Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

PHOTODETERIORASI PERMUKAAN KA YUYANG DIMODIFIKASI KIMIA DENGAN ASETIK ANHmRID

Yanni Sudiyani:

ABSTRAKPHOTODETERIORASI PERMUKAAN KAYU YANG DIMODIFIKASI KIMIA DENGAN ASETIK

ANHIDRID. Asetilasi dari grup phenolik hidroksil telah diaplikasikan pada kayu albizia (Paraserienthes falcata Becker) dan sugi

(Cryptomeria joponica D.Don). Perlakuan dengan asetilasi ini diharapkan dapat meningkatkan ketahanan cuaca kayu akibatirradiasi ultraviolet. Kedua sampel kayu yang telah diasetilasi masing-masing berukuran : 145x 45x 3 mm diirradiasi terhadap cuacaalam selama satu tahun dan terhadap ultraviolet buatan dan semprotan air selama 1080 jam (simulasi cuaca), untuk dibandingkandengan cuaca alamo Deteriorasi permukaan kayu daD degradasi lignin diamati FTIR. Colormeter digunakan untuk mengukurperubahan warna (M.) pada seluruh sampel kayu dari setiap kondisi pelapukan. Analisis dengan FTIR menunjukkan dinding sel kayuyang diberi perlakuan modifikasi kimia menggunakan asetik anhidrid dapat mereduksi degradasi permukaan kayu yang dilapukkandibandingkan dengan kayu kontrol (Ul1pa perlakuan). Pengamatan sebelum dan sesudah pelapukan dengan FTIR juga menunjukkandegradasi ultraviolet menyebabkan hilangnya lignin daD silage (dari silan) pada kayu kontrol. Perlakuan dengan asetilasi dapatmereduksi hilangnya lignin pada permukaan kayu. Kata Kunci: Asetilasi, Degradasi ultra violet, Pelapukan, Albizia, Sugi, M.,

Lignin.

ABSTRACTWOOD SURFACE PHOTODETERRIORATION CHEMICALLY MODIFICATED BY ASETIC ANHIDRIDE.

Hydroxyl phenolic group acetylation was applied to albizzia (paraserienthes falcata Becker) and Sugi wood (Cryptomeria japonicaD. Don). The acetylation treatment is expected to increase the wood resistance to the weathering, especially due to the UV irradiationcomponents. Both of the types of the acetylated samples with the size of 145 x 15 x 3 mm3 are irradiated to the natural weathering forone year and to the artificial, by UV irrdiation and water spray for 1080 hours, and then had been compared. Wood surface

deterrioration and lignin degradation was observed by FrIR. Colormeter was used to measure color degradation (M.) on the samples inevery deterrioration weathering condition. ffiR analysis informs that the chemically modified cell wall by using anhydride aceticreduced deterrioration wood surface degradation compared with control sample (without treatment). The observation by FrIR beforeand after deterrioration showed that the loss of lignin and cylane of the control samples is due to the UV degradation. Acetylationtreatment reduced the lignin loss from the surface.

Tulisan ini membahasphotodeteriorasi permukaan kayu dan degradsilignin pacta asetilasi kayu albizia daD sugi yangdiekspos pacta cuaca alam maupun pacta cuacabuatan.

BAHAN DAN METODABahan

Sampel kayu albizia (Paraserienthesfa/cola Becker) daD sugi (Cryptomeriajaponica D.Don) masing-masing berukuran :145x 45x 3 mm. Sampel dikeringkan dalamoven 60°C selama 3 hari kemudian ditimbangdaD diukur dimensinya.

Modifikasi Kimia dengan AsetilasiSampel kayu kering oven di vakum

awal 15 mm Hg selama 30 menit, kemudiansampel direndam asetik anhidrid dengantekanan rendah pacta 15 mm Hg selama 30menit kemudian sampel dipindahkan ke dalamtabling 500 ml yang alasnya berbentuk bulatberisi asetik anhidrid yang dipanaskan 120°C.Larutan tersebut dipertahankan pacta 120 °Cdalam kondisi reflux selama 30 menit dan 6jam. Sampel dicuci dalam air mengalir selama48 jam untuk menghilangkan basil reaksisamping, kemudian sampel dikeringkan dalamoven 105°C selama 24 jam. Kandungan asetil(penambahan berat) kering oven dihitungberdasarkan persentase berat sebelum dansesudah asetilasi.

