HUBUNGAN STRUKTUR ANATOMI KAYU DENGAN SIFAT KAYU, KEGUNAAN DAN PENGOLAHANNYA1) Oleh: Imam Wahyudi Fakultas Kehutanan IPB E-mail:
[email protected] Abstrak Hubungan antara struktur anatomi kayu dengan tiga variabel penting dalam rangka pemanfaatan kayu secara optimal dan tepat yaitu sifat, kegunaan dan pengolahan kayu dikupas tuntas dalam makalah ini. Tidak perlu diragukan lagi bahwa hubungan antara struktur anatomi kayu dengan sifat, kegunaan dan pengolahan kayu tersebut sangat erat dimana sifat kayu sangat bergantung pada struktur anatominya dan melekat (inherent) di dalam struktur sel-sel penyusun kayu. Keseluruhan sifat kayu secara bersama-sama akan menentukan kegunaan dari kayu itu sendiri, sedangkan proses pengolahan yang akan diaplikasikan sangat bergantung pada struktur anatomis kayu. Berdasarkan metode pengamatannya, struktur anatomi kayu terdiri dari struktur makroskopis (macrostructure), mikroskopis (microstructure), submikroskopis (ultrastructure), struktur nano (nano structure) dan struktur molekuler (molecular structure), sedangkan berdasarkan hubungannya dengan kekuatan, sifat kayu dapat dibedakan atas sifat kasar dan sifat struktural. Sifat struktural ini tak lain adalah struktur kayu itu sendiri. Sifat kasar kayu yang utama adalah warna, bau dan rasa, tekstur, arah serat, corak, kesan raba dan kilap kayu. Warna dipengaruhi oleh pigmen, bau dan rasa serta kesan raba dan kilap kayu dipengaruhi oleh zat ekstraktif, tekstur kayu bergantung pada diameter sel pembuluh (untuk kayu daun lebar) atau diameter sel trakeida (untuk kayu konifer), arah serat berhubungan dengan orientasi longitudinal sel-sel dominan penyusun kayu terhadap sumbu batang, sementara corak kayu bergantung pada keberadaan lingkaran tumbuh dan jaringan parenkim marjinal, pola susunan pori, ripple mark dari sel jari-jari, warna kayu gubal dan teras serta kayu awal dan kayu akhir. Corak kayu juga bergantung pada pola penggergajian yang diterapkan. Secara umum, struktur kayu daun lebar lebih kompleks dibandingkan struktur kayu konifer karena konifer hanya disusun oleh sel trakeida dan sel-sel parenkim termasuk jari-jari, sedangkan kayu daun lebar terdiri dari jaringan pembuluh, sel serabut, sel parenkim aksial, sel jari-jari dan sel-sel trakeida. Kayu juga dapat dianalisis melalui ke-empat sifat dasarnya (anatomis, fisis, mekanis dan sifat kimia). Sifat-sifat tersebut berbeda dari sifat pengolahan (pengeringan, pengawetan dan peningkatan mutu) dan sifat pengerjaan kayu. Sifat dasar kayu bervariasi karena dipengaruhi oleh faktor genetis, faktor lingkungan dan tingkat kedewasaan sel. Hasil kajian membuktikan bahwa masing-masing jenis produk yang akan dibuat menuntut persyaratan yang berbeda. Ini berarti tidak semua jenis kayu cocok untuk satu jenis produk dan tidak semua jenis produk berkualitas tinggi dapat dibuat hanya dari satu jenis kayu saja. Yang harus diperhatikan adalah kesesuaian antara sifat kayu dengan jenis produk yang akan dibuat (tujuan) dan dengan proses pengolahan yang akan diaplikasikan. Memang seharusnyalah hal ini dilakukan oleh semua pihak terkait untuk memperoleh manfaat yang maksimal. Dan diantara ke-empat sifat dasar yang ada, sifat anatomis kayu merupakan sifat yang paling crusial dan menuntut perhatian lebih karena menganalisis suatu proses pengolahan kayu tak lepas dari menganalisis reaksi (behaviour) sel-sel penyusun kayu itu sendiri saat kayu tersebut diolah. Kata Kunci: struktur anatomi, sifat, kegunaan dan pengolahan, kayu daun lebar, konifer, 1)
Makalah disampaikan pada Diskusi LitBang Anatomi Kayu Indonesia, Bogor 3-4 Juni 2013
PENDAHULUAN Sumberdaya hutan memegang peranan penting dalam menopang dan menyediakan kebutuhan substansial bagi masyarakat luas (Labetubun et al. 2005). Pengelolaan sumberdaya hutan secara lestari dengan tujuan pemanfaatan yang tepat menuntut pola manajemen yang komprehensif dan berimbang. Apalagi bila mempertimbangkan trend peningkatan terhadap tingkat pemenuhan kebutuhan yang semakin meningkat (Crossette et al. 2010). Menurut FAO 2011, kebijakan sektor pembangunan berkelanjutan dan upaya peningkatan taraf kualitas hidup masyarakat dunia saat ini terus mengalami eskalasi baik pada tingkat lokal, regional, nasional bahkan inter-kontinental. Oleh karena itu ketersediaan sumberdaya alam yang