PENDAHULUAN Latar Belakang Kayu-kayu dari hutan tanaman baik hutan tanaman industri (HTI) maupun hutan rakyat diperkirakan akan mendominasi pasar kayu pada masa mendatang seiring berkurangnya produktifitas dan kualitas tegakan hutan alam yang ada. Hal ini tercermin dari cenderung meningkatnya permintaan akan jenis-jenis kayu yang selama ini kurang dikenal sejak lima tahun terakhir. Sedangkan kayu-kayu tersebut membutuhkan perlakuan-perlakuan tertentu sebelum digunakan karena perbedaan karakteristik bila dibandingkan dengan kayu-kayu hutan alam. Kayu hasil hutan tanaman pada umumnya lebih inferior khususnya dari segi kekuatan dan keawetan (Shepard 1982). Salah satu perlakuan yang telah diterapkan dalam rangka meningkatkan kualitas dan sifat-sifat kayu tersebut adalah dengan densifikasi (densifying), baik secara impregnasi (impregnation) maupun pengempaan (compression) karena keduanya dapat memodifikasi sifat kayu sesuai dengan yang diinginkan (Kollmann et al. 1975). Densifikasi dengan cara impregnasi pada prinsipnya adalah memasukkan bahan-bahan yang bersifat bulking seperti resin fenol formaldehida, larutan vinil, resin alam cair, lilin, sulfur, dan logam ringan ke dalam kayu sehingga rongga sel-sel penyusun kayu akan terisi, baik penuh atau pun sebagian. Menurut Haygreen dan Bowyer (1987), memperlakukan kayu dengan bahan-bahan yang bersifat bulking merupakan salah satu pendekatan yang cukup berhasil dalam mengatasi masalah ketidakstabilan dimensi kayu akibat perubahan nilai kadar air. Densifikasi dengan cara pengempaan juga dapat memodifikasi sifat-sifat kayu bila dilakukan secara tepat (Stamm 1964). Proses yang dilakukan adalah mengempa kayu pada suhu dan tekanan tertentu selama jangka waktu yang ditentukan. Pengempaan mengakibatkan berkurangnya porositas kayu karena dinding sel penyusun kayu merapat satu dengan lainnya akibat melunaknya lignin. Penelitian mengenai densifikasi kayu telah banyak dilakukan, beberapa diantaranya penelitian densifikasi dengan kompresi yang dilakukan oleh 1
Mc.Millan et al. 1977; Kubojimo et al. 1998; Dwianto 1999 dan Darwis 2008. Hasil yang diperoleh menunjukkan adanya peningkatan beberapa sifat fisis dan mekanis kayu secara signifikan. Berat jenis kayu meningkat hingga1.25-1.4 kali. Densifikasi juga mengakibatkan terjadinya perubahan warna dan meningkatkan kualitas permukaan kayu. Akibat dipadatkan, kayu menjadi lebih gelap dan lebih atraktif, sementara permukaannya menjadi lebih halus dan mengkilat (Mc.Millan et al. 1977; Kubojimo et al. 1998). Kayu daun jarum cenderung menghasilkan BJ yang lebih tinggi setelah dipadatkan dibandingkan dengan kayu daun lebar (Darwis 2008). Menurut Dwianto (1999), peningkatan sifat-sifat kayu sebagaimana di atas bergantung pada kondisi pengempaan yang diterapkan. Pengempaan pada suhu 180 o C akan menghasilkan kayu yang paling stabil, karena pengempaan di bawah 180 o C masih mengakibatkan kayu cenderung kembali ke ukuran asal (springback) sedangkan di atas 180 o C kayu akan rusak. Hasil penelitian Darwis (2008) menunjukkan bahwa sel-sel penyusun kayu cenderung memipih setelah dipadatkan. Semakin tinggi tingkat densifikasinya, maka jumlah sel-sel yang terpadatkan akan semakin banyak. Sedangkan hasil-hasil penelitian mengenai densifikasi kayu dengan impregnasi yang telah dilakukan, menunjukkan adanya peningkatan beberapa sifat fisis dan mekanis kayu secara signifikan. Gugus glycidyl dan sambungan ikatan rangkap dalam glycidyl methacrylate (GMA) dapat bereaksi dengan gugus hidroksil dari selulosa yang terdapat pada kayu sehingga dapat meningkatkan sifat-sifatnya (Rashmi et al. 2003). Campuran monomer stirena (ST) dan metil methacrylate (MMA) dapat meningkatkan kekuatan kompresi, modulus of rupture (MOR), modulus of elasticity ( MOE) dan ketahanan terhadap jamur (Yildiz et al. 2005). Modifikasi kayu poplar dengan polystirena telah meningkatkan kekerasan kekuatan lentur statis dan keuletan. Peningkatan keuletan tergantung pada kandungan polimer sampai pada batas tertentu (Ibach et al. 2005). Perlakuan densifikasi yang diterapkan oleh para peneliti terdahulu pada umumnya bersifat menyeluruh, bukan parsial. Akibatnya over weight dan over density acap kali merupakan suatu masalah. Dengan densifikasi parsial 2
