Evaluasi ketahanan kayu sengon termineralisasi CaCO3 berbasis impregnasi CaCl2-K2CO3 terhadap api, rayap, dan cuaca.

Abstract

Kayu merupakan material lignoselulosa yang memiliki potensi besar dalam pengembangan industri berkelanjutan dan berfungsi sebagai penyimpan karbon yang berperan dalam mengurangi ketergantungan global terhadap sumber daya berbasis fosil. Di Indonesia, sekitar 85% pasokan kayu berasal dari hutan tanaman, yang menegaskan pentingnya pemanfaatan jenis kayu cepat tumbuh dalam sektor kehutanan dan industri berbasis kayu. Kayu sengon (Falcataria falcata (L.) Greuter & R. Rankin) merupakan salah satu spesies cepat tumbuh yang memiliki ketahanan dan kekuatan mekanik alami yang relatif rendah. Kondisi ini berkaitan dengan karakteristik kayu cepat tumbuh yang umumnya memiliki kerapatan rendah, stabilitas dimensi terbatas, serta daya tahan alami yang kurang baik. Peningkatan kualitas, durabilitas, dan nilai komersial kayu sengon memerlukan penerapan teknologi modifikasi material yang tepat. Tujuan penelitian ini menyelidiki karakteristik ketahanan api dan degradasi alami kayu sengon, spesies kayu tropis cepat tumbuh yang umum digunakan dalam konstruksi dan furnitur. Proses mineralisasi diterapkan untuk meningkatkan keawetan dan ketahanan kayu melalui metode impregnasi dua tahap yang bertujuan membentuk endapan kalsium karbonat (CaCO3) di dalam struktur kayu. Tahap pertama melibatkan impregnasi kayu dengan larutan kalsium klorida (CaCl2), yang diikuti oleh impregnasi kedua menggunakan larutan kalium karbonat (K2CO3) untuk menghasilkan endapan CaCO3 secara in situ. Perlakuan mineralisasi meningkatkan weight percent gain (WPG) sebesar 7% pada konsentrasi 0,5 mol/L dan 13% pada konsentrasi 1 mol/L, disertai peningkatan kekasaran permukaan yang menunjukkan perubahan mikrostruktur akibat deposisi CaCO3. Uji bakar menunjukkan performa yang lebih baik dibandingkan kontrol pada kedua konsentrasi, namun efektivitasnya menurun setelah proses weathering yang diduga disebabkan oleh leaching mineral. Proses leaching tersebut juga menyebabkan kegagalan uji ketahanan rayap, mengingat CaCO3 bersifat tidak toksik dan mudah terlepas dari kayu selama paparan cuaca. Sebaliknya, sampel termineralisasi menunjukkan peningkatan stabilitas warna dengan nilai ?E yang lebih rendah dan lebih stabil. Nilai elastisitas dinamis kayu juga cenderung lebih stabil selama proses weathering, yang mengindikasikan bahwa endapan mineral tetap berkontribusi terhadap penguatan struktur internal kayu meskipun sebagian mineral mengalami leaching, berbeda dengan kayu kontrol yang menunjukkan penurunan bertahap. Secara keseluruhan, hasil penelitian ini menegaskan potensi mineralisasi CaCO3 sebagai pendekatan modifikasi kayu yang efektif untuk meningkatkan ketahanan api, stabilitas warna, dan kinerja mekanis kayu sengon.

Wood is a lignocellulosic material with significant potential for sustainable industrial development and functions as a carbon sink, thereby reducing global dependence on fossil-based resources. In Indonesia, approximately 85% of the wood supply originates from plantation forests, highlighting the importance of utilizing fast-growing wood species in the forestry and wood-based industrial sectors. Sengon wood (Falcataria falcata (L.) Greuter & R. Rankin) is a fast-growing species characterized by relatively low natural mechanical strength and durability. These limitations are associated with the inherent properties of fast-growing wood, including low density, limited dimensional stability, and poor natural durability. Enhancing the quality, durability, and commercial value of sengon wood therefore requires the application of appropriate material modification technologies. This study investigated the fire resistance and natural degradation behavior of sengon wood, a fast-growing tropical species widely used in construction and furniture applications. A mineralization treatment was applied to improve the durability and resistance of the wood using a two-step impregnation method designed to form calcium carbonate (CaCO3) deposits within the wood structure. The first step involved impregnation with a calcium chloride (CaCl2) solution, followed by a second impregnation using a potassium carbonate (K2CO3) solution to generate in situ CaCO3 deposits. The mineralization treatment increased the weight percent gain (WPG) by approximately 7% and 13% at concentrations of 0.5 mol/L and 1 mol/L, respectively, accompanied by increased surface roughness, indicating microstructural modification due to CaCO3 deposition. Fire performance tests showed improved resistance compared to the control at both concentrations; however, the effectiveness declined after weathering, presumably due to mineral leaching. This leaching also led to reduced termite resistance, as CaCO3 is non-toxic and readily leached from the wood during weathering. In contrast, mineralized samples exhibited improved color stability, as indicated by lower and more stable ?E values. The dynamic modulus of elasticity also remained more stable during weathering in mineralized samples than in the control, suggesting that mineral deposits continued to contribute to the internal structural reinforcement of the wood despite partial mineral loss. Overall, the results confirm the potential of CaCO3-based mineralization as an effective wood modification strategy for improving fire resistance, color stability, and mechanical performance.