ada termasuk hutan menjadi salah satu modal utama yang perlu dimanfaatkan secara bijaksana dan dikelola secara proporsional sebagai kunci penting untuk mengoptimalkan tingkat pemenuhan kebutuhan yang berimbang. Dalam keseharian proses kehidupan, sulit bagi kita untuk memisahkan kayu sebagai suatu material yang sangat dibutuhkan. Secara kumulatif, kayu telah menjadi primadona dan alternatif pilihan utama yang tidak tergantikan sejak masa lampau hingga kini (Hoadlay 1990). Kayu dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan mulai dari sebagai bahan baku konstruksi bangunan dan perumahan, papan komposit, meubel, furniture dan kerajinan, pulp dan kertas, hingga kayu bakar. Eksistensi ini sangat rasional karena kayu memiliki sifat yang tidak mampu disaingi oleh material lain dalam memenuhi berbagai kebutuhan hidup manusia. Salah satu sifat yang paling menonjol dan memiliki nilai kontinuitas dalam pemanfaatan kayu adalah karena kayu bersifat renewable dimana ketersediaan dan trend keberlanjutannya dapat dikontrol dan dikendalikan melalui beberapa aplikasi dan tindakan manajerial (Forest Product Laboratory 2010). Berangkat dari keunggulan-keunggulan tersebut, maka sudah jelas bahwa kayu menjadi salah satu material penting yang tidak tergantikan dalam hubungannya dengan berbagai macam bentuk pemanfaatannya. Namun, secara eksplisit kayu juga memiliki tingkat variasi yang cukup tinggi baik pada level spesies, antar spesies hingga antar genus dalam satu divisi tumbuhan, dan bahkan dalam satu batang pohon, yang seringkali dianggap sebagai kelemahannya (Zobel dan Buijtenen 1989). Variasi-variasi tersebut tidak hanya dari segi taksonomis dimana dikenal dua kelompok kayu yaitu kayu daun lebar (hardwood) dan kayu daun jarum (softwood) yang secara morfologis berbeda, namun juga secara fisiologis dan anatomis. Bahkan perbedaan secara anatomis merupakan perbedaan yang krusial (Barnett dan Jeronimidis 2003). Selain pengaruh taksonomis, variasi perbedaan kondisi altitude, ketinggian tempat, iklim dan serta lingkungan tempat tumbuh juga turut memberikan sumbangsih yang signifikan terhadap terbentuknya variasi sifat, struktur serta komponen penyusun material berkayu (Bosoi et al. 2010). Itulah mengapa penggunaan dan juga pengolahan kayu harus disesuaikan dengan sifat-sifat yang dimilikinya. Di tanah air pengembangan industri perkayuan terus dilakukan oleh pemerintah mengingat kontribusinya yang cukup besar dalam perekonomian negara meski paradigma kehutanan mulai bergeser dari kayu ke hasil hutan bukan kayu. Namun dalam beberapa tahun terakhir ini laju perkembangan industri tersebut terasa agak 2
terhambat atau bahkan stagnan terkait dengan berbagai masalah yang dihadapi. Salah satu permasalahan utama yang dihadapi adalah masalah kelangkaan kayu sebagai bahan baku. Tercatat bahwa kekurangan bahan baku kayu berkualitas mencapai 70% untuk jati (Sidabutar 2007) dan hampir 90% untuk jenis lainnya (Laban 2005). Diperkirakan masalah ini masih akan dihadapi untuk beberapa tahun ke depan. Untuk mengatasi permasalahan ini, sejak tahun 1980 pemerintah mendorong pembangunan hutan tanaman secara besar-besaran. Meski masih banyak hal-hal yang perlu dibenahi, di masa kini dan masa mendatang diyakini bahwa kayu-kayu hasil hutan tanaman baik itu hutan tanaman industri (HTI), hutan rakyat, hutan kemasyaratan dan lain sebagainya akan menjadi bahan baku utama bagi industri perkayuan tanah air. Mengingat sifat dan karakteristik kayu-kayu hasil hutan tanaman secara umum relatif inferior dibandingkan dengan karakteristik kayu-kayu yang selama ini digunakan, terutama dari segi kekuatan, keawetan dan kestabilan dimensi karena berasal dari jenis pohon cepat tumbuh dan biasa ditebang pada usia muda, maka penggunaan kayu-kayu yang demikian menuntut perlakuan khusus. Teknologi peningkatan mutu terhadap kayu-kayu yang demikian perlu dikembangkan tidak hanya dalam rangka menjamin kualitas produk yang akan dihasilkan, namun juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu dan teknologi di bidang teknologi pengolahan kayu serta pertumbuhan ekonomi bangsa dan masyarakat. Makalah ini dimaksudkan untuk mengulas hubungan antara struktur anatomi kayu dengan sifat kayu, kegunaan dan pengolahannya dalam rangka memanfaatkan kayu secara tepat dan proporsional.
