1

Mata Kuliah Ilmu Kayu

SIFAT KIMIA KAYU

Komponen kimia kayu

Komponen Kimia Kayu

Komponen Primer(Penyusun dinding sel)

Komponen Sekunder(Rongga sel)

Holoselulosa(polisakarida) Lignin

Selulosa

Hemiselulosa

Pektin

Ekstraktif

Mineral (Abu)

2

KOMPONEN KIMIA KAYU

Senyawa komponen kimia kayu secara terpadu/integralmenyusun dinding sel dan pengisi rongga sel. Pemisahan komponen dlm rongga sel (ekstraktif) relatif

mudah, dg melarutkan kayu dlm air atau pelarut lainnya. Pemisahan komponen dlm dinding sel lebih sulit, karena

saling mengikat satu sama lain. Komponen penyusun dinding sel yang diisolasi tidak sesuai

lagi dengan zat aslinya dlm kayu.

Dinding Sel Kayu

ML : Lamela tengah/middle lamelaP : Dinding primer (tipis)S1 : Dinding sekunder 1 (tipis)S2 : Dinding sekunder 2 (tebal)S3 : Dinding sekunder 3 (tipis)

3

KOMPONEN KIMIA KAYUA. Komponen primer kayu (bag. Integral dinding sel)

1. Karbohidrat/polisakarida : HOLOSELULOSA (60 – 80%)a. Selulosa (α-selulosa) : 40 – 50%b. Hemiselulosa (β-selulosa) : 15 – 18% (ky jarum)

22 – 34% (ky daun)2. Lignin : 25 – 35% (ky jarum)

17 – 25% (ky daun)B. Komponen sekunder kayu (dlm rongga sel)

1. Ekstraktif : 1 – 10%2. Abu : < 1%

WOOD COMPOSITION

4

SELULOSA Kondisinya sama pada semua jenis tumbuhan Merupakan bahan kimia organik terbesar di alam Tersusun dari monomer glukosa, berupa rantai

polimer tanpa cabang dengan DP ± 10.000 (kayu) Selulosa pd kayu bukan selulosa murni, karena

tercampur dengan zat-zat lain non selulosa

SELULOSA

5

Sumber-sumber Selulosa

Dapat diperoleh dari semua jenistumbuhan

Isolasi : secara laboratories dansecara komersial di pabrik (pdpembuatan pulp)

Prinsip isolasi : mereaksikanbahan baku dengan bahan kimiautk melarutkan zat-zat non-selulosa dengan sedikit mungkinmenimbulkankerusakan/perubahan pdselulosa

Tipe-tipe selulosaa. Selulosa murni

- α selulosa : 97 – 99% (kapas)- α selulosa : 45 – 50% (kayu)- α selulosa : 30 – 43% (jerami) dll.

b. Selulosa alam/tumbuhan : terutama pada kayuc. Selulosa komersial/teknis : PULP

- dg proses pulping dan bleaching (pemutihan pulp)- dg perlakuan fisika dan mekanik yg drastis- selulosa banyak mengalami kerusakan/degradasi

d. Selulosa laboratories : holoselulosa, selulosa Cross & Bevan,alfa, beta, gamma selulosa

6

Sifat Kimia Selulosa

Sifat kimia selulosa akan berubah saat penyimpanan (aging)karena pengaruh panas, cahaya udara, asam.

Sifat kimia selulosa penting untuk pembuatan derivat-derivatnya, tp tidak penting untuk pembuatan kertas.

Panjang rantai (DP) dan berat molekul, berkorelasi positif. Bisa untuk menaksir degradasi selulosa (pulp) Selulosa kayu bersifat polimolekuler (DP berbeda-beda)

Degradasi Selulosa Dipengaruhi oleh proses fisis maupun kimia Bentuk degradasi berupa pengurangan derajat polimerisasi

(DP)/pemutusan molekul rantai selulosa Tipe-tipe degradasi selulosa :

a. hidrolisis : dlm medium asam (H2SO4, HCl) pd waktu yg lamadan suhu tinggi (hidroselulosa)

b.oksidasi : selulosa pecah (oksiselulosa), oleh klor, KMnO4,H2O2 dll.

c. degradasi termal/panas :- dehidratasi serat selulosa- pirolisis (pemanasan tanpa air dan oksigen)

7

LIGNIN Bahan kimia organik terbesar kedua di alam Bersifat termoplastik Berperan pada sifat kekakuan pada dinding sel Berupa tipe molekul guaiasyl dan syringyl Pada kayu daun : 50 – 50 (guaiasyl – syringyl) Pada kayu jarum 90 – 100% guaiasyl Terutama terdapat pd lamela tengah dinding sel, kadarnya

semakinmenurun dari dinding primer ke dinding sekunder

Isolasi Lignin Lignin yang diisolasi sudah mengalami perubahan kimia Karena sebagian lignin terikat dlm karbohidrat

