Full Issue Vol.13 No.2
advertisement
Vol. 13• No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Diterbitkan oleh: Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia (The Indonesian Wood Research Society) Vol. 13• No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Penanggung Jawab: Ketua Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia Ketua Dewan Penyunting (Chief editor): Fauzi Febrianto Penyunting Ahli (Editorial Board Members): Edi Suhaimi Bakar (UPM Malaysia) Enos Tangke Arung (Fahutan UNMUL) Imam Wahyudi (Fahutan IPB) Nyoman Jaya Wistara (Fahutan IPB) Lina Karlinasari (Fahutan IPB) Musrizal Muin (Fahutan UNHAS) Ragil Widyorini (Fahutan UGM) Subyakto (UPT BPP Biomaterial LIPI) Wahyu Dwianto (UPT BPP Biomaterial LIPI) Penyunting Pelaksana (Managing Editors) Anne Carolina Deded Sarip Nawawi Fengky Satria Yoresta Rita Kartika Sari Sukma Surya Kusumah Alamat Redaksi Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor Kampus IPB Darmaga Bogor 16680 Telp/Fax. +62-251-8621285, email : [email protected] http://www.mapeki.org Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis adalah jurnal resmi Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia (MAPEKI) yang terbit sejak tahun 2003. Jurnal ini mempublikasikan artikel asli baik penelitian dasar maupun terapan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi kayu, bahan berlignoselulosa bukan kayu, hasil hutan lainnya dan industri hasil hutan. Selain itu, jurnal ini juga mempublikasikan artikel ulas balik (review) dengan tema yang ditentukan oleh redaksi. Setiap artikel yang diterbitkan dalam jurnal ini telah ditelaah oleh mitra bestari yang dicantumkan pada nomor paling akhir dari setiap volume. Penerbitan jurnal 2 kali dalam setahun (Januari dan Juli). Harga langganan jurnal (hardcopy) sebesar Rp 100.000/tahun. Jurnal juga dapat diakses secara online di http://www.mapeki.org/jitkt. Jurnal ini telah terakreditasi B oleh DIKTI dengan Nomor 212/P/2014. Vol. 13• No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Daftar Isi Artikel Asli: The Effect of Jabon Veneer Quality on Laminated Veneer Lumber Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal…... 98-110 Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) (Antidiabetic Activity of Jabon (Anthocephalus cadamba) Ethanol Extracts) Laela Nur Anisah, Wasrin Syafii, Rita Kartika Sari, Gustan Pari …………. 111-124 Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin………………........................................................................... 125-135 Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam (Corrosion Properties on Five Wood Species from Sukabumi in the Open Site to Metal Screw) Djarwanto, Sihati Suprapti............................................................................ 136-145 Sifat Keawetan dan Fisis-Mekanis Kayu Kecapi serta Rambutan setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan (The Durability and Physical-Mechanical Properties of Kecapi and Rambutan Wood after Oil Heat Treatment as Green Wood Quality Enhancement) Trisna Priadi, Silva D Maretha………….………………………………….. 146-160 Aktifitas Antirayap Ekstrak Daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. (Antitermitic Activities of Leaf Extracts of Orthosiphon sp., Morinda sp. and Carica sp.) Abdul Azis, Tibertius A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto……………………………………………………………….…… 161-174 Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa (Physical and Mechanical Properties of Sengon Particleboard Using Citric Acid-Sucrose Adhesive) Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha……………………………………… 175-184 Vol. 13• No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent (Ganitri and Mahoni Wood Preservation using Boric Acid Equivalent with Cold Immersion Method) Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin…….. ……………………………… 185-192 Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru......................................................................................... 193-204 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Artikel dalam Volume 13 Nomor 1 Aktivitas Antifungi Ekstrak Akar Mahoni Syamsul Falah, Achmad, terhadap Isolat Botryodiplodia theobromae Pat. Aji Winara Penyebab Mati Pucuk pada Bibit Jabon 1-10 Physical and Mechanical Properties of 10-Year Old Superior and Conventional Teak Planted in Randublatung Central Java Indonesia 11-21 Fanny Hidayati, Joko Sulistyo, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto, Harry Praptoyo, Rini Pujiarti Perilaku Elastik Beban-Defleksi Balok Kayu Fengky S Yoresta Laminasi pada Pengujian Lentur 22-27 Kadar Kinon dalam Kayu Teras Jati yang Diisolasi dengan Ekstraksi Rendaman Dingin Ganis Lukmandaru 28-38 Properties of Wood Plastic Composite Using Primary Sludge as Filler Iwan Risnasari , Fauzi Febrianto, Nyoman J Wistara, Sucahyo Sadiyo, Siti Nikmatin 39-50 Karakteristik Kecepatan Gelombang Suara dan Maryam Jamilah, Lina Sifat Anatomi Sadapan Pohon Pinus Karlinasari, Sucahyo Sadiyo, Gunawan Santosa 51-60 Formulasi Umpan dari Campuran Terdegradasi dan Kertas Limbah Pengendalian Rayap Kayu Musrizal Muin, Astuti untuk Arif, Sitti Nuraeni, Wa Ode F Zohra 61-69 Trace Elements Content of Mangium Pulp Nyoman Wistara, Devi throughout ECF Bleaching Stages as Measured Nurmala by ICP 70-79 Pemanfaatan Kulit Buah Durian Stimulan Penyalaan Briket Batubara 80-87 sebagai Sanjaya Aktivitas Antioksidan dan Inhibitor Tirosinase Rita K Sari, Rahmi Utami, Ekstrak Metanol Mangium(Acacia mangium) Irmanida Batubara, Anne Carolina, Salina Febriany 88-97 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Artikel dalam Volume 13 Nomor 2 The Effect of Jabon Veneer Quality on Istie Rahayu, Wayan Laminated Veneer Lumber Glue Bond and Darmawan, Naresworo Bending Strength Nugroho, Remy Marchal 98-110 Potensi Ekstrak Kulit Kayu dari Hutan Laela Nur Anisah, Wasrin Gunung Salak sebagai Agen Antidiabetes dan Syafii, Rita Kartika Sari, Antikanker Gustan Pari 111-124 Development of Testing Frame for Diagonal Jauhar Fajrin Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products 125-135 Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Trisna