KARYA TULIS
DETERMINASI KETERBASAHAN
(WETTABILITY) 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 “Determinasi
Keterbasahan (Wettability) Kayu“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai metode
determinasi keterbasahan kayu yang akan mempengaruhi sifat perekatannya.
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 GAMBAR ... iii
Keterbasahan ... 1
Determinasi Keterbasahan Partikel Kayu (Metode CWAH) ... 5
Determinasi Keterbasahan Kayu Solid Atau Papan Komposit (Metode CCA) ... 6
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Visualisasi keterbasahan ... 1
DETERMINASI KETERBASAHAN (WETTABILITY) KAYU
Keterbasahan
Keterbasahan (wettability) adalah kondisi suatu permukaan yang
menentukan sejauh mana cairan akan ditarik oleh permukaan, mempengaruhi
absorpsi, adsorpsi, penetrasi dan penyebaran perekat (Marra, 1992).
Ikatan antara perekat dan permukaan sirekat dimungkinkan terjadi karena
perekat lebih dulu membasahi permukaan, dengan kata lain perekat harus
diaplikasikan dalam bentuk cairan (sebagai larutan, dispersi atau hot-melt).
Ukuran keterbasahan suatu permukaan adalah sudut kontak yang terbentuk antara
cairan yang jatuh pada permukaan yang datar dan halus
(www.specialchemical4adhesive.com).
Sumber : www.specialchem4adhesive.com
Gambar 1. Visualisasi keterbasahan
Pembasahan yang baik terjadi ketika sudut kontak ( ) antara perekat dan
substrat lebih rendah dari 900. Pembasahan sempurna terjadi ketika ikatan
molekular antara cairan dan padatan (adherend) lebih besar dibandingkan ikatan
molekular dalam cairan. Berhasil atau tidaknya cairan membasahi suatu padatan
tergantung pada tegangan permukaan kedua substan, misalnya polimer dan
substrat.
Keterbasahan kayu didapatkan dengan mengukur sudut kontak antara garis
rekat cair dengan permukaan kayu (semakin besar sudut, semakin sedikit
grafik kosinus antara sudut kontak cairan dengan tegangan permukaan cairan
untuk memperoleh tegangan permukaan yang setara dengan sudut kontak nol (cos
=1). Tegangan kritis permukaan yang terjadi pada sudut kontak nol menandakan
tegangan permukaan bawah cairan menyebar dan membasahi adheren secara
spontan. Secara umum, semakin tinggi energi permukaan kayu maka semakin
baik untuk mengikat, terutama untuk perekat yang mengandung air.
Banyak ilmuwan telah mendokumentasikan bahwa tegangan kritis
permukaan kayu bervariasi dari 20 sampai lebih dari 70 dynes/cm, tergantung
pada perlakuan pendahuluan dari permukaan itu. Tegangan kritis permukaan dari
kayu kering berkisar 20–40 dynes/cm, menandakan keadaan nonpolar atau
hidrofobik alami dari kayu kering. Suhu pengeringan yang berlebihan dan
lamanya waktu pengeringan merupakan penyebab utama menurunnya energi
permukaan. Tegangan kritis permukaan kayu meningkat sampai dengan 70
dynes/cm ketika kadar air meningkat sampai 30%.
Peningkatan energi permukaan yang dipengaruhi kadar air, terjadi karena
pengembangan struktur kayu yang melepaskan gugus hidroksi polar akan
mengembangkan cairan dan polimer perekat. Perekat cair dapat menyebabkan
pengembangan kayu secara substansial. Dengan demikian, beberapa perekat kayu
mempunyai kapasitas untuk mengkonversi permukaan kayu yang energinya
rendah menjadi energi permukaan yang jauh lebih tinggi. Proses peralihan kayu
gubal menjadi kayu teras akan mengurangi energi permukaan, karena adanya
ekstraktif nonpolar. Perekat cair dengan pH rendah seperti urea formaldehida
mempunyai kesulitan dalam pembasahan dan menempel pada permukaan.
Sedangkan perekat cair yang bersifat alkali (pH>8) seperti phenol formaldehida
untuk perekat kayu lapis, dapat memecahkan ekstraktif nonpolar, dan
meningkatkan energi permukaan sehingga cukup untuk membentuk ikatan yang
baik (Wellons, 1983).
Perekat yang tidak mengandung air seperti hot melt, yang dipersiapkan
untuk kayu kering merupakan perekat yang rendah energi. Perekat rendah energi
ini tidak mampu memindahkan airnya dari permukaan kayu dalam rangka
karena itu, ketika kadar air kayu meningkat, kualitas ikatan akan menurun dengan
semakin sedikitnya sistem perekat polar (Wellons, 1983).