PENDAHULUANKayu yang digunakan diluar ruangan

akan mengalami photodeteriorasi karenaproses pelapukan alam, yang pacta dasamyadisebabkan oleh pengaruh cahaya daD air.Komponen cahaya ultra violet (UV) dari sinarmatahari merusak kayu melalui dekomposisilignin dalam dinding sel. Dekomposisi ligninini menyebabkan kerusakan sifat-sifat fisik,kimia daD penampakkan dari kayu sepertiperubahan wama kayu. Air sebagaimana hujanakan mempercepat terjadinya retakan daDpengasaran permukaan kayu yang diiradiasi(Feist daD Hon, 1984). Untuk meningkatkansifat-sifat kayu daD memperluas kegunaan diluar ruangan perlu ditingkatkan denganbeberapa perlakuan kimia.

Modifikasi kimia kayu adalahperlakuan kimia yang diketahui dapat menjagakestabilan lignin terhadap degradasi fotolitik,penguatan daya tahan biologi daD dapatmencegah kayu berubah dari kekuningan(Imamura, Y 1992).

Asetilasi merupakan salah satumodifikasi kimia dimana basil reaksinya dapatmencegah terbentuknya radikal-radikal peno-ksi di dalam kayu karena gugus-gugus hidrok-sil phenolik dalam dinding sel dapat diblokoleh asetilasi, sehingga diduga enzim-enzimperusak kayu tidak mampu bekerja pactadinding sel kayu yang termodifikasi(Rowell,1990).

2.

498

Dipresentasikan pada Seminar Ilmiah PPSM 1996Lab. Bahan daD Komposisi P3FT-LlPI, Puspiptek, Serpong 15310

kayu ini disebabkan perbedaan distribusiseluler kandungan asetyl daTi kedua kayu.Albizia termasuk kayu kelas daun lebarbanyak mengandung sirinjil, daD sugi darikelas daun janun banyak mengandungguaiasil (Takahashi, M. 1993).

Tabel 1. Penambahan berat atau weight gain(WG) asetilasl ]cavu albizia dan kayo su~i

WIktUAs" "1"'-1e-

30 Menit

AblZia,-WGo/~~

19,7

SD~!WG%

17,1I 6Jam 24,8

Perubahan warDa

Kayu mempakan penyerap cahayayang baik. Kayu berinteraksi dengan semuajangkauan energi elektromagnetik, termasukcahayafluorensinya dancahaya matahari (Hondan Feist, 1980). lnteraksi foton dengankomponen- komponen polimer yangterdistribusi pada permukaan kayu melibatkansedikitnya proses fisika daD kimia. Komponenkimia kayu seperti selulose, hemiselulosa,lignin daD ekstraksi- ekstraksi lain mudahterdegradasi oleh cahaya matahari atau UV,

Hubungan antara pembahan wama kayudaD waktu pelapukan pada cuaca alam, albiziadaD kayu sugi yang diamati pada cuaca alamditunjukkan pada Gambar-l. Penambahanberat kayu yang diasetilasi memberikanpengarlih yang positif terhadap pembahanwarDa. (AE) ko~trol kayu '" albizia daD sugi

yang dilapukkan pada cuaca alam." masing-masing bertumt-tumt adalah 39,8 daD 37,5unit.

Kondisi Tempat PelapukanSampel kayo yang telah :dimodifikasi

dibagi pada dua kelompok yaitiJ : Kelompokpertama diirradiasi langsung dengan sinarmatahari pada cuaca alamo Kelompok keduadiirradiasi dengan cara simulasi cuaca yangdipercepat (cuaca buatan)yaitu dengan sinar-UV dan semprotan air pada ruangan tertutup.Pada irradiasi cuaca alam masing-masingsampel diletakan berjajar menghadap arabselatan, dengan kemiringan 450 terhadap bi-dang horizontal. Lama irradiasi satutahun, pe-ngamatan sampel dilakukan setiap tiga bulan,

lrradiasi ultra violet buatan dilaku~kan dengan menggunakan Carbon-arc light 3Kwh sebagai sumber UV, serta penyemprotanair selama 12 menii setiap 1 jam sekali dalamruangan tertutup menggunakan Super Long-life weather meter Wel-Sun-Hc, Suga ShikenkiCo. ,Ltd. Kondisi ruangan diatur50°C dan ke-lembaban relatif 50%. Irradiasi berlangsungselama I bSO jam, pengamatan dilakukansetiap 120 jam.