Priadi, Silva D Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka Maretha terhadap Sekrup Logam 146-160 Aktifitas Antirayap Ekstrak Daun Orthosiphon Abdul Azis, Tibertius A 161-174 sp., Morinda sp. dan Carica sp Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel Sengon Ragil Widyorini, Pradana A dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Nugraha 175-184 Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Endah Suhaendah, Mohamad 185-192 Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Siarudin Boric Acid Equivalent Quinones Distribution of Teak Wood Grown Ganis Lukmandaru in Community Forest 193-204 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Penulis Achmad Anisah LN Arif A Azis A Carolina A Darmawan W Falah Fajrin J Febriany S Febrianto F Hidayati F Jamilah M Karlinasari L Listyanto T Lukmandaru G 1 111 61 161 88 98 1 125 88 39, 11 51 51 11, 161 11, 28, 161, 193 Marchal R Maretha SD Muin M Nawawi DS Nugraha PA Nugroho N Nikmatin S Pari G Praptoyo H Prayitno TA Priadi T Pujiarti R Rahayu IS Risnasari I 98 146 61 Sadiyo S 39,51 175 98 39 111 11 161 146 11 98 39 Santosa G Sari RK Sanjaya Siarudin M Suhaendah E Sulistyo J Syafii W Utami R Widyorini R Winara A Wistara NJ Yoresta FS Zohra WOF 51 88, 111 80 185 185 11 111 88 175 1 39, 70 22 61 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Kata Kunci -Glucosidase enzyme Acacia mangium Adhesive Adhesive composition 111 70,88 22 175 Antidiabetic Antifungal Antioxidant Antitermite Antitermitic activities Anthocephalus cadamba Bait formulation Bolts Botryodiplodia theobromae Brightness Carica sp Citric acid Coal ignition Cold extraction Cold immersion Conventional teak Coptotermes sp Corrosion Coupling agent Cryptotermes sp. Diagonal shear test Durability properties Durian rind Ecf bleaching Elastic behavior Engineered wood Ethanol extracts Extracts Extractive(s) Fibre 111 1 88 161 193 98,111 61 22 1 70 161 175 80 28 185 11 61 136 39 161 125 146 80 70 22 125 111 88 28, 193 80 39 Fillers Flame speed Flexural testing 22 Food transfer efficiency 61 Increment borer In-plane shear In vitro Jabon Juvenile wood Laminated beam Laminated veneer lumber Lathe check Leaf extracts Long burning Mahogany root Mechanical properties Metals Metal screw Orthosiphon sp Particleboard Penetration Physical properties 28 125 111 1 98 22 98 98 161 80 1 11, 146. 70 136 161 175 185 11, 146 Pinus merkusii Purification Resin tapping Retention Reticultermes speratus Rust discoloration Sengon Sludge Sound wave propagation Subterranean termites Sucrose Superior teak Surface roughness Survival rate Tectona grandis Tectoquinone 51 39 51 185 193 136 175 39 51 146 175 11 98 61 28, 193 193 Termite control 61 Testing frame Tyrosinase inhibitor 125 88 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Kata Kunci Quinone 28 146 70 Wood heating Wood plastic composite Viscosity Wettability 98 Wood preservation 185 Wood 136 39 Vol. 13 • No. 2 • Juli 2015 ISSN 1693-3834 Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Ucapan Terima Kasih Dewan Penyunting Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis mengucapkan terima kasih kepada: Dr. Ir. Adi Santoso (PUSTEKOLAH-KEMENHUT) Prof (R). Dr. Ir. Anita Firmanti (PUSLITKIM) Dr. Ir. Dede Hermawan (IPB) Prof. Dr. Ir. Dodi Nandika (IPB) Dr. Ir. Eka Mulya Alamsyah (ITB) Dr. Ganis Lukmandaru (UGM) Prof. (R). Dr. Gustan Pari (PUSTEKOLAH-KEMENHUT) Dr. Ir. IsnaYuniar (UNMUL) Dr. Ir. IhakSumardi (ITB) Prof. Dr. Imam Wahyudi (IPB) Prof. Kim Nam Hun (Kangwon National University, Korea) Dr. Lee Seung Hwan (Kangwon National University, Korea) Dr. Lina Karlinasari (IPB) Prof. Dr. Ir. Muh. Yusram Massijaya (IPB) Prof. Dr. Musrizal Muin, M.Sc. (UNHAS) Nyoman J Wistara, Ph.D. (IPB) Dr. Ir. Rudi Hartono (USU) Dr. Suhasman (UNHAS) Prof. Dr. Ir. Sucahyo Sadiyo, MS. (IPB) Dr. Wahyu Dwianto (LIPI) Prof. Dr. Wasrin Syafii (IPB) Prof. Dr. Ir. Wayan Darmawan, M.Sc.(IPB) Prof. Dr. Yusuf Sudo Hadi (IPB) Prof. Edi Suhaemi Bakar (University Putra Malaysia) Sebagai penelaah naskah Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Volume 13 Nomor 1 dan 2 tahun 2015. Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) (Antidiabetic Activity of Jabon (Anthocephalus cadamba) Ethanol Extracts) Laela N Anisah1*, Wasrin Syafii2, Rita K Sari2, Gustan Pari3 1 Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Gd.Manggala Wanabakti Blok I Lt 7 Jl. Jend Gatot Subroto Senayan Jakarta 2 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor Kampus IPB Darmaga Bogor, 16680 3 Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Badan Litbang Kehutanan dan Inovasi, Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Jl. Gunung Batu No.5 Bogor 16610 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disorder that stills a major health problem in the world, including Indonesia. The objectives of this research were to determine the yield extracts for extraction of jabon (Anthocephalus cadamba), to analyze their antidiabetic activity by using in vitro tests inhibitions enzyme -glucosidase and chemical analysis of the most active extracts with GCMS. Jabon extract were resulted from maceration by using ethanol organic solvent in various parts of the tree (leaves, bark, wood).This results showed that the yield of ethanol extracts in leaves, stem bark and wood were 16.50%, 4.62%, and 2.04% respectively. Based on the test antidiabetic activity, the leaves ethanol extract was the most active (IC50 7.24 μg ml-1), whilst the stem bark extract and wood extract were inactive (IC50 > 100 μg ml-1). Moreover based on phytochemical qualitative analysis on leaves extracts showed the extracts contained flavonoid, hidroquinon, saponin, tannin, alkaloid, triterpenoid and steroid. Those compounds were assumed have high contribution in antidiabetic activities. GC-MS analysic also indicated the presence of phenolic compounds (quinic acid, catechol) and fatty acid (hexadecanoic acid methyl ester) which suspected have antidiabetic activity.These results strongly suggested that ethanol extract of jabon leaves was a potential source for antidiabetic agents. Keywords: -glucosidase enzyme, Anthocephalus cadamba, antidiabetic, ethanol extracts, in vitro Abstrak Diabetes mellitus (DM) merupakan penyakit gangguan metabolik yang menjadi masalah utama kesehatan di dunia termasuk Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk menetapkan rendemen zat ekstraktif tanaman jabon, aktivitas antidiabetesnya secara in vitro terhadap enzim -glukosidase serta menganalisis kandungan kimia ekstrak teraktifnya Ekstrak jabon dihasilkan dari proses maserasi dengan etanol 95% pada berbagai bagian pohon (daun, kulit, kayu). