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
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:
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 :
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)
- Oven 103 °C selama 24 jam - Timbang Wo & To
-Kempa dengan suhu 120 °C,140°C 160°C ,180°C ,200°C selama 30 menit
Gambar 2. Bagan Metode Penelitian Sampel sifat fisis
2 cm x 2 cm x 2cm
Sampel sifat mekanis 2 cm x 2 cm x 30
Perendaman
Rendam dalam NaOH 2% selama 24 jam
Pemadatan
Sifat fisis Oven 100 °C selama
Hitung Tc & Wr Rendam air dingin 24
jam
Oven 100 °C selama Hitung Tr & Wr
Sifat mekanis Dikering Udarakan
selama 14 hari Pengujian MOE &
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.
Gambar 3. Nila rata-rata RS dan WL pada pemadatan kayu Jabon
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.
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.
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.
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/cm3 diperoleh pada suhu pengempaan 120 oC dengan waktu pengempaan 30 menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kerapatan kayu jabon yang dipadatkan dengan rasio
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/cm3, sementara pada suhu 140 oC-180 oC nilai kerapatan kayu jabon meningkat hingga 0,43 g/cm3. 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.
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/cm2. Untuk lebih jelasnya, 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.
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.
Keteguhan Lentur Patah/Modulus Of Rupture (MOR)
Nilai MOR kayu jabon yang dipadatkan berkisar antara 313,27 kg/cm²-529,51kg/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.
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.
Faktor lain yang mempengaruhi terjadinya penurunan nilai MOR pada suhu 180-200 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).
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