,. ,Perobahan warDa .."

Semua sampel yang diirradiasi di-~ur perubahan warna (AE) den&~ 'Golofdifference meter' Z-10001 DP,Nippon..Denshoku Kogyo Co.Ltd untuk cuaca alain danTOP-scan Tc-1S00 MK-II Tokyo DenshokuCo. Ltd. untukcuaca~uatan.Rata-rata perubahan w~rna dihitung denganpersamaan (Plackettdkk., 1992):

_I. .2 ..2 ..~E = -v(L x -L 0) + (a x-a 0) + ( b x -b 0)

dengan L '0, a'o, dan b'o adalah nilai-nilaiperubahan warna yang diukur sebelumterjadinya pelapukan, sedangkan L 'x, a'x, danb'x = nilai-nilai perubahan wama yangqiukur

setelah X waktu terjadinya PelapUkan.

FTIRPengukuran pertumbuhan indeks kar-

bonil dan degradasi lignin dilakukan dengancara: ditimbang sebanyak 2,0 rng serbuk kayukemudian dicampurdengan 200 mg KBr, Jaludihaluskan daD dibuat pelet, daD dikarak-terisasi menggunakan JASCO FFIR- 700spektra.

BASIL DAN PEMBABASANPenambahan berat kayu

Rata-rata penambahan berat (WG)kayu setelah perlakuan asetilasi ditunjukkanpada Tab. I. Penambahan berat kayusugi lebihbesar daripada kayu albizia setelah asetilasidalarn perioda waktu perlakuan yang sarna.Perbedaan penambahan berat pada kedua jenis

499

-0--,

Ie

..I J8 ---~-..#-"

It

SpektroskopiInframerahHasil analisis spektroskopi infra

rnerah ditunjukkan pada tabel-2, yangrnenyatakan bahwa beberapa puncak intensitasrnengalarni perubahan setelah irradiasi.lntensitas puncak 1510 crn-! daD 1245 crn-1(struktur cincin arornatik lignin) rnenjadiberkurang selarna proses irradiasi sedangpuncak 1730 crn-) sedikit rnengalarnipergeseran dari 1745 crn-1 ke 1727 crn-l.Setelah proses irradiasi, puncak 1730 crn-!tidak begitu jelas, tetapi hanya berupa tonjolankecil hal ini kernungkinan disebabkankandungan asetil berkurang dan puncak 1727crn-1 rnenjadi besar.Proses pelapukan akibat irradiasi ultra violetrnenyebabkan perturnbuhan grup-grupkarbonil, yang disebabkan oleh photooksidasi(Hon daD Chang 1984). Penurunan intensitaspada panjang gelornbang 1510 crn-! dan 1260crn-! disebabkan oleh karena cincin arornatiklignin pada kayu sugi lebih sedikitdibandingkan dengan cincin arornatik kayu

albizia.

..~~~,~~.~~~'~..~..'...'~I..4 6 ,Gambar 1 b. Perubahan wama kayu albWa pada

cuaca aIam.

Gambar-2 menunjukkan perubahanwarDa kayu albizia daD kayu sugi yang diamatipada cuaca buatan. untuk sam pel kayu kontrolmasing-masing adalah 32,5 daD 37 unit.Perubaban warDa lebih serius pada kayu yangdiirradiasi pada cuaca alamo PerubabanWarDa kontrol kayu albizia lebih besardaripada kontrol kayu sugi pada kayu yangdiiradisi langsung dengan UV sinar matabari.Dibandingkan dengan sampel kayu kontrol,kayu yang diasetilasi dapat menekan bampir 2kali laju perubahan warDa, terutama pada kayualbizia.

Tabel-2: Intensitas Relatif Absorban IR olehKa}1l-ka}1l yang diasetilasi:

,. ." ." ..".a..w.,. ~ Q88I

Gambar 2a. Perubahan wama kayu sugl pads cuacabuatan

hal ini berarti dekomposisi lignin pada kayusugi lebih sedikit dibandingkan komposisilignin kayu albizia, karena lignin pada kayusugi (kayu daun jarum) yang tersusun olehquaiacil tidak mudah terdekomposisi dalamproses pelapukan karena -reaksi-reaksisampingan seperti kondensasi. Akibat daTidegradasi lignin mengarah kepada diskolorasipermukaan kayu daD menghasilkan grup-grupkromophorik barn seperti asam-asamkarboksilik, karbonil daD quinones. Hal inidibuktikan dengan kenaikan intensitas pada

..f

.I" ..."1 ,.. a... aJ'.~

Gambor 2b. Perobahan woma kayu alblzla podo cuocobuatan

500

Research6. T AKAHASffi,Biology, 1993.