STRUKTUR ANATOMI KAYU DAN HUBUNGANNYA DENGAN SIFAT KAYU Struktur anatomi kayu meliputi bentuk, ukuran, sifat, fungsi, proporsi dan susunan dari sel-sel penyusun kayu, sedangkan sifat kayu tak lain adalah ukuran kualitas atau gambaran dari kayu itu sendiri secara keseluruhan. Oleh karena itu sifat kayu sangat ditentukan dan bergantung pada struktur anatominya. Dengan kata lain, sifat kayu itu melekat (inherent) di dalam struktur sel-sel penyusun kayu. Berdasarkan cara pengamatannya Sarajar (1982); Bowyer et al. (2003) membedakan struktur anatomi kayu atas: a) struktur makroskopis (macrostructure) yaitu struktur yang dapat diamati dengan mata telanjang atau dengan kaca pembesar (10-15X), b) struktur mikroskopis (microstructure) yaitu struktur kayu yang baru dapat diamati dengan jelas menggunakan mikroskop cahaya (100-500X) dan c) struktur submikroskopis (ultra-structure), yaitu struktur kayu yang diamati dengan mikroskop elektron (1000-10.000X). Pengamatan orientasi fibril selulosa dinding sel dan pengukuran sudutnya (microfibril angle/MFA) adalah contohnya. Dengan adanya perkembangan teknologi, dikenal pula istilah struktur nano (nano structure) dan struktur molekuler (molecular structure) akhir-kahir ini. Nano structure adalah struktur kayu yang baru dapat diamati dengan jelas menggunakan mikroskop elektron yang dilengkapi dengan alat tambahan sehingga pembesaran dapat mencapai sejuta kali dari aslinya seperti AFM (the atomic force microscope), sedangkan molecular structure merupakan struktur kayu di tingkat molekul yang pada umumnya baru dapat dilihat dengan jelas menggunakan mikroskop elektron yang dilengkapi dengan satu atau lebih alat tambahan sehingga pembesaran dapat 3
mencapai lebih dari sejuta kali seperti EDM (energy dispersal microscope), XDAM (Xray diffraction atomic microscope) dan sebagainya (Barnett and Jeronimidis 2003). Apapun alat yang digunakan, struktur anatomi kayu yang diamati pada dasarnya adalah sama, yaitu terkait dengan sel-sel penyusun kayu. Yang membedakan diantara mereka adalah cara penyusunan (organisasi) dan ciri khas atau tanda-tanda lain yang terdapat pada dinding dari masing-masing sel penyusun kayu. Gambaran ringkas yang menjelaskan hal di atas disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Kayu dan bagian-bagian penyusunnya. (Sumber: Barnett and Jeronimidis 2003)
Dalam dunia perdagangan kayu, dikenal dua kelompok kayu yaitu kayu daun lebar dan kayu daun jarum. Kayu daun lebar adalah kayu yang dihasilkan oleh pohon yang termasuk subdivisi angiospermae-kelas dikotil, sedangkan kayu daun jarum adalah kayu-kayu dari pohon anggota subdivisi gymnospermae-ordo koniferales. Itulah sebabnya kayu daun jarum sering disebut juga kayu konifer. Macam dan bentuk sel-sel penyusun kayu daun lebar lebih beragam dibandingkan dengan kayu konifer, sehingga struktur kayu daun lebar sering disebut lebih kompleks (heterogen) dibandingkan struktur kayu konifer yang sangat sederhana (Gambar 2). Struktur kayu konifer hanya disusun oleh sel trakeida (90-95%) dan sel-sel parenkim termasuk jari-jari kayu (5-10%), sedangkan struktur kayu daun lebar terdiri dari jaringan pembuluh (20-40%), sel serabut (20-60%), sel parenkim aksial (0-15%), sel jari-jari (5-25%) dan sel-sel trakeida (0-10%) (Bowyer et al. 2003). Berdasarkan hubungannya dengan kekuatan kayu, sifat kayu dapat dibedakan atas sifat kasar, yaitu sifat yang tidak ada hubungannya secara langsung dengan kekuatan kayu, dan sifat struktural (yang tak lain adalah struktur kayu itu sendiri) yang secara langsung akan menentukan kekuatan dan sifat-sifat kayu lainnya. Sifat kasar bersifat subjektif, sedangkan sifat struktural bersifat objektif. Sifat kasar harus diamati pada ketiga bidang pengamatan, yaitu lintang (tegak lurus sumbu batang), tangensial (memotong tegak lurus salah satu jari-jari kayu dan sejajar sumbu batang) dan radial (sejajar dengan jari-jari kayu dan sejajar pula dengan sumbu batang) (Sarajar 1982). 4
Gambar 2 Gambaran kayu daun lebar (ki) dan kayu konifer (ka) hasil SEM. (Sumber: Skaar 1972; Bowyer et al. 2003)
Beberapa sifat kasar yang utama adalah warna, bau dan rasa, tekstur, arah serat, corak, kesan raba dan kilap kayu. Warna kayu disebabkan oleh adanya pigmen tertentu, sedangkan bau dan rasa kayu terkait dengan kandungan zat-zat ekstraktif yang mudah menguap. Untuk beberapa jenis, keduanya bernilai tinggi untuk kegiatan identifikasi. Tekstur kayu menyatakan halus-kasarnya permukaan kayu, yang ditentukan oleh besar-kecilnya diameter sel-sel penyusun kayu (sel pembuluh untuk hardwood, sel trakeida untuk konifer). Bila sel-sel tersebut berukuran kecil, kayu dikatakan bertekstur halus; dan bila sel-sel penyusun berukuran besar, katu dikatakan berserat kasar. Menurut Sarajar (1982), halus-kasarnya permukaan kayu sangat berguna untuk menentukan kecocokan suatu jenis untuk produk jadi yang dalam proses produksinya menggunakan perekat dan bahan-bahan finishing. Kayu bertekstur halus memiliki sifat keterekatan yang baik dan lebih hemat dalam penggunaan bahanbahan finishing. Arah serat berhubungan dengan orientasi longitudinal sel-sel dominan penyusun kayu terhadap sumbu batang. Bila orientasi sel-sel tersebut sejajar terhadap sumbu batang, kayu