peningkatan sifat-sifat kayu yang diinginkan dapat diusahakan semaksimal mungkin, sementara penurunan sifat-sifat kayu atau pun kerusakan pada komponen sel-sel penyusun kayu dapat diminimalisir. Meskipun proses densifikasi yang selama ini dilakukan pada umumnya telah berhasil membuktikan adanya peningkatan beberapa sifat fisis, mekanis dan fisik/keragaan kayu, penelitian-penelitian tersebut belum banyak menjelaskan fenomena yang terjadi. Oleh karena itu, penelitian ini akan lebih memfokuskan pada fenomena yang terjadi pada kayu saat kayu dipadatkan khususnya yang terkait dengan perubahan dalam hal penurunan higroskopisitas, kristalinitas, komponen kimiawi dinding sel, dan distribusi (relokasi) lignin sebagai komponen perekat antar dinding sel. Dengan mengetahui fenomena yang terjadi, kondisi densifikasi dapat ditetapkan dengan lebih baik sehingga memberikan manfaat yang lebih besar dimana kualitas kayu meningkat secara permanen tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti. Target penelitian ini adalah memperoleh kayu terpadatkan yang sifat dan kualitasnya minimal sama dengan kayu-kayu yang selama ini diminati sesuai dengan peruntukannya sebagai bahan baku furniture tanpa merusak struktur sel penyusun kayu dan tidak terlalu besar penambahan kerapatan kayu dan tidak terlalu menambah berat kayu. Perumusan Masalah Beberapa akibat dari perlakuan densifikasi yang selama ini diterapkan adalah cenderung pulihnya tebal kayu ke ukuran semula, rusaknya struktur sel-sel penyusun kayu, bertambahnya kerapatan kayu, dan menurunnya beberapa sifat kayu akibat kondisi densifikasi yang berlebihan. Untuk menghindari masalahmasalah tersebut, maka kondisi densifikasi optimal (loading polymer pada proses densifikasi dengan cara impregnasi, serta tingkat densifikasi dan kombinasi antara suhu kempa dan jangka waktu densifikasi untuk proses densifikasi dengan cara pengempaan) perlu ditetapkan karena sangat menentukan keberhasilan proses. Jenis kayu yang diteliti adalah Agatis (Agathis loranthifolia Salisb) yang mewakili kelompok kayu daun jarum (softwood) dan Mangium (Acacia mangium Willd) yang mewakil kelompok kayu daun lebar (hardwood), mengingat adanya 3
perbedaan struktur anatomi diantara keduanya. Komponen sel penyusun kayu daun jarum cenderung homogen karena didominasi oleh sel trakeida, sedangkan kayu daun lebar lebih heterogen dan memiliki sel pembuluh. Proses densifikasi telah diketahui dapat meningkatkan sifat fisis, mekanis dan keragaan kayu, namun faktor penyebab dan fenomena yang terjadi belum diketahui. Oleh karena itu, dilakukanlah penelitian ini untuk mempelajari dan mengetahui faktor penyebab dan fenomena yang terjadi yang semuanya itu diduga terkait dengan perubahan dalam hal komponen kimia penyusun kayu, higroskopisitas dan kristalinitas akibat proses densifikasi. Tujuan Penelitian Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisis fenomena terjadinya peningkatan mutu kayu setelah dipadatkan baik melalui impregnasi maupun dengan pengempaan secara parsial. Sementara itu tujuan khusus yang ingin dicapai adalah: 1. Menganalisis beberapa akibat perlakuan densifikasi yang diterapkan terhadap sifat fisis (kerapatan, berat jenis, stabilitas dimensi dan kadar air keseimbangan) dan sifat mekanis (MOE, MOR dan kekerasan) pada 2 (dua) jenis kayu cepat tumbuh yang mewakili kelompok softwood dan hardwood. 