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar ekstrak tertinggi terdapat pada bagian daun (16,5%), diikuti bagian kulit (4,62%) dan kayu (2,04 %). Berdasarkan uji aktivitas penghambatan enzim -glukosidase, ekstrak etanol daun jabon merupakan ekstrak teraktif dengan nilai IC50 7,24 µg ml-1 (sangat aktif), sedangkan ekstrak etanol bagian kulit dan kayu tergolong tidak aktif (IC50 > 100 µg ml-1). Hasil uji fitokimia secara kualitatif menunjukkan kelompok senyawa yang terkandung di dalam ekstrak etanol daun jabon adalah flavonoid, hidroquinon, saponin, tannin, alkaloid, terpenoid dan steroid yang diduga berperan dalam menghambat aktivitas enzim -glukosidase. Analisis GCMS Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 111 mendeteksi adanya senyawa fenolik asam quinat dan katekol serta turunan asam lemak (asam heksadekanoat metil ester) yang diduga memiliki aktivitas antidiabetes. Berdasarkan hasil tersebut, ekstrak etanol daun jabon sangat berpotensi sebagai sumber obat andiabetes. Kata kunci: Anthocephalus cadamba, antidiabetes, ekstrak etanol, enzim -glukosidase, in vitro Pendahuluan Pemanfaatan hasil hutan memiliki tingkat efisiensi yang masih rendah yaitu sekitar 25%, sisanya 75% terbuang dalam bentuk limbah. Untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan maka industri hasil hutan harus mampu menerapkan konsep the whole tree utilization yang memanfaatkan semua bagian pohon dan semua komponen kimia yang terdapat di dalamnya (Syafii 2008). Zat ekstraktif merupakan salah satu komponen kimia pohon yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan obat alam (Fengel & Wagner 1995) termasuk obat antidiabetes (Kim et al. 2004, Anurakkun et al. 2007, Pasaribu 2009, Ichsan 2011, Pasaribu et al. 2012, Mahanani 2012). Diabetes mellitus (DM) merupakan penyakit gangguan metabolik yang menjadi masalah utama kesehatan di dunia termasuk Indonesia. Penyakit DM ditandai dengan tingginya kadar gula dalam darah (hiperglikemia) yang disebabkan karena kerusakan sel dalam produksi insulin dan kerja insulin yang tidak optimal (WHO 2006). Jumlah penderita diabetes di dunia sebanyak 382 juta orang dengan angka kematian 5,1 juta orang dan diperkirakan akan meningkat menjadi 592 juta pada tahun 2035. Indonesia menduduki posisi ketujuh dengan jumlah penderita sebanyak 8,5 juta orang (IDF 2013). Sekitar 90% penderita DM merupakan penderita DM tipe 2 atau non-insulin dependent diabetes mellitus (IDF 2014). Adanya kecenderungan jumlah penderita diabetes yang semakin meningkat, penggunaan obat diabetes berbasis bahan kimia sintetis yang menimbulkan berbagai efek 112 samping (Ahkam 2006) serta biaya pengobatan yang semakin mahal telah mendorong para peneliti untuk berupaya menemukan dan mengembangkan obat antidiabetes dari senyawa aktif bahan alam dari tumbuhan obat yang relatif lebih murah dan aman. Salah satu jenis pohon cepat tumbuh dan tanaman andalan pada hutan tanaman maupun hutan rakyat yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai bahan baku obat alam antidiabetes adalah jabon (Anthocephalus cadamba). Pohon jabon merupakan jenis pionir asli Indonesia dari famili Rubiaceae. Daerah penyebarannya meliputi seluruh Sumatera, Jawa Barat, Jawa Timur, Kalimantan Timur, seluruh Sulawesi, Nusa Tenggara Barat dan Irian Jaya (Martawijaya et al. 1989, Soerianegara & Lemmens 1994, Ogata et al. 2008, Mansur 2013). Pemanfaatan jabon sebagai obat tradisional di Indonesia belum banyak dilaporkan, sedangkan di India dan Bangladesh, jabon merupakan obat tradisional untuk berbagai penyakit seperti febrifugal, antidiuretik, anthelmintik, analgesik, anticatarrhal, pembersih darah, astringent dan antidiabetes (Marles & Farnsworth 1995, Soumyanath 2006, Khare 2007, Ahmed et al. 2011, Dubey et al. 2011, Kumar et al. 2012,). Ekstrak air dari daun jabon menunjukkan aktivitas analgesik dan antiinflamasi (Ambujakshi et al. 2009, Bachhav et al. 2009). Ekstrak metanol kulit jabon juga memiliki aktivitas analgesik, antipiretik dan antiinflamasi (Mondal et al. 2009, Chandrashekar et al. 2010). Di samping itu, ekstrak fraksi etil asetat dari daun jabon, ekstrak etanol dari J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 daun dan buah jabon serta ekstrak metanol dari kulit jabon juga memiliki aktivitas antioksidan (Chandel et al. 2011, Chandel et al. 2012, Alekhya et al. 2013). Sari et al. (2014) juga melaporkan bahwa ekstrak metanol kulit jabon putih memiliki aktivitas antiproliferasi terhadap sel kanker payudara dan sel kanker serviks. Berdasarkan penelusuran pustaka belum ditemukan penelitian tentang aktivitas antidiabetes pohon jabon di Indonesia. Hasil penelitian di India tentang pemanfaatan kulit kayu jabon untuk antidiabetes dalam bentuk ekstrak kasar antara lain konsentrasi ekstrak metanol dari kulit kayu jabon (400 mg kg-1) berpengaruh signifikan menurunkan kadar glukosa darah sebesar 23,65% pada hewan ujicoba tikus (Gurjar et al. 2010), sedangkan ekstrak etanol kulit kayu jabon dengan konsentrasi 0,5 g kg-1 berpengaruh signifikan menurunkan kadar glukosa darah sebesar 23.8% pada hewan ujicoba tikus (Bussa & Pinnapareddy 2010). Ahmed et al. (2011) juga melaporkan bahwa selain kulit, ekstrak metanol daun jabon dosis 400 mg kg-1 dapat menurunkan kadar gula darah sebesar 24,2% pada hewan ujicoba tikus. Salah satu upaya pendekatan terapi untuk mengobati diabetes adalah melalui penghambatan enzim -glukosidase dalam organ pencernaan untuk menekan hiperglikemia post prandial dengan cara menunda penyerapan glukosa, mengontrol hiperglikemia dan mengurangi komplikasi vaskular kronis