dikatakan berserat lurus; sebaliknya apabila orientasi sel-sel tersebut membentuk sudut terhadap sumbu batang, maka kayu dikatakan berserat miring. Serat miring dapat dibedakan atas serat berpadu, serat terpilin, serat berombak dan serat diagonal. Pada umumnya kayu berserat lurus lebih diminati, meski untuk keperluan artistik kayu dengan arah berpadu lebih banyak diminati (Tsoumis 1991). Corak kayu terkait dengan kesan dekoratif yang ditampilkannya (Gambar 3). Kayu yang bercorak cocok untuk mebel, furniture, barang kerajinan dan produk lain yang lebih mementingkan penampilan (appearance). Corak kayu ditentukan oleh keberadaan lingkaran tumbuh dan jaringan parenkim marjinal, susunan pori, ripple mark pada sel jari-jari, perbedaan warna antara kayu gubal dan teras, serta perbedaan kayu awal dan kayu akhir. Kayu-kayu dengan lingkaran tumbuh yang jelas, atau berpori tata lingkar, atau memiliki perbedaan warna yang tegas antara bagian gubal dan terasnya, atau kayu-kayu dengan struktur kayu awal-kayu akhir yang nyata berpotensi untuk menghasilkan corak yang unik dan khas. Corak kayu juga bergantung pada pola penggergajian yang diterapkan (Sarajar 1982; Tsoumis 1991; Bowyer et al. 2003). 5
Gambar 3 Contoh corak kayu. (Sumber: Tsoumis 1991; Bowyer et al. 2003)
Kesan raba juga terkait dengan zat ekstraktif kayu. Kayu yang berlilin seperti jati menghasilkan kesan raba yang licin dan tidak lengket (Sarajar 1982), sedangkan kayu yang berminyak menghasilkan kesan basah dan lengket (sticky). Kayu dengan nilai berat jenis (BJ) tinggi memberikan kesan “dingin”, sedangkan kayu dengan BJ rendah “hangat”. Kilap kayu merupakan kesan yang menunjukkan kemampuan permukaan kayu untuk memantulkan cahaya. Secara umum, ada kayu yang berkilap dan ada juga yang “buram”. Sebagaimana kesan raba, kilap kayu juga dipengaruhi oleh zat ekstraktif. Umumnya kilap kayu di bidang radial lebih menarik dibandingkan di bidang tangensial. Selain melalui sifat kasarnya, kayu juga dapat dianalisis melalui sifat anatomis, sifat fisis, sifat mekanis dan sifat kimianya. Keempat sifat tersebut lebih dikenal dengan istilah sifat-sifat dasar kayu, yang berbeda sama sekali dari sifat pengolahan dan sifat pengerjaan (sifat pemesinan)-nya. Sifat dasar kayu dipengaruhi oleh faktor genetis, faktor lingkungan (kondisi tempat tumbuh, iklim, kesuburan tanah dan perlakuan silvikultur) serta faktor tingkat kedewasaan sel (Bowyer et al. 2003). Proses pengolahan kayu yang sudah biasa dilakukan meliputi pengeringan, pengawetan dan peningkatan mutu kayu. Sebagaimana telah diuraikan di atas, sifat anatomis kayu tak lain adalah sifat yang berhubungan dengan sel-sel penyusun kayu; sedangkan sifat fisis berhubungan dengan respon kayu terhadap perubahan kelembaban udara (relative humidity/RH) dan suhu lingkungan di sekitar kayu yang mempengaruhi wujud dan penampilan kayu. Sifat mekanis kayu adalah sifat yang berhubungan dengan kekuatan kayu dan merupakan ukuran kemampuan kayu untuk menahan gaya luar yang bekerja padanya, sedangkan sifat kimia adalah sifat kayu yang dihubungkan dengan kandungan dan komposisi relatif senyawa kimia penyusun dinding sel kayu terutama selulosa, hemiselulosa, lignin, zat ekstraktif dan bahan anorganik lainnya (Bowyer et al. 2003). Beberapa sifat yang tergolong sifat fisis penting adalah kadar air (KA), kerapatan (ρ), BJ, kembang susut dan permeabilitas kayu, sedangkan sifat mekanis meliputi keteguhan lentur statis (static bending strength), keteguhan tarik (tensile strength), keteguhan tekan (compressive strength), keteguhan geser (shearing strength), kekakuan (stiffness), keuletan (toughness), kekerasan (hardness) dan ketahanan belah (cleavage resistance). Secara umum diketahui bahwa antara BJ kayu 6
dengan sifat mekanis terutama kekuatan kayu memiliki hubungan korelasi positif. Semakin tinggi BJ kayu, maka kayu akan semakin kuat (Bowyer et al. 2003). Kayu berBJ tinggi cocok untuk tujuan memikul beban (struktural). Sifat fisis dan sifat mekanis kayu bergantung pada faktor inherent dalam kayu terutama tebal-tipis dinding sel, porsi kayu akhir-kayu awal, persentase kayu gubalkayu teras, MFA dan proporsi masing-masing sel penyusun kayu. Nilai kerapatan dan BJ kayu pada kayu-kayu dengan persentase bagian kayu akhir yang lebih tinggi atau yang didominasi oleh sel-sel yang berdinding tebal akan lebih tinggi (kayu lebih kuat). Kayu dengan MFA yang lebih kecil akan lebih stabil; kayu dengan porsi rongga sel yang lebih banyak akan lebih permeabel. Kedua sifat tersebut (fisis-mekanis) juga bergantung pada kandungan kimiawi dinding sel. Kayu yang lebih tinggi kadar ligninnya akan lebih kaku sehingga lebih sulit untuk dibengkokan, sedangkan kayu yang lebih banyak zat ekstraktifnya akan lebih kuat, umumnya lebih awet dan lebih stabil (kembang-susutnya rendah). Keempat sifat dasar kayu sebagaimana di atas juga berhubungan erat dengan sifat pengolahan dan pengerjaannya. Kayu-kayu yang kurang permeabel pada umumnya sulit untuk dikeringkan ataupun diawetkan. Kayu-kayu berBJ tinggi meski lebih sulit dalam pengerjaannya menghasilkan permukaan yang lebih halus. Sebagaimana telah dijelaskan, kayu dengan kadar ekstraktif tinggi pada umumnya lebih awet tetapi sulit untuk dikeringkan.
