Wahyu Dwianto
UPT. Balai Penelitian dan Pengembangan Biomaterial LIPI Jl. Raya Bogor Km. 46, Cibinong-Bogor 16911
*E-mail: [email protected] ABSTRAK
Alat Close System Compression (CSC) menerapkan teknik pemadatan kayu dengan memanfaatkan kadar air tinggi yang tersimpan dalam kayu sebagai sumber uap. Kadar air kayu yang tinggi tersebut dapat membantu pelunakan dan fiksasi kayu kompresi. Namun pada kondisi pelunakkan dan diberikan pembebanan berupa suhu dan tekanan dari luar yang tinggi, seringkali menghasilkan kayu kompresi yang kurang baik atau bahkan terjadi kerusakan. Pemadatan kayu kering dan perlakuan uap lebih lanjut dapat dijadikan alternatif proses densifikasi kayu. Untuk mendapatkan kayu kompresi dengan nilai Recovery of Set (RS) optimum, penggunaan kayu kering membutuhkan perlakuan uap yang lebih lama apabila dibandingkan dengan metode CSC pada kondisi kayu basah. Namun, penggunaan kayu kering menghasilkan kayu kompresi yang lebih baik dilihat dari target tebal dan pengamatan visual kayu kompresi yang dihasilkan.
Kata kunci : Kayu kompresi, Close Sytem Compression (CSC), Recovery of set (RS). PENDAHULUAN
Upaya peningkatan sifat kayu dapat dilakukan dengan memampatkan kayu sehingga kerapatan kayunya meningkat. Teknik pemadatan kayu pada umumnya diterapkan untuk meningkatkan kualitas dari jenis kayu berkerapatan rendah-sedang, dimana jenis-jenis kayu tersebut biasanya memiliki nilai sifat mekanis yang rendah. Permasalahan utama dalam pemadatan kayu adalah fiksasi atau stabilitas dimensi dari pengaruh kondisi kelembaban udara, air, ataupun kondisi lingkungan lainnya. Oleh karena itu, studi tentang teknologi dan mekanisme fiksasi kayu kompresi terus dikembangkan. Menurut Morsing (2000), ada tiga mekanisme memperbaiki atau mempertahankan kayu kompresi, yaitu mencegah terjadinya pelunakan kayu kompresi dengan mengubah higroskopisitas dinding sel sehingga dinding sel tidak dapat diakses air, membentuk ikatan silang kovalen antara komponen kayu di dalam kayu kompresi, dan merelaksasi tegangan yang tersimpan di dalam mikrofibril dan polimer matriks selama kompresi.
Mendeformasi kayu melalui kompresi harus dilakukan pada di atas suhu transisi
glass (Tg) dari komponen dinding sel kayu, sehingga tidak terjadi kerusakan. Selama proses kompresi, daerah kristal dari mikrofibril bersifat elastis. Energi regangan elastis disimpan dalam makromolekul selulosa, dan pelepasan energi ini dianggap menyebabkan pemulihan tebal. Selain itu, diyakini bahwa selama proses tersebut, tegangan internal juga terbentuk dan disimpan dalam amorphous hemiselulosa dan
lignin dan semi-kristal selulosa (Dwianto et al. 1998, Dwianto et al. 1999, Fang et al. 2012)
Inoue et al. (1993) menyatakan bahwa fiksasi dapat dicapai dengan perlakuan uap lanjut pada suhu 200 oC selama 1 menit atau 180 oC selama 8 menit. Reynolds (2004) menyimpulkan bahwa pengembangan tebal bisa secara signifikan dikurangi dengan perlakuan uap jenuh pada suhu 200 oC. Sebuah studi oleh Dwianto et al. (1999) menunjukkan bahwa pemulihan tekanan deformasi (recovery of compressive deformation) menurun dengan perlakuan uap dan selama 10 menit pada suhu 200 oC terjadi relaksasi tegangan. Navi dan Heger (2004) melaporkan bahwa fiksasi kayu kompresi dapat diperoleh dengan memberikan perlakuan berbagai kondisi uap jenuh, yaitu 165 oC selama 30 menit, 190 oC selama 8 menit, atau 200 oC selama 2 menit. Teknik pemadatan kayu dengan memanfaatkan kadar air yang tersimpan dalam kayu basah sebagai sumber uap, diterapkan pada alat Close System Compression (CSC). Terdapat tiga tahapan dalam metode ini, yaitu (1) Proses pelunakan, kayu dalam kondisi titik jenuh air (TJS) di panaskan di atas suhu Tg di dalam alat CSC di antara pelat hotpress, (2) Pengempaan, kayu yang sudah mulai melunak dimampatkan secara perlahan sampai target ketebalan tercapai dan alat CSC tertutup, (3) Proses Fiksasi, perlakuan uap dengan memanfaatkan kadar air yang tersimpan dalam kayu.