pada penderita diabetes (Dewi et al. 2007, Kumar et al. 2011, Meng & Zhou 2012). Inhibitor enzim -glukosidase merupakan salah satu pendekatan pengobatan alternatif DM tipe 2 (Anurakkun et al. 2007). Berbagai senyawa aktif dari tanaman yang memiliki aktivitas inhibitor glukosidase antara lain flavonoid, alkaloid, terpenoid, saponin, tanin, anthocyanin, glikosida, senyawa fenolik dan lain-lain (Ragavan & Krishnakumari 2006, Tadera et al. 2006, Ahmed et al. 2011, Kumar et al. 2011, Patel & Mishra 2011). Beberapa golongan senyawa yang terkandung dalam ekstrak metanol kulit kayu jabon adalah flavonoid, alkaloid, saponin, fenolik, triterpenoid, karbohidrat, protein, glikosida dan cadambin (Gurjar et al. 2010, Sari et al. 2014,). Ekstrak n-heksana dan metanol daun jabon mengandung alkaloid, flavonoid, fenol, proanthocyanidin, anthocyanin dan karbohidrat (Ganjewala et al. 2013, Gupta et al. 2013). Hal ini mengindikasikan bahwa kulit kayu dan daun jabon berpotensi mengandung senyawa aktif antidiabetes melalui penghambatan enzim α-glukosidase. Bagian jaringan dalam pohon seperti daun, kulit kayu, kayu gubal (sapwood) dan kayu teras (heartwood) berpengaruh terhadap kandungan senyawa aktif tumbuhan selain umur, tempat tumbuh dan genetik (Thompson et al. 2006, Gao 2007). Oleh karena itu perlu diteliti kandungan dan bioaktivitas zat ekstraktif antidiabetes yang terdapat pada berbagai bagian pohon. Berdasarkan penelitian terdahulu (Bussa & Pinnapareddy 2010, Gurjar et al. 2010, Ahmed et al. 2011), maka perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan rendemen dan aktivitas antidiabetes ekstrak dari beberapa bagian pohon jabon. Pengujian aktivitas antiabetes dilakukan secara in vitro melalui penghambatan enzim αglukosidase. Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 113 Bahan dan Metode Penyiapan bahan baku Bahan baku yang digunakan adalah daun, kulit batang dan kayu jabon umur 6 tahun yang diperoleh dari lokasi tanaman di sekitar Bogor. Bagian daun, kulit batang dan kayu dari pohon jabon dibuat serbuk menggunakan penggiling Willey dan dilewatkan pada mesh screen berukuran 40-60 mesh, kemudian dikeringudarakan hingga kadar air sekitar 15%. Untuk memastikan jenis pohon yang digunakan, sampel daun diidentifikasi di Herbarium Bogoriense Bidang Botani Pusat Penelitian Biologi LIPI Cibinong. Analisis fitokimia Pengujian fitokimia secara kualitatif mengacu pada metode Harborne (1987). Analisis fitokimia dilakukan untuk mendeteksi keberadaan kelompok senyawa antara lain alkaloid, flavonoid, saponin, triterpenoid atau steroid, tannin dan hidroquinon. Analisis fitokimia dilakukan pada sampel uji serbuk berbagai bagian pohon jabon dan ekstrak teraktif dari bagian pohon jabon yang mampu menghambat enzim glukosidase. Ekstraksi bahan Sebanyak + 50 g serbuk bagian pohon jabon dan samama seperti daun, kulit batang dan kayu yang telah diukur kadar airnya diekstraksi dengan cara maserasi dalam 500 ml etanol 95% atau perbandingan antara serbuk dan pelarut sebesar 1: 10 selama + 24 jam pada suhu kamar. Remaserasi dilakukan berulang hingga filtrat jernih. Filtrat yang diperoleh selanjutnya dipekatkan dengan menggunakan vacuum rotary evaporator sampai 100 ml pada suhu 40-50 oC. Untuk penetapan kadar ekstraktif, sebanyak 5 ml ekstrak yang telah dipekatkan kemudian 114 dikeringkan dalam oven bersuhu + 103 o C, sedangkan sisa ekstrak dikeringkan dalam oven dengan suhu 40-50 oC untuk analisis fitokimia dan uji aktivitas antidiabetes. Pengujian aktivitas inhibitor enzim αglukosidase Uji aktivitas antidiabetes dilakukan berdasarkan kemampuan ekstrak menghambat aktivitas enzim αglukosidase berdasarkan reaksi enzimatik secara in vitro. Pengujian dilakukan pada ekstrak etanol dari bagian daun, kulit dan kayu jabon. Pengujian ini mengacu pada metode yang digunakan Kim et al. (2004) dengan sedikit modifikasi (Dewi et al. 2014). Variasi konsentrasi ekstrak dibuat dengan cara melarutkan 4 mg ekstrak dalam 100 μl DMSO hingga konsentrasi 4% (40.000 μg ml-1) sebagai larutan induk, selanjutnya diencerkan dengan DMSO untuk menghasilkan konsentrasi larutan ekstrak yang digunakan yaitu 5, 10, 25, 50, dan 100 μg ml-1. Larutan ρNPG 5 mM sebanyak 250 µl dan buffer fosfat 100 mM (pH 7,0) sebanyak 495 µl dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang berisi 5 µl ekstrak terlarut DMSO pada berbagai variasi konsentrasi. Campuran larutan tersebut diprainkubasi pada suhu 37 oC selama 5 menit, selanjutnya ditambahkan 250 µl enzim -glukosidase dan diinkubasi selama 15 menit. Reaksi enzim dihentikan dengan penambahan 1 ml Na2CO3 0,2 M. Pengaruh penghambatan ekstrak terhadap aktivitas enzim -glukosidase ditentukan dengan cara mengukur jumlah p-nitrofenol yang dilepaskan menggunakan spektrofoto meter pada panjang gelombang 400 nm. Larutan blanko merupakan campuran DMSO, buffer fosfat, ρ-NPG tanpa penambahan ekstrak, sedangkan larutan J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 enzim digantikan dengan buffer fosfat 250 µl. Kontrol positif dan kontrol negatif dibuat baik dengan enzim maupun tanpa enzim. Sistem reaksi pengujian tersaji pada Tabel. Kuersetin digunakan sebagai larutan pembanding dengan variasi konsentrasi (1-10 μg ml-1) Kuersetin dijadikan sebagai kontrol positif karena memiliki efek penghambatan yang kuat terhadap enzim α-glukosidase dari S. cereviceae dibandingkan acarbose (Tadera et al. 2006, Li et al. 2009). Persentase penghambatan diukur dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: % Penghambatan = [(C – E)/C] x 100% dengan C adalah absorbansi kontrol tanpa sampel (kontrol1 – blanko) dan E adalah absorbansi ekstrak (selisih absorbansi ekstrak dengan enzim dan tanpa enzim). Korelasi antara persentase penghambatan dan konsentrasi ekstrak diplotkan dan nilai Inhibitor Concentration (IC50) dihitung melalui analisis persamaan regresi logaritmiknya. Aktivitas antidiabetes diketahui dari nilai IC50. Nilai IC50 didefinisikan sebagai konsentrasi inhibitor untuk menghambat 50% aktivitas enzim α-glukosidase pada kondisi uji, sehingga nilai IC50 yang semakin rendah mengindikasikan aktivitas antidiabetes ekstrak yang semakin