2. Mengevaluasi kualitas kayu terpadatkan dengan mengamati perubahan fisik/keragaan kayu khususnya kehalusan permukaan dan perubahan warna melalui analisis komponen kimia penyusun kayu. 3. Menjelaskan fenomena yang terjadi akibat proses densifikasi melalui analisis a) gradasi kerapatan kayu, b) perubahan struktur selluler kayu (gradasi kristalinitas, sudut mikrofibril (MFA), preferred orientation), c) gradasi perubahan komponen kimiawi penyusun kayu (relokasi atau penyebaran lignin, degradasi selulosa, hemiselulosa serta zat ekstraktif). 4. Menganalisis kualitas ketahanan kayu terpadatkan melalui uji biodeteriorasi khususnya terhadap serangan rayap kayu kering. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain: 4
1. Memberikan data dan informasi tentang peningkatan mutu kayu melalui perlakuan densifikasi khususnya pada jenis softwood dan hardwood kayu cepat tumbuh Indonesia. 2. Memberikan alternatif metode yang dapat meningkatkan mutu kayu-kayu cepat tumbuh Indonesia dengan perlakuan impregnasi dan densifikasi dengan pengempaan parsial. 3. Memberikan kontribusi dalam teknologi kayu, terutama peningkatan mutu kayu berkerapatan rendah sebagai bahan baku industri yang mampu menggantikan peran kayu berkerapatan tinggi yang sudah mulai langka. Hipotesis Penelitian 1. Densifikasi pada jenis kayu softwood dan hardwood yang merupakan jenis kayu cepat tumbuh dengan impregnasi dan pengempaan parsial diduga akan mampu meningkatkan sifat fisis dan mekanis dan kerusakan hanya terjadi pada lapisan permukaan. 2. Densifikasi secara parsial akan mampu meningkatkan kerapatan kayu hanya pada bagian permukaan sehingga mengakibatkan pengurangan sedikit volume dan sedikit penambahan berat kayu. 3. Perlakuan pendahuluan pemanasan akan berpengaruh terhadap plastisasi dan kedalaman gradasi yang terjadi (pada kasus densifikasi dengan pengempaan), dan polymer loading berpengaruh pada kualitas kayu terpadatkan yang dihasilkan (pada kasus impregnasi). 4. Terjadinya densifikasi pada kayu diduga akan menyebabkan perubahan komponen kimia penyusun kayu pada bagian permukaan dan kedalaman tertentu diantaranya relokasi lignin, degradasi hemiselulosa, selulosa dan perubahan bentuk sel-sel penyusun kayu. 5. Degradasi komponen kimia pada kayu terpadatkan dan perubahan bentuk selsel penyusun kayu diduga berpengaruh terhadap katahanan kayu pada rayap kayu kering. Kerangka Pemikiran Berdasarkan uraian diatas dapat dikemukakan kerangka pemikiran seperti tersaji pada Gambar 1. 5
1. BAHAN BAKU 2. PROSES Kayu Cepat Tumbuh PENELITIAN I Densifying by Compression PENELITIAN II Densifying by Impregnation Latar Belakang Softwood (Agathis loranthifolia) Hardwood (Acacia mangium) Peningkatan sifat fisis, mekanis, fisik/keragaan kayu - BJ rendah - Dimensi stabil - Warna kayu pucat - BJ rendah-sedang - Dimensi kurang stabil - Dampak pemadatan maksimum dari kayu sehingga terjadi beberapa penurunan sifat-sifat kayu. - Bagaimana fenomena yang terjadi akibat proses densifikasi kayu Permasalahan Peningkatan Mutu Kayu melalui Densifikasi Teknik Densifikasi Parsial Hipotesis Densifying by Compression Densifying by impregnation Peningkatan mutu kayu - Sifat fisis kayu - Sifat Mekanis kayu - Fisik/keragaan kayu Densifikasi parsial dapat meningkatkan sifat fisis, mekanis & fisik/keragaan kayu tanpa merusak struktur sel kayu. Pengamatan fenomena yang terjadi melalui analisis : - Gradasi kerapatan kayu - Gradasi kristalinitas - Perubahan MFA - Relokasi lignin, degradasi selulosa, hemiselulosa & zat ektraktif - Perubahan Struktur sel - Biodeteriorasi kayu Pemecahan Masalah Tujuan Mengetahui fenomena yang terjadi akibat densifikasi kayu Gambar 1 Diagram Kerangka Pemikiran 6