Peningkatan Kualitas Kayu Jati Rotasi Pendek Ramah Lingkungan melalui Modifikasi Kimia Non Biosida dan Panas

Abstract

Pasokan kayu jati rotasi panjang mengalami penurunan dari tahun ke tahun. Kayu jati rotasi pendek merupakan salah satu solusi untuk mengatasi keterbatasan pasokan kayu jati rotasi panjang. Akan tetapi, kayu gubal jati rotasi pendek memiliki kualitas yang rendah, terutama dalam stabilitas dimensi dan keawetan. Salah satu teknologi untuk meningkatkan kualitas kayu gubal jati rotasi pendek adalah modifikasi kayu, seperti modifikasi panas dan kimia. Modifikasi panas merupakan modifikasi yang sudah banyak diterapkan dalam skala industri. Akan tetapi, modifikasi panas memiliki ketahanan yang rendah terhadap serangan rayap dan tidak sepenuhnya melindungi komponen kayu terhadap faktor cuaca. Furfurilasi merupakan modifikasi kimia yang sudah diterapkan dalam skala industri, meskipun penggunaan konsentrasi bahan kimia yang lebih tinggi masih diperlukan untuk mendapatkan kayu termodifikasi dengan karakteristik yang lebih baik. Kombinasi modifikasi kimia dan panas menjadi salah satu solusi untuk mengatasi kelemahan dari kedua modifikasi tersebut. Modifikasi kimia dan panas menggunakan gliserol-maleat anhidrida (GMA) sebagai sistem pengawetan kayu non-biosida diaplikasikan dipenelitian ini untuk meningkatkan sifat-sifat kayu jati rotasi pendek, terutama dalam stabilitas dimensi dan keawetan. Kayu gubal jati rotasi pendek diimpregnasi dengan larutan GMA 10% (b/b) diikuti dengan modifikasi panas pada suhu 150 dan 220 °C. Tujuan dari penelitian ini adalah mengevalusi pengaruh dari kombinasi modifikasi kimia dan panas menggunakan GMA (GMA-panas) terhadap kandungan kimia, sifat fisis, stabilitas dimensi, sifat mekanis, ketahanan terhadap serangan jamur dan rayap, karakteristik permukaan, dan ketahanan terhadap cuaca. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi kimia menggunakan GMA 10% dikombinasikan dengan modifikasi panas dapat meningkatkan nilai Anti- swelling Efficiency (ASE) sebesar 60,42% dan 76,71% secara berturut-turut pada suhu 150 dan 220 °C. Hal ini menunjukkan bahwa adanya peningkatan stabilitas dimensi. Ketahanan kayu jati rotasi pendek yang diberi perlakuan GMA-panas pada suhu 220 °C terhadap serangan jamur Coriolus versicolor, Pycnoporus sanguineus, dan Coniophora puteana dikategorikan sebagai kelas 1 (sangat awet). Nilai kehilangan berat untuk GMA-panas pada suhu 220 °C akibat serangan rayap adalah 0,18% yang mengindikasikan bahwa ketahanan terhadap rayap tanah yang sangat baik (kelas 10). Analisis Fourier Transform Infrared (FT-IR) dan Cross- Polarisation/Magic Angle Spinning Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance (CP/MAS Carbon-13 NMR) menunjukkan adanya reaksi antara polimer GMA dengan lignin karena adanya kombinasi perlakuan modifikasi kimia dengan GMA dan panas pada suhu 220 °C. Thermogravimetric Analysis (TGA) menunjukkan bahwa GMA-panas juga memberikan stabilitas panas yang lebih baik daripada kayu jati rotasi pendek tanpa perlakuan. Perlakuan GMA-panas memberikan peningkatan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap jamur dan rayap yang signifikan. Kayu jati rotasi pendek memiliki nilai kekasaran permukaan yang semakin rendah setelah perlakuan GMA-panas. Hal ini menunjukkan bahwa permukaan kayu jati rotasi pendek menjadi semakin halus. Nilai energi bebas permukaan (SFE) untuk perlakuan GMA-panas pada suhu 150 dan 220 °C secara berturut turut adalah 37,84 mJ m-2 dan 31,66 mJ m-2. Nilai K yang menggambarkan keterbasahan untuk perlakuan GMA-panas pada suhu 150 dan 220 °C untuk cat poliuretan secara berturut turut sebesar 0,07 dan 0,05, sementara itu untuk cat akrilik secara berturut- turut sebesar 0,10 dan 0,09. Setelah pengujian accelerated weathering, daya lekat pelapis akrilik berperlarut air (1B) lebih baik dibandingkan dengan pelapis poliuretan berpelarut air (0B). Kayu jati rotasi pendek dengan perlakuan GMA- panas lebih tahan terhadap fotodegradasi dibandingkan dengan kayu jati rotasi pendek tanpa perlakuan. Perlakuan GMA-panas memiliki ketahanan terhadap cuaca yang cukup tinggi untuk kayu jati rotasi pendek. Secara umum, perlakuan GMA- panas dapat meningkatkan stabilitas dimensi, ketahanan terhadap serangan jamur dan rayap, serta ketahanan terhadap cuaca. GMA-panas merupakan metode yang menjanjikan untuk peningkatan mutu kayu jati rotasi pendek. GMA-panas diharapkan dapat dipertimbangkan sebagai metode peningkatkan mutu kayu ramah lingkungan yang dapat dikembangkan dalam skala industri.