tinggi (Kim et al. 2004). Analisis teraktif komponen Na2CO3 ekstrak Analisis komponen kimia ekstrak teraktif menggunakan alat Gas chromatography– mass spectrometry (GC-MS) Agilent Technologies 6890N series. Sampel diambil sebanyak 1 μl dan dimasukkan pada inlet. Pengolahan data menggunakan software GC-MS data analysis. Pemisahan senyawa dan analisis kuantitatif komponen dilakukan pada GC oleh kolom kapiler dengan diameter 0,25 mm dan panjang 60 m dengan suhu awal 40 oC, kenaikan suhu 15 oC menit-1 hingga suhu 280 oC dan waktu akhir 10 menit. Identifikasi senyawa dilakukan dengan mencocokkan data pada spektrum massa dengan data yang ada dalam WILEY 9th library. Tabel 1 Sistem reaksi pengujian aktivitas antidiabetes Blanko (μl) Kontrol1 Kontrol2 (μl) (μl) Ekstrak 5 DMSO 5 5 Buffer 495 495 495 ρ-NPG 250 250 250 Bufer Enzim kimia Sampel (μl) 5 495 250 Pra-inkubasi pada penangas air 37 C selama 5 menit 250 250 250 - 250 Inkubasi pada penangas air 37 C selama 15 menit 1000 1000 1000 1000 Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 115 Hasil dan Pembahasan Identifikasi jenis pohon Hasil identifikasi jenis pohon yang dilakukan oleh Herbarium Bogoriense LIPI Cibinong menunjukkan bahwa pohon yang digunakan dalam penelitian adalah jabon (Anthocephalus cadamba). Identifikasi dilakukan dengan menggunakan bagian daun dan telah memastikan kebenaran jenis pohon yang digunakan dalam penelitian ini. Fitokimia serbuk jabon Hasil analisis fitokimia secara kualitatif menunjukkan bahwa kelompok senyawa yang terdeteksi pada semua serbuk dari berbagai bagian pohon jabon adalah adalah flavonoid, alkaloid, triterpenoid, saponin, dan hidroquinon (Tabel 1). Studi pustaka menunjukkan beberapa senyawa aktif yang termasuk kelompok flavonoid, alkaloid, terpenoid, saponin, tanin, anthocyanin, glikosida dan fenolik memiliki aktivitas inhibitor enzim glukosidase (Ragavan & Krishnakumari 2006, Tadera et al. 2006, Kumar et al. 2011, Ahmed et al. 2011, Patel & Mishra 2011). Berdasarkan Tabel 1, terlihat bahwa bagian pohon jabon baik daun, kulit maupun kayu berpotensi memiliki aktivitas penghambatan enzim glukosidase. Kadar ekstrak Ekstraksi maserasi menggunakan pelarut etanol 95% pada berbagai bagian pohon jabon menghasilkan kadar ekstrak yang beragam yaitu 2,04-16,50%. Kadar ekstrak tertinggi dihasilkan dari ekstraksi bagian daun (16,50%), diikuti dengan kulit (4,62%) dan kayu (2,04%). Perbedaan kadar ekstrak dan wujud fisik ekstrak menunjukkan bahwa kandungan zat ekstraktif berbeda di antara berbagai bagian pohon meskipun diekstraksi dengan pelarut yang sama (Thompson et al. 2006, Gao 2007). Apabila mengacu pada klasifikasi komponen kimia kayu Indonesia, kayu jabon tergolong memiliki kadar zat ekstraktif sedang, sedangkan daun dan kulit jabon menghasilkan ekstrak dengan kadar tergolong tinggi. Suatu bahan tergolong berkadar ekstraktif tinggi jika kadar zat ekstraktif lebih besar dari 4%, kelas sedang (2-4%), dan kelas rendah (< 2%) (Lestari & Pari 1990). Tabel 1 Hasil analisis fitokimia serbuk berbagai bagian pohon jabon Serbuk dari bagian pohon jabon Daun Kulit Kayu Alkaloid + + + Flavonoid +++ +++ ++ Hidroquinon ++++ + + Triterpenoid +++ ++ ++ Steroid ++ Saponin + + ++ Tanin +++ + Keterangan : (-): tidak terdeteksi; (+): positif lemah; (++): positif sedang; (+++): positif kuat; (++++): positif sangat kuat Kelompok senyawa 116 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 2 Kadar dan wujud fisik ekstrak etanol jabon Bagian Kadar ekstrak* (%) pohon (b/b) Wujud fisik ekstrak Daun Kulit 16,5 4,62 padatan, hitam kehijauan padatan, coklat kekuningan Kayu 2,04 padatan, kuning kecoklatan Keterangan: * rerata dari 3 ulangan, diukur pada kondisi berat kering oven + 103 C Bagian daun jabon memiliki kadar ekstrak tertinggi dibandingkan kulit dan kayunya. Kadar ekstrak etanol pada bagian daun yang tinggi disebabkan antara lain karena adanya senyawa klorofil yang terekstraksi oleh etanol (Harborne 1987, Sari et al. 2011). Klorofil dapat larut dalam pelarut organik seperti etanol, aseton, metanol, eter dan kloroform (Sari et al. 2011). Fenomena yang sama terdapat pada penelitian Syafii et al. (2014) yang menghasilkan kadar ekstrak daun mindi tertinggi dibandingkan kulit dan kayunya. Apabila dibandingkan dengan penelitian lain, kadar ekstrak etanol daun jabon lebih rendah dibandingkan kadar ekstrak etanol daun jabon di India dengan cara sokhletasi yaitu 30,5 % (Rajesh et al. 2014) dan refluks yaitu 23,24 % (Chandel et al. 2012). Hal tersebut dikarenakan metode sokhletasi dan refluks menggunakan panas dan berkesinambungan sehingga proses ekstraksi lebih sempurna (Kristanti et al. 2008). Cara sokhletasi dan refluks dikhawatirkan akan merusak senyawa aktif jabon yang tidak tahan panas sehingga ekstraksi dilakukan dengan cara remaserasi dingin yang menghasilkan kadar ekstrak lebih rendah. Bagian kulit memiliki kadar ekstrak lebih tinggi daripada kayu. Hal tersebut diduga karena kandungan konstituen lipofil dan dan hidrofil di dalam kulit yang lebih tinggi dibandingkan kayunya (Sjostrom 1998). Fenomena yang sama terdapat pada penelitian Sari et al. (2011) yang menghasilkan kadar ekstrak kulit surian (Toona sinensis) lebih tinggi dibandingkan kayunya serta penelitian Syafii et al. (2014) pada ekstrak kulit dan kayu pohon mindi (Melia azedarach). Aktivitas antidiabetes ekstrak etanol jabon Hasil pengujian aktivitas antidiabetes secara in vitro menunjukkan bahwa ekstrak etanol jabon mampu menghambat kerja enzim -glukosidase. Gambar 1 menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi ekstrak dapat meningkatkan persentase penghambatan enzim -glukosidase. Akan tetapi, respon penghambatan enzim -glukosidase oleh ketiga jenis ekstrak berbeda. Perbedaan ini disebabkan oleh jenis dan komposisi zat ekstraktif yang berbeda. Tabel 2 menunjukkan bahwa kadar dan wujud fisik ketiga jenis ekstrak berbeda yang menegaskan bahwa jenis dan komposisi zat ekstraktif ketiga ekstrak berbeda. Hal ini dipertegas oleh hasil penelitian Sari et al. 2011 yang menyatakan bahwa perbedaan jenis ekstrak etanol pada berbagai bagian surian (daun, kulit, kayu teras, kayu gubal) menghasilkan