan berat kayu dan volume kayu karena adanya zat ekstraktif yang terlarut atau
menguap selama proses densifikasi berlangsung yang terdapat sel-sel di permukaan
sampel.
Sifat Mekanis Kayu Jabon
Modulus of Elasticity (MOE)
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata MOE kayu jabon setelah
dikempa berkisar antara 59315,79-71035,54 kg/cm2 meningkat dibandingkan dengan
nilai MOE kayu jabon kontrol yaitu sebesar 49612,08 kg/cm 2. Untuk lebih jelasnya,
nilai MOE kayu jabon kontrol dan kayu yang dipadatkan dapat dilihat grafinya pada
Gambar 5.
80000
71035.54
70000
64864.85
63978.4
59315.79
61501.59
180
200
60000
MOE kg/cm2
49612.08
50000
40000
30000
20000
10000
0
kontrol
120
140
160
Suhu Pengempaan oC
Gambar 5. Grafik rata-rata MOE kayu Jabon
Hasil rata-rata MOE kayu jabon disajikan pada Gambar 5 menunjukkan bahwa
nilai rata-rata berkisar antara 59315,79-71035,54 kg/cm2. Nilai MOE terendah dengan
nilai rata-rata 59315,79 kg/cm2 diperoleh pada perlakuan suhu pengempaan 180 oC dan
nilai MOE tertinggi diperoleh dengan nilai rata-rata 71035,54 kg/cm2 pada suhu
pengempaan 120 oC dengan masing-masing waktu 30 menit pengempaan.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 5 menunjukkan adanya peningkatan nilai MOE pada kayu yang
dikempa dibandingkan dengan kayu kontrol. Pemadatan kayu terbukti mampu
meningkatkan kelenturan dan kekakuan kayu. Amin et al (2004) menyatakan bahwa
peningkatan sifat mekanis kayu terpadatkan dapat terjadi karena melunaknya komponen
lignin dalam kayu karena pengaruh suhu, yang kemudian menyebabkan lignin tersebut
menyebar dan mengisi bagian kayu yang berongga dan mengikat polimer-polimer
penyusun kayu seperti selulosa dan hemiselulosa.
Menurut Wardhani (2005) pemadatan menyebabkan rongga sel memipih,
meningkatkan kerapatannya dan merubah struktur anatomi kayu. Densifikasi kayu
dengan suhu dan waktu kempa menyebabkan lumen menyempit dan dinding sel
semakin rapat satu dengan lainnya. Selain itu dengan adanya panas dan pengempaan
dengan waktu tertentu menyebabkan bagian dinding sel yang mengandung selulosa
mengalami plastisasi sehingga terjadi bentuk permanen. Sedangkan Dwianto et al.
(1999) dalam Amin dan Dwiato (2006), menyatakan bahwa peningkatan nilai MOE
juga disebabkan oleh terjadinya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah amorf dari
mikrofibril yang direkat dengan lignin yang mengalir akibat pemanasan pada proses
plastisasi dengan pengaturan suhu dan waktu kempa.
Pada pengempaan suhu 180 oC nilai MOE mengalami penurunan hingga
59315,79 kg/cm2 hal ini dikarenakan pada proses pengempaan dengan suhu terlalu
tinggi dapat merusak kandungan kimia dan struktur sel anatomi kayu pada dinding sel
sehingga struktur sel mengalami deformasi. Penelitian Eliezer (2014) mengatakan
pengempaan dengan suhu kempa yang tinggi (160oC – 200oC) akan merusak struktur sel
pada bagian kayu sehingga menyebabkan tejadinya penurunan nilai MOE sehingga
tidak terjadi gaya reaksi yang bekerja untuk melawan gaya dari luar.
Universitas Sumatera Utara
24
Keteguhan Lentur Patah/Modulus Of Rupture (MOR)
Nilai MOR kayu jabon yang dipadatkan berkisar antara 313,27 kg/cm²529,51kg/cm², meningkat jika dibandingkan dengan nilai MOR kayu kontrol yaitu
sebesar 421,34 kg/cm², untuk lebih jelasnya nilai MOR untuk kayu Jabon kontrol dan
yang dipadatkan dapat dilihat grafiknya pada Gambar 6.
600
529.51
533.35
485.67
500
MOR kg/cm2
421.34
390.48
400
313.27
300
200
100
0
kontrol
120
140
160
Suhu Pengempaan
180
200
OC
Gambar 6. Grafik rata-rata MOE kayu jabon
Gambar 6 menunjukkan bahwa nilai rata-rata MOR terendah diperoleh pada
perlakuan suhu pengempaan 180oC dengan nilai 313,27 kg/cm2 sedangkan nilai MOR
yang tertinggi diperoleh pada suhu pengempaan 140 oC dengan nilai 533,35 kg/cm2
dengan waktu pengempaan masing-masing 30 menit.