Keterbasahan dipengaruhi oleh berbagai faktor, yang berhubungan dengan
perekat (tegangan permukaan, suhu, kekentalan) dan kayu (kerapatan, porositas,
ekstraktif). Kayu-kayu yang berkerapatan rendah (porositasnya tinggi) menjadi
lebih baik untuk dibasahi, sedangkan ekstraktif dalam jumlah berlebihan, atau
ekstraktif nonpolar seperti terpena dan asam lemak, mempunyai pengaruh yang
kurang baik. Keterbasahan juga dipengaruhi oleh kebersihan permukaan kayu
dan kondisi-kondisi pengerjaan dengan mesin. Sebagai contoh, pisau yang tidak
tajam menyebabkan permukaan kayu menjadi terlalu panas atau terjadi
compaction (permukaannya mengeras). Pengeringan vinir pada suhu tinggi, di
atas 160 0C (320 0F) mengakibatkan menurunnya keterbasahan (Tsoumis, 1991).
Keterbasahan diukur dari sudut kontak antara garis terluar perekat dengan
permukaan bidang rekat menggunakan Metode Cosinus Sudut Kontak/CSK
(Cosine-Contact Angle=CCA) atau dapat juga diukur dengan Metode Tinggi Air
Absorbsi Tekoreksi/TAAT (Corrected Water-Absorbption Height/CWAH).
Metode CWAH menggunakan alat yang sedikit rumit dan mengurangi
subjektivitas dalam membaca angka. Pengukuran keterbasahan dengan sudut
kontak merupakan metoda yang memakan waktu dan ketelitian yang rendah
(Bodig, 1962 dalam Warsa, 1983).
Casilla et al. (1981) telah meneliti teknik pencelupan (an immersion
technique) untuk mengukur keterbasahan kayu. Teknik yang merupakan
modifikasi dari teknik Wilhelmy ini tidak hanya mampu mengukur keterbasahan,
tapi juga absorbsi dalam kayu. Sehingga teknik pencelupan sangat potensial untuk
aplikasi pada bidang perekatan, pengawetan dan modifikasi kayu.
Keterbasahan dapat diukur dengan sudut kontak dan tinggi air absorpsi
terkoreksi (TAAT=CWAH) untuk papan partikel. Namun hasil pengukuran
TAAT tidak mencerminkan kualitas permukaan kayu yang akan direkat. Pada
cara TAAT, kayu dihaluskan sehingga bagian permukaan dengan bagian yang
bukan permukaan kayu tidak dapat dibedakan. Hal ini merupakan kelemahan
bagi pengukuran keterbasahan dengan cara TAAT bila dibandingkan dengan cara
merupakan nilai keterbasahan dari permukaan kayu yang akan direkat sehingga
relatif lebih akurat jika dipakai untuk menduga keteguhan rekat.
Hse (1972) menyatakan bahwa sudut kontak tidak ada hubungannya
dengan solid content. Sudut kontak memiliki hubungan yang signifikan dengan
kualitas ikatan rekat. Sudut kontak perekat yang besar akan mencegah kelebihan
penetrasi perekat yang biasanya mnyebabkan ikatan yang lemah. Warsa (1983)
menyatakan bahwa ada hubungan antara tinggi tinggi air absorpsi terkoreksi
dengan keteguhan rekat. Dalam penelitian lima jenis kayu, nilai keterbasahan
yang paling besar adalah kayu damar sedangkan nilai keterbasahan (CWAH) yang
paling kecil adalah kayu jati. Rata-rata nilai keterbasahan (CWAH) kayu damar,
meranti, mahoni, kamper dan jati berturut-turut adalah 1015 mm, 690 mm, 672
mm, 478 mm dan 467 mm. Sedangkan rata-rata nilai kekuatan geser plywood
kayu damar, meranti, mahoni, kamper dan jati berturut-turut adalah 163 psi, 165
psi, 117 psi, 120 psi dan 149 psi. Korelasi antara indeks gluability (kekuatan
rekat) dan keterbasahan menguatkan kebenaran teori adhesi spesifik.
Dimungkinkan untuk memprediksi nilai-nilai kekuatan rekat nisbi dari suatu jenis
kayu yang tak dikenal dengan mengukur keterbasahannya secara sederhana.
Sifat keterbasahan kayu yang diukur dengan metode tinggi air absorpsi
terkoreksi (TAAT) naik setelah kadar zat ekstraktifnya berkurang. Zat ekstraktif
keluar dari selumbar karena perlakuan perendaman air dingin, air panas dan
pengukusan. Berkurangnya zat ekstraktif menyebabkan naiknya nilai absorbsi air
yang berarti juga menaikkan nilai keterbasahan (Pari , 1994).
Pari (1994) melaporkan keterbasahan dipengaruhi oleh perlakuan
perendaman. Nilai rata-rata keterbasahan kayu karet kontrol, hasil perendaman
dingin air dingin 1 hari, 2 hari dan 3 hari berturut-turut adalah 66,75 cm, 90,11
cm, 90,73 cm dan 90,78 cm. Pada perlakuan perendaman air panas, nilai rata-rata
keterbasahan kayu karet kontrol, hasil perendaman dingin panas 1 jam, 2 jam dan
3 jam berturut-turut adalah 66,75 cm, 90,11 cm, 90,12 cm dan 90,21 cm. Dengan
demikian ada kecenderungan meningkatnya nilai keterbasahan partikel yang
mendapat perlakuan perendaman air dingin dan perendaman air panas.