respon bioaktivitas antioksidan yang berbeda. Aktivitas antidiabetes ditentukan dari nilai IC50 yang dihasilkan dari persamaan regresi hasil interpolasi konsentrasi ekstrak dengan persen penghambatan Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 117 hidroquinon yang terdapat dalam serbuk daun jabon. Ekstrak etanol mampu melarutkan alkaloid, flavonoid, tanin (Harborne 1996, Houghton dan Raman 1998), hidroquinon (Depkes 1995). Sari et al. (2011) menyatakan bahwa kelompok senyawa yang terdeteksi pada semua ekstrak etanol berbagai bagian pohon surian adalah flavonoid, kuinon, triterpenoid, steroid, dan tanin. Irwan (2011) menyebutkan bahwa pelarut etanol pada ekstrak daun wungu dapat mengekstraksi alkaloid dan flavonoid. Hasil penelitian Ichsan (2011) menunjukkan bahwa senyawa alkaloid, flavonoid dan hidrokuinon dalam kulit kayu suren dapat larut dalam etanol. Ekstrak etanol daun jabon merupakan ekstrak teraktif dengan nilai IC50 terkecil yaitu 7,24 µg ml-1 (sangat aktif) dibandingkan dengan ekstrak lainnya (Tabel 3). Tingginya bioaktivitas antidiabetes ekstrak etanol daun jabon diduga karena adanya senyawa aktif dari kelompok senyawa alkaloid, flavonoid, triterpenoid, tannin, steroid, saponin dan Fitokimia ekstrak teraktif Penghambatan enzim (%) -glukosdase enzim -glukosidase. Tabel 3 menunjukkan nilai IC50 ketiga ekstrak jabon yang berbeda. Perbedaan nilai tersebut menunjukkan aktivitas antidiabetes yang berbeda pula. Ekstrak etanol daun jabon memiliki aktivitas antidiabetes tertinggi dan tergolong sangat aktif, sedangkan ekstrak etanol kulit dan kayu jabon tergolong tidak aktif sebagai penghambat enzim glukosidase. Darmawan et al. (2010) menyatakan bahwa ekstrak yang memiliki aktivitas antidiabetes tergolong sangat aktif jika nilai IC50 < 10 μg ml-1, tergolong aktif dan tidak aktif bila nilai IC50 berturut-turut 10-100, dan > 100 μg ml-1. Ekstrak etanol daun jabon merupakan ekstrak prospektif sebagai antidiabetes karena merupakan ekstrak teraktif yang mampu menghambat enzim glukosidase dengan nilai IC50 7,24 μg ml-1 dan kadar ekstrak tertinggi (16,5%). 100 90 Persamaan : 1. y daun = 22.697 ln (x) + 5.0662; R2 = 0.8751 2. y kulit = 2.2834 ln (x) - 0.942; R2 = 0.9581 3. y kayu = 1.6313 In (x) + 0.4788; R2 = 08562 80 Daun 70 Kulit Kayu 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 Konsentrasi Konsentrasi ekstrak (µg mL-1) ekstrak µg ml -1 Gambar 1 Grafik hubungan konsentrasi ekstrak etanol daun, kulit dan kayu jabon dengan persen penghambatan enzim -glukosidase 118 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 3 Nilai IC50 dan aktivitas antidiabetes ekstrak etanol dari berbagai bagian pohon jabon No Jenis ekstrak Nilai IC50 *) µg ml-1 (µgmL-1) Aktivitas penghambatan enzim -glukosidase **) 1 Daun 7,24 + 0,40 sangat aktif 2 Kulit > 100 tidak aktif 3 Kayu > 100 tidak aktif Keterangan : *) rerata dari 3 ulangan dengan kontrol positif quercetin (nilai IC 50 4,83 µg ml-1) **) Darmawan (2010) Berdasarkan analisis fitokimia kualitatif, ekstrak etanol daun jabon mengandung senyawa kimia dari kelompok senyawa flavonoid dan hidroquinon dengan intensitas kuat dan sangat kuat, saponin dan tannin dengan intensitas sedang serta alkaloid, triterpenoid dan steroid yang tergolong lemah (Tabel 4). Kelompok senyawa dengan intensitas kuat dan sangat kuat yaitu flavonoid dan hidroquinon diduga mengandung senyawa kimia yang berperan terhadap tingginya aktivitas penghambatan enzim -glukosidase pada ekstrak etanol daun jabon. Hasil penelusuran pustaka menunjukkan bahwa flavanoid (antosianin, isoflavon dan flavonol) dengan nilai IC50 < 15 µM (Kumar et al. 2011) serta hidroquinon mampu menghambat enzim -glukosidase (Yadao et al. 2015). Komponen kimia ekstrak teraktif Hasil analisis komponen kimia dengan GC-MS (Tabel 5) menunjukkan bahwa ekstrak teraktif yaitu ekstrak etanol daun jabon mengandung senyawa fenolik (asam quinat, katekol) dan turunan asam lemak (asam heksadekanoat) yang berpotensi memiliki aktivitas antidiabetes. Penelusuran pustaka menunjukkan bahwa senyawa fenolik asam kuinat memiliki aktivitas antidiabetes pada hewan tikus uji coba (Ong et al. 2010) serta memiliki kemampuan untuk menghambat enzim glukosidase secara in vitro (Iwai et al. 2006). Turunan dari senyawa katekol juga memiliki aktivitas antihiperglisemik pada hewan tikus uji coba (Kumar et al. 2009). Asam heksadekanoat mampu menurunkan kadar gula darah dalam hewan tikus uji coba (Natarajan & Dash 2013). Tabel 4 Fitokimia ekstrak etanol daun jabon Kelompok senyawa Alkaloid Flavonoid Hidroquinon Triterpenoid Steroid Saponin Tanin Intensitas deteksi * + +++ ++++ + + ++ ++ Keterangan : (-): tidak terdeteksi; (+): positif lemah; (++): positif sedang; (+++): positif kuat; (++++): positif sangat kuat Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 119 Tabel 5 Dugaan jenis senyawa kimia dalam ekstrak etanol daun jabon berdasarkan analisis GCMS No Nama senyawa Konsentrasi relatif*(%) 1 Asam quinat 35,05 2 3 Katekol Asam heksadekanoat metil ester 3,78 3,71 Keterangan: *) Konsentrasi relatif terhadap 15 senyawa terdeteksi. Kesimpulan Maserasi berbagai bagian pohon jabon dengan pelarut etanol 95% menghasilkan kadar ekstrak tertinggi pada daun (16,5%), diikuti kulit (4,62%), dan kayu (2,04 %). Ekstrak etanol daun jabon memiliki aktivitas penghambatan enzim -glukosidase tertinggi dan tergolong sangat aktif (nilai IC50 7,24 µg ml-1), sedangkan ekstrak etanol kulit dan kayu jabon tergolong tidak aktif sebagai antidiabetes. Hasil analisis fitokimia ekstrak etanol daun jabon terdeteksi mengandung kelompok senyawa flavonoid, hidroquinon, saponin, tannin, alkaloid, triterpenoid dan steroid yang berpotensi sebagai antidiabetes. Berdasarkan analisis GCMS, ekstrak etanol daun jabon terdeteksi mengandung senyawa fenolik asam quinat dan katekol serta asam lemak heksadekanoat yang diduga berperan dalam aktivitas penghambatan enzim -glukosidase. Ucapan Terima Kasih Penulis menyampaikan terima kasih kepada Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan yang telah mendanai penelitian ini, Laboratorium Kimia Hasil Hutan IPB tempat ekstraksi, Pusat Penelitian Kimia LIPI Puspitek Serpong tempat menguji aktivitas antidiabetes, Laboratorium Kimia Analitik FMIPA IPB tempat menganalisis fitokimia dan 120 Laboratorium Forensik Bareskrim POLRI tempat menganalisis GC-MS. Daftar Pustaka Ahkam, S. 2006. Ramuan Herbal untuk Diabetes Melitus. Jakarta (ID): Penebar Swadaya. Ahmed F, Rahman S, Ahmed N, Hossain M, Biswas A, Sarkar S, Banna H, Khatun A, Chowdury MH, Rahmatullah M. 2011. Evaluation of Neolamarckia cadamba (Roxb) Bosser leaf extract on glucose tolerance in glucose induced hyperglycemic mice. Afr J Tradit Complement Altern Med. 8(1):79-81. Alekhya V, Deepan T, Sahoo S, Dhanaraju MD. 2013. Preliminary screening and evaluation of in vitro antioxidant activity of Anthocephalus cadamba by using solvent extracts. Europ. J. Biol. Sci. 5(1):34-37. Ambujakshi HR, Antony ST, Kanchana Y, Patel R, Thakkar H, Shyamnanda. 