SIFAT-SIFAT DASAR KAYU - Spada UNS

SIFAT-SIFAT DASAR KAYU

PERTEMUAN 12 Dosen :

Ana Agustina,S.Hut, M.Si

Pengelolaan Hutan

Fakultas Pertanian UNS

Pentingnya kimia kayu??

 Komposisi kimia kayu : terdiri dari komponen dinding sel dan zat ekstraktif

 Sifat anatomi dan kimia kayu menjadi faktor utama dalam menentukan kualitas kayu

sebagai bahan baku

STRUKTUR MAKROSKOPIK

SOFTWOOD HARDWOOD

Fiber Cell

Tracheides

Sel Serat

Wood Cell

Inter- and intramolecular bonding of cellulose forming an ordered structure in cell unltrastucture:

Cellulose Molecules

Elementary Fibrils (Ø 3,5 nm) Microfibril (Ø10-30 nm)

Macrofibril (Fibril) Cell Wall

Fiber

Struktur Dinding Sel Serat

1. Lamela Tengah (M) 2. Dinding Primer (P)

3. Dinding Sekunder (S1, S2, S3)

Struktur Dinding Sel Kayu

Layers Structure of Cell Wall

Secondary cell wall structure

Komposisi kimia dinding sel

1. Lamela Tengah (Middle lamela; ML) - Zat antar sel

- Pengikat antar sel

- Terutama kandungannya lignin dan pektin - Tebal 0,2-1,0 μm

2. Dinding Primer (Primary wall; P) - Dinding lapisan tipis 0,1-0,2 μm

- Terdiri dari selulosa, hemiselulosa, pektin dan protein

- Mikrofibril tidak teratur pada bagian luar, bagian dalam terorientasi tegak lurus sumbu sel

Komposisi ML+P: Lignin = 8,4%; Selulosa = 0,7%;

Hemiselulosa = 1,4%

3. Dinding Sekunder (Secondary wall, S)

- Terdiri dari tiga lapisan S1, S2 dan S3

- Lapisan tersusun oleh mikrofibril yang hampir paralel - Diantara mikrofibril terdapat lignin dan hemiselulosa

a. Lapisan S1

- Mengandung 3-4 lamela

- Mikrofibril membentuk spiral Z dan spiral S (terpilin) - Sudut mikrofibril berkisar 50-70^o terhadap sumbu serat - Komposisi : Lignin = 10,5%; Selulosa = 6,1%;

Hemiselulosa = 3,7%

b. Lapisan S2

- Bagian utama dari dinding sel - Lapisan tebal 1-5 um

- Terdiri dari 30-40 lamela bahkan hingga 150 lamela - Sudut mikrofibril 5-10^o (kayu akhir) dan 20-30^o (kayu

awal)

- Komposisi : Lignin 9,1%; Selulosa = 32,7%; Hemiselulosa

= 18,4%

c. Lapisan S3

- Lapisan tipis 0,1 um

- Terdiri dari beberapa lamela - Sudut mikrofibril 50-90^o

- Orientasi mikrofibril spiral Z dan spiran S

- Komposisi : Lignin = trace; Selulosa= 0,8%;

Hemiselulosa = 5,2%

Wood

Non-Structural Components (Minor Components)

Structural Components (Major Components)

Mineral (Inorganics)

Extractives (Organics)

Lignin Holocellulose

Cellulose Hemicelluloses

Chemical Components of Wood

Determinasi Selulosa

Karbohidrat dalam kayu :

Holoselulosa : Fraksi karbohidrat total

Selulosa : Fraksi karbohidrat yang tidak terlarut dalam alkali

Hemiselulosa : Fraksi karbohidrat yang terlarut dalam

alkali

Holoselulosa

Serbuk Kayu (Bebas ekstraktif)

Delignifikasi

• Chlorination

• Delignification with Acidified Sodium Chlorite

Selulosa Hemiselulosa

Holoselulosa

Kriteria :

• Kandungan lignin sisa serendah mungkin

• Kehilangan karbohidrat minimal

• Degradasi kerbohidrat minimal

SELULOSA

 Polimer alam yang paling melimpah

 Struktur dasar sel tumbuhan

 Ditemukan juga dalam paku, lumut, bakteri, ganggang, jamur

 Selulosa alami paling murni terdapat pada serat kapas ( ± 98% selulosa)

 Bahan dasar dari banyak produk seperti kertas, serat rayon/tekstil, film

 Hasil biosistesis melalui proses fotosintesa :

Energy + CO

₂

+ H

₂

O  Carbohydrates + O

₂

Kandungan Selulosa Beberapa Bahan:

Kapas 95-99 %

Rami 80-90 %

Bambu 40-50 %

Kayu 40-50 %

Kulit Kayu 20-30 % Bakteri 20-30 %

Lumut 25-30 %

Selulosa Hardwood vs Softwood

Persamaan :

 Disusun oleh struktur molekul yang sama (uniform polimer dari β-D-glukopiranosa)

Perbedaan :

 Kandungan selulosa kayu hardwood lebih tinggi dibanding softwood

 Serat selulosa (fiber) kayu softwood lebih panjang dibanding kayu hardwood (Fiber softwood 1,5-4,5 mm, Hardwood 0,5-1,5 mm)

Hardwood Softwood ---

Selulosa > Selulosa

Hemiselulosa > Hemiselulosa -

^(Mannan)

< -

^(Mannan)

-

^(Xylan)

> -

^(Xylan)

Lignin < Lignin

Molecular Structure of Cellulose

Cellulose molecule : (C₆H₁₀O₅)_n

Monomer β - D - Glucopyranose

Basic unit (repeating units)  Cellobiose (2 units of glucose)

Glycosidic Bond

β(1-4) glycosidic bond

Microfibril Structure

Crystalline Crystalline Crystalline

Amorphous Amorphous

Crystalline area : ordered part of microfibril

Amorphous area : non – ordered area of microfibril Cellulose degree of crystallinity : 89-96 %

Cellulose Microfibril Macrofibril Fiber

Struktur selulosa dalam sel tumbuhan

Sifat-sifat selulosa

 Selulosa tidak larut dalam kebanyakan pelarut Disebabkan : - Sifat kekakuan

- Ikatan inter dan intramolekul - Bersifat kristalin

 Selulosa di alam berada berasosiasi dengan senyawa lain

 Polimer linier yang panjang DP 1000-15000 (Kayu 5.000- 10.000)

 Selulosa dapat larut dalam larutan tembaga (II) hidroksi beramonia Cuoxam, Cu(NH₃)₄(OH)₂

 Selulosa dapat terdegradasi dalam larutan asam kuat (Hidrolisis)