Menurut Pari (1994), kayu karet yang diberi perlakuan perendaman air
karena sebagian zat ekstraktifnya sudah terlarut. Hal ini diduga karena zat
ekstraktif yang menghalangi (kontaminan) absorbsi menjadi berkurang sehingga
nilai keterbasahannya meningkat. Haygreen dan Bowyer (1996) manyatakan
bahwa zat ekstraktif menempati sejumlah tempat dalam dinding sel yang kalau
tidak, akan ditempati oleh air. Peningkatan kadar ekstraktif dapat menaikkan nilai
absorbsi air (keterbasahan) karena berkurangnya zat yang menghalangi
penyerapan air oleh dinding sel.
Determinasi Keterbasahan Partikel Kayu (Metode CWAH)
1. Serbuk kayu berukuran 60 mesh diukur kadar airnya dengan metode
gravimetri, yaitu mengukur berat awal serbuk (W1), kemudian serbuk
dikeringtanurkan di oven pada suhu 103±2 0C selama 24 jam atau sampai
beratnya konstan (W2). Kadar air serbuk TKS dihitung menggunakan rumus:
Kadar air (%) = [(W1 – W2) / W2] x 100%
2. Tabung kaca sepanjang 50 cm dengan diameter 0,46±0,02 cm ditimbang
beratnya (H0).
3. Serbuk kayu dimasukkan ke dalam tabung kaca dengan hati-hati. Karapatan
serbuk diusahakan merata dan cukup padat di dalam tabung maupun antar
tabung kaca.
4. Tabung kaca yang sudah terisi serbuk kayu (H1) ditimbang beratnya.
5. Bagian ujung tabung kaca disumbat kapas untuk menjaga serbuk TKS tidak
keluar dan bagian tabung yang ada kapasnya direndam dalam air sedalam 0,5
inch selama 48 jam. Dicatat tinggi absorbsi air dalam satuan cm. Untuk
mengetahui kecenderungan keterbasahan kayu per satuan waktu, dapat dicatat
tiap 3 atau 6 jam. Keterbasahan serbuk TKS dihitung berdasarkan rumus:
Keterangan:
CWAH = corrected water absorption height (mm)
b = faktor koreksi (bulk factor)
h1 = tinggi absorpsi air (mm)
d2 = diameter bagian dalam tabung kaca (cm)
w = berat kering tanur serbuk (gr)
s = volume jenis air (cm3/gr).
Determinasi Keterbasahan Kayu Solid atau Papan Komposit (Metode CCA)
1. Determinasi keterbasahan kayu solid atau papan komposit dilakukan melalui
pengukuran sudut kontak (θ) antara cairan perekat dengan permukaan papan.
2. Kayu solid atau papan komposit ditempatkan pada permukaan meja yang
datar. Di bagian atas permukaan papan dipasang mikropipet 0,01 ml dengan
menggunakan bantuan statip.
3. Tinggi penetesan cairan adalah 1 cm di atas permukaan papan dengan volume
tetesan sebanyak 0,01 ml.
4. Pemotretan terhadap sudut kontak cairan dilakukan 3 detik setelah penetesan.
5. Foto digital hasil pemotretan diolah dengan software Monic atau software
sejenis untuk menentukan sudut kontak (θ) antara cairan dengan permukaan
papan (Gambar 3).
Sumber : www.specialchem4adhesive.com
Referensi
Adhesion Theory. www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide
/index.aspx?id=theory4.
Bodig, J. 1962. Wettability Related to Gluability of the Philippines Mahagonies.
Forest Products Journal 12 (6) : 265 – 270.
Casilla, RC., S Chow and PR Steiner. 1981. An Immersion Technique for
Studying Wood Wettability. Wood Science and Technology. 15 : 31–43.
Haygreen, JG dan JL Bowyer. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu
Pengantar. Terjemahan Sutjipto H.K. Yogyakarta: Gadjah Mada
University Press.
Hse, CY. 1972. Wettability of Southern Pine Veneer by Phenol Formaldehyde
Wood Adhesives. Forest Products Journal. 22 (1) : 51–56.
Marra, AA. 1992. Technology of Wood Bonding : Principles in Practise. Van
Nostrand Reinhold. New York.
Pari, H. 1994. Pengaruh Keterbasahan Selumbar terhadap Keteguhan Rekat
Papan Partikel. [Skripsi] Jurusan Teknologi Hasil Hutan. Bogor:
Fakultas Kehutanan IPB.
Tsoumis, G. 1991. Science and Technology of Wood: Structure, Properties,
Utilization. New York: Van Nostrand Reinhold.
Warsa, SR. 1983. Gluability of Rotary-Cut Veneers of Some Indonesian Woods
using Adhesives Extenden with Nami and Cassava Flours. Dissertation
Faculty of The Graduate School. Los Banos: University of The
Philippines at Los Banos.
Wellons, JD. 1980 Wettability and gluability of Douglas-fir Veneer. Forest