HUBUNGAN STRUKTUR ANATOMI KAYU DENGAN KEGUNAANNYA Ulasan hubungan struktur anatomi kayu dengan kegunaannya difokuskan pada produk-produk yang telah diproduksi secara massal atau yang sudah dikenal seperti kayu gergajian, papan komposit (kayu lapis, kayu lamina dan papan partikel), pulp dan kertas, meubel dan furniture, patung dan barang kerajinan serta kayu energi. Kayu gergajian meliputi kayu pertukangan untuk tujuan struktural (konstruksi) dan sortimen untuk tujuan penggunaan lain yang tidak mengutamakan aspek kekuatan. Tabel 1 memuat hubungan antara mutu kayu dengan sifat dasar yang harus diperhatikan untuk masing-masing keperluan. Dari tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa ketebalan dinding sel, MFA, keberadaan kayu reaksi, kayu juvenil, kayu teras dan tegangan pertumbuhan (dari struktur anatomi kayu), kerapatan, BJ serta KA kayu (sifat fisis kayu), serta kadar zat ekstraktif dan kadar lignin (sifat kimia kayu) merupakan indikator penting (Barnett and Jeronimidis 2003). Pada prinsipnya untuk menghasilkan suatu produk bermutu tinggi diperlukan persyaratan tertentu yang berbeda satu sama lain bergantung pada jenis produk yang akan dibuat. Artinya tidak semua jenis kayu dapat digunakan untuk satu jenis produk, dan tidak semua jenis produk berkualitas tinggi harus mengandalkan satu jenis kayu. Yang harus diperhatikan adalah kesesuaian antara sifat kayu dengan jenis produk yang akan dihasilkan termasuk juga proses pengolahan karena masing-masing jenis kayu memiliki sifat yang berbeda baik akibat perbedaan kondisi tempat tumbuh, umur pohon mau pun akibat perbedaan posisi kayu dalam satu batang.
7
Tabel 1. Hubungan antara persyaratan mutu kayu dengan sifat dasar kayu Sifat Dasar Kayu yang Menentukan Mutu dan Parameternya Anatomis Fisis Kekakuan Kekuatan
Kekuatan
MFA Tebal dinding sel
Kerapatan/BJ kayu
Kekerasan Distorsi Stabilisasi dimensi
Susut
MFA, tebal dinding sel
Collaps
MFA, sel pembuluh
Kerapatan/BJ kayu, tegangan pertumbuhan, KA
Warna
-
Kayu gubal/kayu juvenil
Tebal dinding sel
Kerapatan/BJ kayu, kayu teras
Keawetan
Keterekatan Pengeringan Tebal dinding sel Pemesinan Kekakuan, Kayu reaksi, Log processing pecah dan Tebal dinding sel retak (Sumber: Barnett and Jeronimidis 2003). Manufacturing
Zat ekstraktif lignin
Tegangan pertumbuhan
MFA
Biological
Kimia
Zat ekstraktif Zat ekstraktif Zat ekstraktif
Kerapatan/BJ kayu
Zat ekstraktif
Kerapatan/BJ kayu, tegangan pertumbuhan
-
Untuk tujuan penggunaan sebagai kayu pertukangan yang memikul beban (struktural) secara umum diperlukan kayu-kayu yang ber-BJ cukup tinggi (>0,70), berkeawetan alami baik (Kelas Awet II) dan berserat lurus. Corak, warna dan tekstur tidak menjadi pertimbangan. Sortimen gergajian yang ber-BJ lebih rendah ditujukan untuk penggunaan lain yang tidak mementingkan kekuatan. Jenis kayu yang biasa digunakan diantaranya adalah keruing, kapur (kamper), bangkirai, ulin, merbau, meranti batu, puspa, rasamala, pasang dan lain sebagainya termasuk nyatoh, medang dan sengon. Untuk pembuatan kayu lapis dan kayu lamina dibutuhkan kayu-kayu yang memenuhi persyaratan seperti mudah dikupas atau disayat untuk dijadikan vinir (BJ 0,50-0,75 lebih disukai), cukup awet (Kelas Awet III), bentuk batang silindris hingga sedikit agak taper, tidak banyak mata kayu, tidak banyak bagian kayu reaksi, berserat lurus dan memiliki sifat keterekatan yang baik (tidak berminyak). Kayu yang lebih rendah mutunya (banyak mata kayu, batang taper, bengkok dan lain sebagainya) dijadikan bahan baku papan partikel. Kayu yang umum dipakai diantaranya adalah berbagai jenis meranti (Shorea spp.), kapur (kamper), medang, merbau, terentang, medang dan lain sebagainya termasuk sengon dan jabon. Persyaratan kayu sebagai bahan baku pulp dan kertas adalah berserat panjang, nilai bilangan Runklenya rendah (<0,25), berkadar lingnin rendah, ekstraktif rendah tetapi memiliki kandungan serat yang cukup (BJ 0,55-0,65 lebih disukai). Meskipun kayu konifer secara umum lebih disukai karena berserat panjang, persentase seratnya tinggi dan berstruktur homogen, tidak berarti bahwa kayu daun lebar tidak cocok dijadikan bahan baku pulp dan kertas karena pada prinsipnya semua bahan berlignoselulosa dapat dijadikan bahan baku pulp dan kertas. Kayu daun lebar yang demikian biasanya digunakan untuk menghasilkan pulp campuran. Beberapa jenis 8