Karena kondisi kayu yang terlalu lunak dan karakteristik mekanik yang rendah, perlakuan tekanan dan suhu tinggi seringkali menghasilkan kayu kompresi dengan bentuk dan ukuran yang kurang baik, atau bahkan terjadi kerusakan. Selain itu, perlakuan uap dapat mengakibatkan kehilangan berat pada kayu kompresi yang dihasilkan. Pemberian tekanan uap dan suhu yang semakin tinggi dengan metode CSC mengakibatkan kehilangan berat yang semakin tinggi (Amin et al. 2006). Menurut Adi (2009) proses pemadatan kayu dengan metode CSC mengakibatkan terdegradasinya komponen kimia kayu yaitu hemiselulosa antara 13-33% dan α-selulosa 1-10%. Terdegradasinya komponen penyusun kayu akibat perlakuan tekanan uap yang terlalu tinggi diindikasikan sebagai salah satu penyebab kerusakan kayu kompresi yang dihasilkan. Penelitian ini berkaitan dengan pengamatan karakteristik kayu dari kayu kompresi yang di kempa panas pada kondisi kering dan dilanjutkan dengan perlakuan uap pada chamber CSC dibandingkan dengan pembuatan kayu kompresi pada kondisi basah atau (TJS) dengan metode CSC.
Bahan dan Metode
Contoh uji menggunakan kayu sengon (Albizia falcataria L. Nielsen) bebas cacat dengan ukuran 50 mm (longitudinal) x 50 mm (tangensial) x 40mm (radial). Pemadatan kayu dilakukan pada arah radial sebesar 50 % atau dengan target tebal 20 mm. Contoh uji memiliki kerapatan kering oven ± 0.23 g/cm3.
Proses Kompresi Kayu Kering
Pada kondisi kering oven, dilakukan pengukuran untuk mendapatkan tebal (to), berat (wo), dan kerapatan (bjo). Pemadatan kayu dilakukan dengan kempa panas dengan suhu 170 oC. Sebelum contoh uji dikempa, terlebih dahulu diberikan pemanasan awal selama 10 menit dengan cara meletakkan di antara pelat. Pengempaan dilakukan selama 30 menit setelah target ketebalan tercapai. Selanjutnya contoh uji kayu dimasukan ke dalam desikator untuk meminimalisir kontak langsung dengan udara ruang. Contoh uji yang telah dikompresi (kondisi setting) diberikan perlakuan uap lebih lanjut didalam alat CSC yang dikempa panas. Air dimasukkan ke dalam alat CSC sebagai sumber uap,
dengan suhu 170 dan 180 oC selama 15, 30, 45, dan 60 menit. Selanjutnya dioven pada suhu 105 oC selama 24 jam dan dilakukan pengukuran tebal (tc), berat (wc).
Proses Kompresi Kayu Basah
Pengukuran awal dilakukan seperti pada contoh uji kompresi kondisi kayu kering. Selanjutnya contoh uji direndam air sampai kadar air ± 125 %. Proses pemadatan kayu dilakukan dengan metode CSC pada suhu 180 oC selama 30 menit. Selanjutnya dikering ovenkan dan dilakukan pengukuran tebal (tc), berat (wc).
Pengujian
Karakteristik kayu kompresi yang diamati diantaranya pengamatan tebal dan peningkatan kerapatan dilakukan pada kondisi kering oven. Sedangkan untuk mengetahui fiksasi atau nilai rasio Recovery of Set (RS), kayu kompresi direbus ke dalam air mendidih (± 100 oC) selama 60 menit, dan dikeringkan dengan oven pada suhu 105 oC selama 24 jam. Selanjutnya diukur pengembangan tebalnya (tr).
Nilai rasio RS dihitung dengan menggunakan rumus: RS = tr-tc
to-tc 100 ( )
Sedangkan rasio kehilangan berat (WL) dihitung dengan rumus : WL = wow-wc
o 100 ( )
HASIL DAN PEMBAHASAN