M., Curentpita 1740 cm-l dan 1720 cm-l .Ron dan Chang(1984) melaporkan bahwa lignin merupakankomponen kayu utama yang terdegradsi secarafotooksidasi pada permukaan kayu. Seluloseterdegradasi sedikit, hal ini dapat dilihatdengan sedikitnya jurnlah kelompok-kelompokkarboksilik dan karbonil yang teridentifikasioleh spekroskopi JR.

Kayu yang diasetilasi mengalarniperubahan terutama kimia lignin dan selulosaserupa dengan perubahan pada kayu yangtidak diberi perlakuan, namun pada kayu yangdiasetilasi akan mengalami sedikit perubahandalam xylan atau rnanan. Hal ini menyatakanbahwa reduksi yang terarnati dalam prosespelapukan (yang mereduksi erosi danpengurangan berat) adalah bahwa kayu yangdiasetilasi mungkin merupakan akibat asetilasilignin dan selulosa. Radikal bebas dapatmerusak kayu selama proses pelapukan, tetapibilamana komponen-komponen kayudiasetilasi proses pelapukan dapat tertahan(Feist dan Ron, 1984).

DISKUSI:T: Apakah kerusakan dinding sel terjadi

sebagai akibat plasmolisa sel ?J : Kerusakan pada dinding sel bukan karena

plasmolisa tapika renaefek UV yangmenyebabkan degradasi leguin padadinding sel.

T: Sejauh mana efektivitasnya terhadapstabilitas kayu?

J: Proses asitilasi telah lama di pakai diAmerika dan Jepang sebagai bahanpengawet kayu daTi kelas ChemicalModification. Diketahui bahwa asetilasimeningkatkan stabilitas dimensi jugatahan terhadap rayap dan jamur. Dalampenelitian ini asetilasi menunjukkan dapatmenghambat perubahan WarDa kayu daDmereduksi degradasi leguin.

T: Apakah kerusakan dinding sel ini sebagaiakibat plasmolisa sel?

J: Kerusakan dinding sel bukan karenaplasmolisa tetapi karena efek UV yangmenyebabkan degradassi legnin padadinding sel.

T: Sejauh mana penerapan dan efektivitasnyaterhadap stabilitas kayu?

J: Proses asetilasi sudah lama dipakai diAmerika dan Jepang sebagai bahanpengawet kayu daTi kelas "chemicalModification". Diketahui bahwa asetilasiselain meningkatkan stabilitas dimensijuga tahan terhadap rayap dan jamur.Dalam penelitian ini asetilasi menunjuk-kan dapat menghambat perubahan wamakayu dan mereduksi degradasi legnin.

KESIMPULAN1. Perlakuan asetilasi pada kayu albizia dan

kayu sugi memberikan penambahan berat.2. Perlakuan asetilasi dapat meningkatkan

stabilitas dimensi kayu dan menghambatpemudaran warna permukaan kayu yangdiirradiasi pada cuaca alam maupun cuacabuatan

3. Perlakuan dengan asetilasi dapat mereduksihilangnya lignin pada permukaan kayuakibat proses foto deteriorasi.

DAFTAR PUSTAKA1. FEIST W.C.; HON, D.N.S.: Chemistry of

Weathering and Protection of Wood inRowell, R(ed): The Chemistry of SolidWood. Amer. Chern. Soc., 401-451, 1984.

2. HON, D.N.-S DAN CHANG, S-T:Surface Degradation of Wood by UVLight. J. Polym. Sci. Ed, 22: 2227-2241,1984.

3. IMAMURA, Y.: Morfological Change inAcetylated Wood exposed To Weathering.Wood Research Institute, 79: 54-61, 1993.

4. PLACKETT CS.,: Weathering ofChemically Modified Wood: AcceleratedWeathering of Acetilated radiata pine.Holz Roh Werkst, 50(4): 13~~140, 1992.

5. ROWELL,R.M., A.M. TILLMAN ANDR. SIMONSON: A Simplified Procedurefor the acetylation of Hardwood andSoftwood Flakeboards Made fromAcetylated Flakes. Journal of woodChemistry and Technology, 7(3):427-448.

50.1