kayu yang biasa digunakan sebagai bahan baku selain pinus, agathis dan jamuju adalah mangium, sengon, bakau, gmelina, perupuk dan kayu-kayu lain yang berwarna terang. Kriteria utama kayu yang cocok sebagai bahan baku meubel dan furniture adalah memiliki corak yang menarik (dekoratif), bertekstur sedang-halus, kekuatan dan kekerasannya sedang (BJ 0,55-0,75 lebih disukai; karena produk dari kayu yang terlalu keras dan terlalu berat sulit untuk dipindahkan), keawetan alami cukup tinggi (Kelas Awet II-III), sifat keterekatan dan finishing-nya baik (tidak banyak mengandung minyak) dan stabil. Contohnya adalah kayu jati, mahoni, pasang, ramin, merbau, karet, sungkai, mindi, suren, surian, saninten, agathis dan sebagainya. Kayu yang cocok sebagai bahan baku patung atau barang kerajinan adalah kayu yang memiliki corak yang menarik (dekoratif), bertekstur sangat halus-halus, awet (Kelas Awet II lebih disukai), kekuatan dan kekerasannya sedang (BJ 0,55-0,75) dan stabil. Secara umum persyaratan teknis kayu untuk patung dan barang kerajinan adalah sama dengan persyaratab kayu untuk meubel dan furniture. Beberapa jenis kayu yang biasa digunakan diantaranya adalah jati, mahoni, eboni, suren, surian, sonokeling, sonokembang, pulai, jelutung, ramin dan lain sebagainya. Bahkan kayu dengan bentuk batang yang khas (bengkok-bengkok atau melengkung indah) juga diminati selama mudah dibentuk, diukir dan lain sebagainya seperti halnya bungur. Persyaratan jenis kayu yang potensial sebagai sumber energi termasuk kayu bakar adalah kayu-kayu yang memiliki heating value yang tinggi seperti lamtoro gung, lamtoro dan kaliandra. Jenis kayu yang tidak cocok dan kurang ekonomis bila digunakan sebagai bahan baku kayu pertukangan, papan komposit, pulp dan kertas, meubel dan furniture maupun patung dan barang kerajinan selama memiliki heating value yang cukup tinggi biasanya dapat dijadikan kayu bakar atau kayu energi. Jenis kayu yang nilai kalor nya tinggi, mudah menyala dan tidak banyak asap lebih disukai.
HUBUNGAN STRUKTUR ANATOMI KAYU DENGAN PENGOLAHANNYA Kayu harus diolah sesuai dengan sifat-sifat yang dimilikinya. Diantara ke-empat sifat dasar kayu, sifat anatomi merupakan sifat yang sangat penting untuk diperhatikan karena struktur anatomi sel-sel penyusun kayu sangat menentukan keberhasilan suatu proses pengolahan yang diterapkan. Sehingga mendiskusikan proses pengolahan kayu tak lepas dari mendiskusikan reaksi (behaviour) sel-sel penyusun kayu saat kayu tersebut diolah (diistilahkan sifat pengolahan kayu). Yang dimaksudkan dengan sifat pengolahan kayu dalam makalah ini adalah behaviour kayu terhadap perlakuan yang diberikan selama proses berjalan dimana proses pengolahan tersebut hanya melibatkan suhu (panas) dan bahan kimia. Sifat pengolahan yang dimaksudkan tidak termasuk behaviour kayu saat kayu dijadikan pulp (pulping) ataupun saat “dimakan” oleh mesin (gergaji dan sebagainya). Proses yang terakhir itu dikelompokan dalam sifat pengerjaan kayu. Dengan demikian sifat pengolahan kayu yang menjadi fokus pembahasan terdiri dari behaviour kayu saat dikeringkan (sifat pengeringan kayu), saat diawetkan (sifat pengawetan kayu) serta saat diperlakukan dengan bahan kimia tertentu untuk memperbaiki sifat-sifatnya tanpa mengakibatkan terjadinya pemisahan antar serat (sifat peningkatan mutu kayu). Keberhasilan ketiga proses tersebut sangat dipengaruhi oleh struktur anatomi kayu. 9
Pengeringan kayu adalah suatu proses menurunkan kadar air kayu hingga ke kadar air pemakaian melalui teknik penumpukan yang benar, dengan atau tanpa pengaturan faktor-faktor pengeringan untuk meningkatkan kestabilan dimensi kayu. Pengeringan yang tanpa mengatur suhu, RH dan kecepatan angin dikenal sebagai pengeringan alami (pengeringan udara), sedangkan pengeringan yang mengatur faktor pengeringan tersebut dan biasanya menggunakan jadwal pengeringan disebut pengeringan dengan kilang. Untuk mengurangi biaya adalah lumrah bila kayu-kayu yang akan dikeringkan dalam kilang sudah terlebih dahulu dikeringudarakan. Parameter keberhasilan suatu proses pengeringan adalah waktu dan cacat pengeringan. Proses pengeringan kayu dikatakan berhasil apabila waktu yang dibutuhkan tergolong singkat dengan cacat pengeringan yang minimal (Bowyer et al. 2003). Pengawetan kayu merupakan proses memasukkan bahan pengawet (bahan kimia yang bersifat racun terhadap faktor perusak kayu biologis) ke dalam kayu dengan dan tanpa tekanan (dan vakum) agar kayu menjadi lebih