(hemiselulosa) Lignin dlm kayu yang bebas/tidak terikat hanya 8%, disebut

lignin asli (protolignin) Cara isolasi lignin :

a. melarutkan karbohidrat, lignin sebagai sisa/residub. melarutkan lignin dg pelarut organik (fenol, alkohol)

8

Susunan Kimia Lignin Lebih sulit ditentukan daripd selulosa, karena lignin

tidak mudah dipecah mjd senyawa sederhana Unit penyusun lignin : fenilpropana (BM = 840) dengan

inti fenol Fenilpropana mengalami kondensasi membentuk

molekul lignin yang besar dan kompleks Atas dasar komponen penyusunnya :

a. unit propil guaiasil (kayu jarum)b. unit propil siringil (50% layu daun)

Sifat Fisika Lignin Lingin mrp zat yang amorf / tidak beraturan DP lignin < DP selulosa, tapi mempunyai BM tinggi Bentuk molekul lignin bercabang-cabang, tidak linier seperti

selulosa

Ikatan Lignin dg Karbohidrat

Lignin tercampur sec. fisik dg selulosa Lignin diadsorbsi oleh selulosa Lignin terikat sec. kimia dg karbohidrat

9

Distribusi Lignin dlm Kayu

Kadar lignin tinggi terdapat dlm lamela tengah danrendah dlm dinding sekunder Tp karena tebalnya, 70% lignin kayu jarum terdapat

dlm dinding sekunder Pd kayu daun, lignin dlm dinding sekunder serabut

kayu memp. Kadar siringil yg tinggi, sedang dlm lamelatengah kadar guaiasil yg lebih tinggi.

Faktor yg mempengaruhikadar lignin

Kadar lignin pd kayu gubal lebih tinggi daripada kayuteras, sebaliknya untuk kadar selulosa Serat kayu awal mengandung lignin lebih banyak

daripada kayu akhir Sel jari-jari kayu mengandung lignin lebih banyak

daripada serabut/trakeid, karena proporsi lemela tengahlebih tebal.

10

Komponen Sekunder Disebut juga komponen minor, komponen luar, zat infiltrasi

atau ekstraktif. Umumnya dikelompokkan mjd ekstraktif dan mineral Ekstraktif : zat-zat yg dapat diekstraksi/larut dengan air dan

pelarut netral spt benzen,alkohol, aseton, eter, metanol danNaOH encer.

Termasuk zat ekstraktif : minyak, resin, lilin, lemak, gula, pati,zat warna, tanin, protein, damar, asam organik dll.

Zat ekstraktif primer : pd kayu gubal (utk metabolisme pohon :karbohidrat, asam amino, protein)

Zat ekstraktif sekunder : pd kayu teras (lebih tinggi dr kayugubal)

Sebaran ekstraktif dlm kayu

Ekstraktif kayu teras lebih tinggi dari kayu gubal,terutama dari warnanya yg lebih gelap Kayu cabang mengandung ekstraktif lebih rendah dari

kayu batang Terdapat variasi kadar ekstraktif dlm pohon, terutama

dlm arah radial

11

Cara isolasi (ekstraksi) zat ekstraktif Ekstraksi air : dg merendam serbuk kayu dlm air 23 oC selama

48 jam. Yang larut : karbohidrat, garam, zat warna dll. Ekstraksi alkohol benzena (rasio 33 : 67) selama 6-8 jam. Yang

larut tanin, myk atsiri, lemak, lilin, resin. Ekstraksi dg eter, dilarutkan dengan etil-eter panas semala 6-8

jam. Yang larut : resin, lemak, minyak, lilin, sterol. Ekstraksi dg alkali encer (NaOH 0,2 N)

Pengaruh zat ekstraktif pd Sifat Kayu Pd keawetan kayu alami kayu Pd perekat kayu

- yang bersifat fisis : ekstraktif yg bersifat lipofil (lemak) dptmenghambat hubungan antara perekat dg kayu. Ujiwettabilitas kayu dg sudut kontak.- yang bersifat kemis : perekat mengeras pd pH tertentu. Airsbg pelarut perekat akan melarutkan ekstraktif yg dapatmengubah pH perekat.

Pd bahan finishing kayu : ekstraktif dapat bereaksi dg bahancat atau bahan finishing kayu.

Pd warna kayu Pd pengerasan semen Pd pembuatan pulp