Berdasarkan nilai MOR diatas, bahwa tidak semua kayu jabon yang dipadatkan
mengalami peningkatan jika dibandingkan dengan kayu jabon kontrol. Kayu jabon yang
tidak mencapai kenaikan nilai adalah pada suhu pengempaan 180 oC dan 200 oC dengan
waktu pengempaan 30 menit, hal ini dikarenakan pada suhu kempa yang terlalu tinggi
mengakibatkan kerusakan pada kayu selama proses pengempaan sama seperti pengujian
MOR, yang mengalami penurunan pada suhu 180 oC.
Universitas Sumatera Utara
25
Faktor lain yang mempengaruhi terjadinya penurunan nilai MOR pada suhu 180200 oC
kayu mengalami kerusakan pada struktur anantominya sehingga setelah
dipadatkan nilai MOR menurun. Hal ini sejalan dengan yang dikemukakan Wardhani
(2005), bahwa kerusakan struktur anatomi kayu pada dinding sel akan menurunkan
kekuatan kayu.
Pada suhu 120-140 oC menunjukkan nilai MOR lebih tinggi dibandingkan
dengan suhu pengempaan lainnya dimana kombinasi suhu dan waktu kempa dapat
mengikat perubahan bentuk kayu densifikasi, sehingga menjadi lebih padat dengan
memipihnya rongga sel, mengurangi kadar air kayu dan mengikat komponen-komponen
sel sehingga lebih mampu menahan beban dibandingkan kayu tanpa densifikasi dalam
beban yang sama. Menurut Rilatupa et al. (2004), peningkatan MOR pada kayu
densifikasi terjadi karena densifikasi menyebabkan struktur sel menjadi lebih padat dan
merata selain adanya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah amorf dari
mikrofibril. Faktor lain yang mempengaruhi nilai MOR yang meningkat pada suhu 140
o
C adalah perendaman kayu dengan larutan NaOH 2% yang menunjukkan bahwa
larutan NaOH 2% lebih besar pengaruhnya dalam mencapai fiksasi kayu kompresi.
Meningkatnya suhu dan tekanan uap panas pada kayu jenuh air maupun jenuh NaOH
akan melunakkan hemiselulosa dan lignin sebagai komponen utama kimia kayu
sehingga kayu jadi bersifat plastis dan memungkinkan terjadinya proses fiksasi Amin at
el(2007).
Pengaruh suhu dan waktu kempa dapat mengikat perubahan bentuk kayu yang
dipadatkan, sehingga menjadi lebih padat dan memipihnya rongga sel, mengurangi
kadar air kayu dan mengikat komponen-komponen sel sehingga lebih mampu menahan
beban yang sama Menurut Rilatupa et al. (2004), peningkatan MOE dan MOR pada
Universitas Sumatera Utara
26
kayu didensifikasi menyebabkan struktur sel menjadi lebih padat dan merata pada setiap
bagian kayu yang didensifikasi selain adanya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah
amorf dari mikrofibril.
Universitas Sumatera Utara
27
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Pengaruh suhu dan waktu pemadatan berpengaruh terhadap kayu jabon yang
dipadatkan dengan masing-masing suhu 120oC, 140 oC,160 oC,180 oC dan 200 oC
dengan waktu pengempaan 30 menit.
2. Pengaruh suhu dan waktu terhadap sifat fisis kayu jabon, dengan RS meningkat
pada suhu 140 oC dengan nilai 132,92%, nilai WL meningkat pada suhu 200 oC
dengan nilai 17,77% dan nilai kerapatan meningkat pada suhu 140 oC dari 0,36
gr/cm2 menjadi 0,42 gr/cm3.
3. Pengaruh suhu dan waktu terhadap sifat mekanis kayu, dengan nilai MOE naik
dari 49621,08 kg/cm2 ke 71035,54 kg/cm2 dan MOR mengalami kenaikan dari
421,34 kg/cm2 ke 529,51 kg/cm2.
Saran
Berdasarkan hasil penelitian ini sebaiknya proses pemadatan kayu Jabon dapat
dilakukan dengan lebih baik lagi agar hasil yang diperoleh sesuai dan dapat memberikan
pengaruh yang baik terhadap proses pemadatan.
26
Universitas Sumatera Utara