tahan terhadap serangan berbagai faktor perusak kayu (biologis dan non biologis) sehingga meningkatkan umur pakai kayu. Keberhasilan proses pengawetan ditentukan oleh retensi (jumlah bahan pengawet yang tertinggal di dalam kayu) dan penetrasi (dalamnya bahan pengawet masuk ke dalam kayu). Semakin tinggi retensinya dan semakin dalam penetrasinya maka kayu akan semakin awet, dan begitu pula sebaliknya. Pengawetan juga dikatakan berhasil apabila kekuatan kayu setelah diawetkan tidak berkurang secara nyata (Bowyer et al. 2003). Peningkatan mutu kayu adalah suatu perlakuan yang biasa diaplikasikan pada kayu untuk memperbaiki sifat-sifat kayu sehingga mutu kayu secara keseluruhan menjadi lebih baik. Teknik atau metode yang umum dilakukan terdiri dari: a) pemadatan/densification (memadatkan kayu dengan bantuan panas dan tekanan), b) impregnasi (memasukkan bahan kimia tertentu ke dalam kayu tanpa tekanan) dan c) kompregnasi (kombinasi antara pemadatan dengan impregnasi). Indikator keberhasilan proses ini adalah nilai kemampuan kayu untuk kembali ke ukuran tebal awal (spring back) setelah mengalami perlakuan. Semakin rendah nilai springback, semakin stabil kayu. Kondisi ini mengindikasikan bahwa telah terjadi fiksasi yang sempurna dalam kayu (Hill 2006). Selain dipengaruhi oleh kadar air awal dan ukuran ketebalan kayu, mutu dan sifat pengeringan sangat dipengaruhi oleh struktur anatomi, sifat fisis dan kandungan kimia kayu. Kayu-kayu yang lebih porous (lebih tinggi persentase rongga sel) atau yang berkerapatan/ber-BJ rendah cenderung lebih mudah dikeringkan dengan waktu yang lebih singkat karena lebih permeabel (sifat pengeringan baik, cacat sedikit). Begitu pula halnya dengan kayu-kayu yang tidak banyak mengandung tilosis atau endapan lain di dalam rongga sel kayu. Kayu dengan persentase sel parenkim dan jari-jari yang tinggi menuntut perlakuan pengeringan yang lebih lunak karena tipisnya dinding sel. Dinding sel yang tipis berpotensi sebagai daerah awal terjadinya cacat. Begitu pula halnya bila dalam satu lembar sortimen terdapat bagian gubal dan bagian terasnya. Perhatian perlu diberikan apabila dalam satu sortimen terdapat kayu juvenil atau pun kayu reaksi. Secara umum kayu konifer lebih mudah dikeringkan dibandingkan dengan kayu daun lebar pada nilai BJ kayu yang sama akibat struktur kayunya yang homogen. Namun 10
demikian, pengeringan kayu konifer harus dilakukan dengan hati-hati terutama diawalawal periode pengeringan karena peluang terjadinya penyumbatan mulut noktah yang tergolong tinggi. Hal yang sama berlaku pula pada kayu dengan kadar ekstraktif tinggi karena berpotensi mengakibatkan terjadinya ketidakmerataan warna (discoloration) pada permukaan kayu. Dalam hal mengawetkan kayu, kayu-kayu yang kurang permeabel atau kayukayu yang ber-BJ tinggi atau banyak mengandung tilosis dan/atau endapan tergolong kayu-kayu yang sukar untuk diawetkan karena bahan-bahan tersebut akan menghalangi pergerakan masuknya bahan pengawet ke dalam kayu. Bagian kayu gubal pada umumnya lebih mudah diawetkan dibandingkan dengan bagian kayu teras karena lebih permeabel akibat tidak memiliki zat ekstraktif. Secara umum kayu konifer juga lebih mudah diawetkan dibandingkan dengan kayu daun lebar pada BJ yang sama. Jalannya air dari dan ke dalam kayu baik saat kayu dikeringkan maupun diawetkan dipengaruhi oleh kondisi rongga sel yang dilewatinya baik ke arah longitudinal maupun ke arah lateral, dan juga kondisi mulut noktah di dinding sel. Aliran arah longitudinal terjadi melalui sel pembuluh (untuk kayu daun lebar) atau sel trakeida (untuk konifer), sedangkan aliran arah lateral melewati sel jari-jari (untuk kayu daun lebar dan konifer). Dengan demikian keberadaan tilosis dan endapan berwarna serta tipe bidang perforasi (pada sel pembuluh) atau keberadaan deposit dan kondisi mulut noktah (dalam sel trakeida) akan sangat menentukan laju pergerakan air arah longitudinal, sedangkan laju pergerakan ke arah lateral baik pada kayu daun lebar mau pun kayu konifer ditentukan oleh keberadaan kristal mineral, ukuran dan kondisi mulut noktah di dinding sel jari-jari kayu. Tingginya kandungan tilosis, endapan berwarna, kristal mineral dan deposit lainnya akan mengakibatkan laju pergerakan air menjadi terhambat sehingga kayu menjadi sulit untuk dikeringkan atau diawetkan. Pengeringan dan pengawetan akan semakin sulit apabila dalam waktu yang bersamaan noktah yang