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
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
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI... ii
DAFTAR TABEL... iii
Sifat Umun Kayu ... 1
Perubahan Dimensi Kayu... 2
DAFTAR TABEL
Halaman
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)
(21-32%), 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
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
(<1%).
Menurut Haygreen & Bowyer (1996), cara untuk mengurangi perubahan
dimensi kayu yang disebabkan oleh air:
1. Menghalangi penyerapan uap air dengan pelapisan produk.
Berupa pelapisan dengan cat dan resin sintetis. Merupakan cara yang umum
tapi tidak efektif, karena tidak satupun yang menghalangi gerakan uap air
secara sempurna, tapi akan memperlambat laju difusi.
2. Menghalangi perubahan dimensi dengan penahanan yang membuat gerakan
menjadi sukar atau tidak mungkin.
Masalah pada cara ini adalah terjadinya tekanan-tekanan internal apabila kayu
berusaha mengembang tetapi dihalangi, sehingga adapat mengakibatkan
gangguan bentuk atau cacat kayu.
3. Memperlakukan kayu dengan bahan yang menggantikan semua atau sebagian
air terikat di dalam dinding sel.
Dilakukan pada kayu yang masih segar dan bahan perlakuan tetap tinggal
dalam dinding sel ketika kayu tersebut dikeringkan. Bahan yang pertama
digunakan adalah resin phenol formaldehid (PF) melalui proses impregnasi.
Bahan lainnya adalah polietilen glikol (PEG), berupa seperti lilin yang
dilarutkan dengan air.
4. Menghasilkan kayu untuk menghasilkan saling ikatan silang antara gugus
Ikatan silang dapat mengurangi higroskopisitas kayu dengan mengurangi
tempat iakatan untuk air di dalam dinding sel.
5. Pengisian dengan monomer-monomer plastik seperti metil metakrilat dan
stiren akrilonitril.
Monomer tersebut dapat dipolimerisasikan dengan radiasi atau pemanasan
dengan katalisator yang sesuai. Monomer tersebut biasanya tidak seefisien
PEG, karena monomer hanya memiliki jalan masuk yang terbatas ke dinding
sel.
Menurut laporan BRE 2006, referensi yang berhubungan dengan stabilitas
dimensi kayu terasetilasi menunjukkan bahwa kayu itu lebih tahan penyusutan
dan pengembangan pada persen penambahan berat (WPG/weight percent gain)
sebesar 20 %. Sumber informasi termasuk:
1. Laporan SHR kepada Titanwood (2006) adalah ringkasan dari proyek AIR
orang Eropa kolaboratif (1993-1995), menunjukkan bahwa nilai WPG dari
kayu yang terasetilasi berbanding lurus terhadap nilai ASE (antishrink
efisiensi). Menurut Hill 2006, nilai koefisien pengembangan volume (S)
berbanding terbalik dengan nilai WPG, sedangkan nilai ASE berbanding
lurus dengan nilai WPG. Peningkatan stabilitas dimensi didalilkan atas hasil
dari gugus hidroksil yang higroskopis digantikan oleh gugus asetil yang
bersifat kurang higroskopis.
2. Hill (2006) menyajikan bukti stabilitas dimensi kayu yang termodifikasi.
Dilaporkan bahwa memodifikasi kayu dengan bahan pereaksi anhidrid maka
stabilitas dimensi tidak berhubungan dengan penggantian hidroksil tetapi
berhubungan dengan persen penambahan berat (WPG) dari modifikasi
dinding sel.
3. Laporan SHR (2005) mengenai performa dari pelapisan kayu pada panel kayu
terasetilasi (<20%) dari kayu gubal Scots pine setelah hampir 10 tahun
terekspose di luar. Perubahan dimensi kayu terasetilasi terlihat berkurang
80% jika dibandingkan dengan kayu yang tidak diberi perlakuan.
Menurut Bryant, dengan memodifikasi kimia dinding sel kayu, kita dapat
mengurangi kecenderungan sifat kayu untuk mengabsorbsi air. Orang sulit
sebanyak 80% dari kayu yang cenderung untuk mengembang dan menyusut. Hal
ini tidak pernah sepenuhnya menstabilkan dimensi kayu.
Dari berbagai metoda tentang stabilitas kayu, Stamm sudah membuat lima
pendekatan, yaitu:
1. Stabilisasi mekanis melalui laminasi silang seperti pada kayu lapis.
2. Mengaplikasikan lapisan anti air pada kayu baik secara eksternal maupun
secara internal. Pelapisan secara eksternal seperti pelapisan dengan
pengecatan atau menggunakan bahan dasar lilin. Pelapisan internal seperti
menggunakan bahan pengawet pentaklorofenol sebagai bahan penolak air.
3. Menurunkan sifat higroskopis material selulosa dengan perlakuan kimia.
Bahan-kimia harus masuk dinding sel dari kayu melalui perlakuan uap air
atau penetrasi cairan. Contohnya adalah kayu asetilasi. Metode baru yang
sudah adalah metode grafting polimer menggunakan sinar gamma.
4. Menggunakan bahan kimia untuk membentuk ikatan silang dengan selulosa
itu sendiri. Formaldehida dalam bentuk uap air telah digunakan secara
langsung untuk menyambung gugus ikatan air dari selulosa. Proses belum
berhasil, karena pengaruh katalisator asam pada kayu yang mengganggu
sehingga reaksi tidak efektif.
5. Perlakuan kimia menggunakan bulking agent pada dinding sel. Bulking agent
akan masuk ke dalam ruang-ruang kosong pada sel menggantikan air,
sehingga dimensi kayu menjadi lebih stabil. Contoh bulking agent adalah
resin phenol yang bobot molekulnya rendah dan polyethylene glycol (PEG).
Proses pemsaukan bulking agent ke dalam kayu yang menggunakan tekanan
dan panas disebut compregnasi.
6. Pengisian sel, yaitu suatu pendekatan stabilisasi dimensi yang tidak efisien.
Di sini cairan diimpregnasi ke dalam kayu sampai masuk ke rongga sel.
Bahan pengisi yang biasa digunakan adalah logam yang mempunyai titik
lebur sangat rendah dan stirena.
Dasar untuk menentukan modifikasi kimia kayu untuk tujuan tertentua
dalah komponen kayu mana yang akan dimodifikasi. Untuk daya serap air maka
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
Tabel 1. Hubungan WPG dan ASE pada berbagai jenis bahan kimia
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
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