The supply of long rotation teak wood has been declining year after year. Short rotation teak wood is one of solutions to overcome the scarcity of long rotation teak. However, the short rotation teak sapwood has low quality, especially in dimensional stability and durability. One of the technologies to improve the quality of short rotation teak sapwood is wood modification, such as thermal and chemical modification. Thermal modification is a wood modification that has been widely applied on an industrial scale. However, thermal modification has low resistance against termite attack and does not fully protect wood components against weathering factors. Furfurylation is a chemical modification that has been applied on an industrial scale, although the higher concentration of the chemical is still needed in order to obtain better characteristics of modified wood. The combination of chemical and thermal modification is one solution to overcome the disadvantages of the two modifications. Chemical dan thermal modification with glycerol-maleic anhydride (GMA) as non-biocidal wood preservation system was applied in this research to improve technological properties especially in dimensional stability and durability. Short rotation teak sapwood was impregnated with 10% w/w aqueous solution of GMA followed by thermal modification at 150 and 220 °C under inert conditions. The objectives of study were to evaluate the effect of a combination of chemical and thermal modification by GMA (GMA- thermal) on chemical compound, physical properties, dimensional stability, mechanical properties, decay resistance, termite resistance, surface characteristic, and weathering performance. The results show that chemical modification with 10% GMA combined with thermal modification increased Anti-swelling Efficiency (ASE) of 60,42% and 76.71% for 150 and 220 °C respectively. It indicate that treated short rotation teak wood has improved in dimensional stability. Decay resistances of GMA-thermal at 220 °C treated teak wood against fungal decay of Coriolus versicolor, Pycnoporus sanguineus, and Coniophora puteana were categorized to be class 1 (very durable). Weight loss of GMA-thermal at 220 °C against termite attacks was 0.18%, which presented excellent durability against subterranean termites (rating 10). Fourier Transform Infrared (FT-IR) and Cross-Polarisation/Magic Angle Spinning Carbon- 13 Nuclear Magnetic Resonance (CP/MAS Carbon-13 NMR) analysis indicate that the presence of reaction between GMA polymer with lignin occurred due to combination treatments GMA chemical and thermal at 220 °C. Thermogravimetric Analysis shows that GMA-thermal treatment also presented better thermic stability than untreated short rotation teak wood. GMA-thermal treatment gave a significant improvement in dimensional stability and resistance to wood-decaying fungi and termite Short rotation teak wood had a lower surface roughness value after GMA- thermal treatment which indicates that the surface of short rotation teak wood became smoother. The surface free energy (SFE) values of the GMA-thermal treatment at temperatures of 150 and 220 °C were 37,84 mJ m-2 and 31,66 mJ m-2, respectively. The K-values of GMA-thermal treatment at temperatures of 150 and 220 °C for polyurethane paint were 0.07 and 0.05, respectively, meanwhile for acrylic paint were 0.10 and 0.09, respectively. After accelerated weathering test, the bonding quality of waterborne acrylic coatings (1B) was better than that of waterborne polyurethane coatings (0B). GMA-thermal of short rotation teak wood was more resistant to photodegradation compared to untreated short rotation teak wood. GMA-thermal had high weathering performance for short rotation teak wood. GMA-thermal is a promising method for improving the quality of short rotation teak. GMA-thermal is expected to be considered as an environmentally friendly wood quality improvement method that can be developed on an industrial scale.