ada di dinding sel berada dalam keadaan teraspirasi (aspirated pitting). Oleh karena itu terhadap kayu dengan kadar tilosis atau kadar endapan dalam rongga sel tinggi, perlu dilakukan tindakan yang bertujuan untuk mengurangi kadar bahan-bahan penghalang tersebut sebelum dikeringkan atau diawetkan. Semakin bersih kondisi rongga sel, maka semakin lancar pula pergerakan air baik keluar (saat dikeringkan) maupun masuk (saat diawetkan). Bidang perforasi tipe jala atau tapisan juga berkontribusi pada sukarnya kayu dikeringkan maupun diawetkan. Fenomena dan alasan yang sama juga berlaku pada proses peningkatan mutu kayu karena proses peningkatan mutu juga terkait dengan pergerakan air dan larutan bahan kimia yang digunakan. Kayu-kayu berkerapatan/ber-BJ rendah, yang lebih porous atau yang berdinding tipis, akan lebih mudah dipadatkan, diimpregnasi atau dikompregnasi. Selain sulit, kayu-kayu dengan kadar ekstraktif tinggi acap kali menyulitkan proses peningkatan mutu dan cenderung mengakibatkan terjadinya discoloration pada permukan kayu. Khusus untuk pemadatan dan kompregnasi, kadar lignin yang tinggi akan mempersulit proses peningkatan mutu karena kedua teknik tersebut mensyaratkan terjadinya pelunakan lignin. Pelunakan lignin yang terhambat dapat mengakibatkan mutu kayu yang diberi perlakuan menjadi lebih rendah dari mutu awalnya karena meng-arang-nya permukaan kayu akibat pemanasan yang berlebihan. 11
Secara umum, kayu konifer lebih mudah ditingkatkan mutunya dibandingkan kayu daun lebar karena terkait dengan struktur anatomi kayu.
PENUTUP Berdasarkan uraian di atas tidak perlu diragukan lagi bahwa hubungan antara struktur anatomi kayu dengan sifat, kegunaan dan pengolahan kayu dalam rangka pemanfaatan kayu secara optimal dan tepat adalah sangat erat. Sifat kayu sangat bergantung pada struktur anatominya dan melekat (inherent) di dalam struktur sel-sel penyusun kayu. Keseluruhan sifat kayu secara bersama-sama akan menentukan kegunaan dan proses pengolahan yang akan diaplikasikan harus disesuaikan dengan struktur anatomis kayunya.
BAHAN RUJUKAN Barnett J and G Jeronimidis. 2003. Wood Quality and Its Biological Basis. Blackwell Publishing Ltd. 226 p. Bosoi FP, M Soffiatti and RT Boeger. 2010. Ecological Wood Anatomy of Miconia sellowiana (Melastomataceae) in Three Vegetation Types of Paraná State, Brazil. IAWA Journal, Vol. 31 (2): 179-190. Bowyer JL, R Shmulsky and JG Haygreen. 2003. Forest Products and Wood Science: An Introduction. Fourth Edition. Amer, Iowa, USA. Iowa State Press a Blackwell Publishing Company. Crossette B and R Kollodge. 2010. State of World Population. From conflict and crisis to renewal: Generation to change. United Nations Population Fund. Food and Agriculture Organization. 2011. State of the World’s Forests. Viale delle Terme di Caracalla, 00153, Rome, Italy. 179 p. Forest Product Laboratory. 2010. Wood Handbook: Wood as an engineering material. Centennial Edition. United States Department of Agriculture Forest Service. Madison, Wisconsin. 508 p. Hill CAS. 2006. Wood Modification: Chemical, thermal and other processes. School of Agricultural and Forest Sciences, University of Wales, Bangor. John Wiley & Sons, Ltd. Hoadley BR. 1990. Identifying Wood: Accurate results with simple tools. The Taunton Press, Inc. 223 p. Laban BY. 2005. Prospek Produk Industri Hasil Hutan Indonesia. Paper dalam Seminar Kesiapan Indonesia dalam Implementasi ISPM #15: Solid Wood Packaging Material. Pusat Standardisasi dan Linkungan. Sekjen. Departemen Kehutanan. Jakarta, 27 April. Labetubun MS, E Suhendang dan D Darusman. 2005. Pengembalian Ekonomi dalam Pengelolaan Hutan Alam Produksi: Suatu pendekatan dinamika sistem. Jurnal Manajemen Hutan Tropika Vol. XI No. 2: 42-54. Sarajar C. 1982. Identifikasi Kayu Secara Makroskopis. Fakultas Kehutanan. Institut Pertanian Bogor. Tidak Diterbitkan. Sidabutar JH. 2007. Perancangan arsitektur strategik di perusahaan furniture panel wood PT. Cahaya Sakti Furintraco [Tesis]. Program Magister Bisnis. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor. Tidak Diterbitkan. Skaar C. 1972. Water in Wood. Syracuce Wood Science Series. University Press New york. Tsoumis G. 1991. Science and Technology of Wood: Structure, properties, utilization. Van Nostrand Reinhold. New York. Zobel BJ and JP Buijtenen. 1989. Wood Variation: Its causes and control. SpringerVerlag Berlin Heidelberg. 363 p.
12