2009. Analgesic activity of Anthocephalus cadamba leaf extract. J. Pharmacy Res. 2:1279-1280. Anurakkun NJ, Bhandari MR, Kawabata J. 2007. -Glucosidase inhibitors from devil tree (Alstonia scholaris). Food Chemistry 103:1319-1323. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Bachhav RS, Buchake VV, Aher SS, Rode RR, Saudagar RB. 2009. Analgesic and anti-inflammatory activities of Anthocephalus cadamba Roxb leaves in wistar rats. Adv. In Pharmacol and Toxicol. 10:123-130. Bussa SK, Pinnapareddy J. 2010. Antidiabetic activity of stem bark of Neolamarckia cadamba in alloxan induced diabetic rats. IJPT 2(2): 314324. Chandel M, Kaur S, Kumar S. 2011. Studies on the genoprotective/ antioxidant potential of methanol extract of Anthocephalus cadamba (Roxb) Miq. J. Med. Plants. Res. 5(19):4764-4770. Chandel M, Sharma U, Kumar N, Singh B, Kaur S. 2012. Antioxidant activity and identification of bioactive compounds from leaves of Anthocephalus cadamba by ultraperformance liquid chromatography/ electrospray ionization quadropole time of flight mass spectrometry. APJTM :977-985. Chandrashekar KS, Borthakur A, Prasanna KS. 2010. Antiinflammatory effect of the methanol extract from Anthocephalus cadamba stem bark in animal models. Int .J. Plant Biol. 1:30-32. Darmawan A, Hanafi M, Abbas J, Dewi RT, Ernawati T, Sugiwati S, Fajriah S, Megawati, Meiliawati L, Taufik R. 2010. Isolasi, Karakterisasi Dan Elusidasi Senyawa Bioaktif Antidiabetes Dari Daun Cocor Bebek (Kalanchoe pinnata (Lam) Pers.). Serpong: Pusat Penelitian Kimia Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. [Depkes] Departemen Kesehatan RI. 1995. Farmakope Indonesia Ed ke-4. Jakarta (ID): Depkes RI. Dewi RT, Iskandar Y, Hanafi M, Kardono LBS, Angelina M, Dewijanti DI, Banjarnahor SDS. 2007. Inhibitory effect of koji Aspergillus terreus on a-glucosidase activity and postprandial hyperglycemia. Pak. J. Biol. Sci 10(18):3131–3135. Dewi RT, Tachibana S, Darmawan A. 2014. Effect on -glucosidase inhibition and antioxidant activities of butyrolactone derivatives from Aspergillus terreus MC751. Med Chem Res. 23(1):454-460. Dubey A, Nayak S. Goupale DC. 2011. Anthocephalus cadamba: a review. PHCOG J 2(11):71-76. Fengel D, Wegener G. 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. . Yogyakarta (ID): Gadjah Mada University Pr. Ganjewala D, Tomar N, Gupta AK. 2013. Phytochemical composition and antioxidant properties of methanol extracts of leaves and fruits of Neolamarckia cadamba (Roxb). TBAP 3(4):232-240. Gao H. 2007. Chemical analysis of extract from port-orford cedar [thesis]. Lousiana State: The School of Renewable Natural Resources. Gupta A, Anand M, Yadav S, Gautam J. 2013. Phytochemical studies and antioxidant activity of different leaves extracts of A. cadamba. JFSET 1(1):21-25. Gurjar H, Jain SK, Irchhaiya R, Nandanwar R, Sahu VK, Saraf H. 2010. Hypoglycemic effects of methanolic extract of Anthocephalus cadamba bark in alloxan induced Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 121 diabetic rats (Rox B) Miq. 1(3):79-83. IJPSR (US): Springer Science+Bussiness Media LCC. Pp: 55 Gurjar H, Jain SK, Nandanwar R, Sahu VK. 2010. Phytochemical screening on the stem bark of Anthocephalus cadamba (Rox B) Miq. IJPSR 1(7):108-115. Kim YM, Wang MH, Rhee HI. 2004. A novel α-glucosidase inhibitor from pine bark. Carbohydrat Res. 339:715717. Harborne JB. 19967. Metode Fitokimia: Penuntun Cara Modern Menganalisis Tumbuhan. Padmawinata K, Soediro I, penerjemah; Niksolihin S, penyunting. Terjemahan dari: Phytochemical methods. Bandung (ID): ITB Pr. Houghton PJ, Raman A. 1998. Laboratory Handbook for the Fractionation of Natural Extracts. London: Chapman & Hall. [IDF] International Diabetes Federation. 2014. About Diabetes. http://idf.org/ABOUT-DIABETES [IDF] International Diabetes Federation. 2013. IDF Diabetes Atlas 6th ed. Brussels (BE): IDF Publishing. Ichsan SA. 2011. Aktivitas ekstrak kulit kayu suren (Toona sinensis Merr) sebagai antioksidan dan antidiabetes secara in vitro [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Iwai K, Kim MY, Onodera A, Matsue H. 2006. -glucosidase inhibitory and antihyperglicemic effects of polyphenols in the fruit of Viburnum dilatatum Tunb. J. Agric. Food Chem 54: 4588-4592. Jo SH, Ka EH, Lee HS, Jang HD, Kwon YI. 2009. Comparison of antioxidant potential and rat intestinal αglucosidase inhibitory activities of quercetin, rutin, and isoquercetin. IJARNP 2:52-60. Khare CP. 2007. Indian medicinal plants an illustrated dictionary. New York 122 Kristanti AN, Aminah NS, Tanjung M, Kurniadi B. 2008. Buku Ajar Fitokimia. Surabaya (ID): Airlangga University Press. Kumar M, Rawat P, Rahuja N, Srivastava AK, Maurya R. 2009. Antihyperglycemic activity of phenilpropanoyl esters of cathecol glycoside and its dimers from Dodecadenia grandiflora. Phytochemistry 70: 1448-1455 Kumar V, Mahdi F, Chander R, Singh R, Mahdi AA, Khanna KA, Bhatt S, Kuswaha RS, Jawad K, Saxena JK, Singh RK. 2010. Hypolipidemic and antioxidant activity of Anthocephalus indicus (kadam) root extract. IJBB 47:104-109. Kumar, S., Narwal S., Kumar V., Prakash O. 2011. -glucosidase inhibitors from plants: A Natural approach to treat diabetes. Pharmacogn Rev. 5 (9):19-29. Kumar S, Saini M, Kumar V, Prakash O, Arya R, Rana M, Kumar D. 2012. Traditional medicinal plants curing diabetes: a promise for today and tomorrow. Asian JTM 7(4):178-188. Lestari SB, Pari G. 1990. Analisis kimia beberapa jenis kayu Indonesia. J Penel. Hasil Hutan 7: 96-100. Li YQ, Zhou FC, Gao F, Bian JS, Shan F. 2009. Comparative evaluation of quercetin, isoquercetin, and rutin as inhibitor of α-glucosidase. J Agri. Food Chem. 57:11463-11468. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Mahanani PIS. 2012. Uji aktivitas antidiabetes dengan metode penghambatan enzim alfaglukosidase dan penapisan fitokimia dari fraksi teraktif kulit batang buni (Antidesma bunius L.) [skripsi]. Depok: Universitas Indonesia. Marles RJ, Farnsworth NR. 1995. Antidiabetic plants and their active constituents. Phytomedicine 2(2): 137-189. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang YI, Prawira SA, Kadir K. 1989. Atlas kayu Indonesia jilid II. Bogor: Badan Penelitian dan Pengembangan. Departemen Kehutanan. Mansur I. 2013. Prospek pengembangan jabon untuk mendukung pembangunan hutan tanaman. Seminar dan Pameran Hasil-hasil Penelitian Tema ‘Prospek Pengembangan Hutan Tanaman (Rakyat), Konservasi dan Rehabilitasi Hutan. BPK Manado 23 Oktober 2013. Meng P, Zhou X. 2012. a-Glucosidase inhibitory effect of a bioactivity guided fraction GIB-638 from Streptomyces fradiae PWH638. Med Chem Res 21:4422–4429. Mondal S, Dash GK, Acharyya S. 2009. Analgesic, anti-inflammatory and antipyretic studies of Neolamarckia cadamba barks. J. Pharmacy Res 2:1133-1136. Natarajan V, Dhas ASAG. 2013. Effect of active fraction isolated from the leaf extract of Dregea volubilis (Linn) Benth on plasma glucose concentration and lipid profile in streptozotocin induced diabetic rats. SpringerPlus (2):1-6. Ogata K, Fujii T, Abe H, Baas P. 2008. Identification of the timbers of southeast asia and the western pacific. Japan (JP): Kaiseisha Pr. Ong KW, Hsu A, Song L, Huang D, Tan BKH. 2011. Polyphenols rich Vernonia amygdalina shows antidiabetic effects in streptozotocin induced diabetic rats. J. Ethnopharmacol. 133: 598-607. Pasaribu GT. 2009. Zat ekstraktif kayu raru dan pengaruhnya terhadap penurun kadar gula darah secara in vitro [tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Pasaribu F, Sitorus P, Bahri S. 2012. Uji ekstrak etanol kulit buah manggis (Garcinic mangostana L.) terhadap penurunan kadar glukosa darah. J Pharma. Pharmacol. 1(1):1-8. Patel MB, Mishra B. 2011. Hypoglycemic activity of alkaloidal fraction of Tinospora cordifolia. Phytomedicine 18:1045-1052. Ragavan B, Krishnakumari S. 2006. Antidiabetic effect of T. arjuna bark extract in alloxan induced diabetic rats. IJCB 21(2):123-128. Rajesh T, Roy AK, Erumalla VNR, Goli D, Basha SJ. 2014. Development and evaluation of antimicrobial ointment formulation containing extracts of Ocimum sanctum, Anthocephalus cadamba, Allium sativum and Origanum vulgare. WJPR 3(5): 398422. Sari RK, Syafii W, Achmadi SS, Hanafi M. 2011. Aktivitas antioksidan dan toksisitas ekstrak etanol Surian (Toona sinensis). JITHH 4(2): 46-52. Sari RK, Armilasari D, Nawawi DS, Darmawan W, Mariya S. 2014. Aktivitas antiproliferasi ekstrak jabon putih (Anthocephalus cadamba Miq) terhadap sel kanker payudara dan Aktivitas Antidiabetes Ekstrak Etanol Jabon (Anthocephalus cadamba) Laela N Anisah, Wasrin Syafii, Rita K Sari, Gustan Pari 123 serviks. J Ilmu Teknol Kayu Tropis 12(1):91-100. Soerianegara I, Lemmens RHMJ (Eds.). 1994. Plant resources of south-east asia No 5 (1): Timber trees: Major commercial timbers. Wageningen, Netherlands: Pudoc-DLO. Soumyanath A. 2006. Traditional medicines for modern times antidiabetic plants. New York (US): CRC Pr. Pp: 56 Sjostrom E.1998. Kimia Kayu, Dasardasar dan Penggunaan. Sastrohamidjojo H, penerjemah; Prawirohatmodjo S, editor. Yogyakarta: Gajahmada Univ. Press. Terjemahan dari: Wood Chemistry, Fundamentals and Applications. Syafii W. 2008. Peningkatan efisiensi pemanfaatan hasil hutan melalui penerapan konsep “the whole tree utilization” di dalam: Pemikiran Guru Besar Institut Pertanian Bogor: perspektif ilmu-ilmu pertanian dalam pembangunan nasional. Bogor: Penebar Swadaya-IPB Pr. Hlm 187191. Syafii W, Sari RK, Maemunah S. 2014. Uji bioaktivitas zat ekstraktif pohon 124 mindi (Melia azedarach Linn) dengan metode brine shrimp lethality test. J Ilmu Teknol Kayu Tropis 12(1):48-55. Tadera K, Minami Y, akamatsu K, Matsuoka. 2006. Inhibitor of αglucosidase and α-amylase by flavonoids. J Nutr. Sci. Vitaminol. 52:149-153. Thompson A, Cooper J, Ingram I. 2006. Distribution of terpenes in heartwood and sapwood of loblolly pine. Forest Prod J 56(7/8):46-48. Yadao N, Priya CL, Rao KVB. 2015. Carbohydrate hydrolyzing enzyme inhibitor property, antioxidant and phytochemical analysis of Cassia auriculata, Delonix regia and Vinca rosea Linn: an in vitro study. JAPS 5(05): 018-027. [WHO]. World Health Organization. 2006 Definition and diagnosis of diabetes mellitus and intermediate hiperglicaemia. Report of WHO/IDF Consultation 2006. Roma: WHO. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 5 Januari 2015 Diterima (accepted): 7 Maret 2015 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Universitas Mataram, Lombok, 83115 Corresponding author: [email protected] Abstract This paper reports the development of a testing frame for diagonal in-plane shear test of composite panels and engineered wood products. The study was divided into two subsequent experimental works. The first experiment was conducted by assessing several frame configurations with small-scale frame test. The second experimental work was conducted by applying the selected frame obtained from the first stage experiment to assess the in-plane shear performance of medium density fibre (MDF) board. The result shows that the developed testing frame has been able to generate a pure shear mechanism which is extremely important in the investigation of in-plane shear behaviour of composite panels and engineered wood products. Other important findings are includes; 1) frame with pin at all four corners and the tested panel located in between the upper and bottom frame and connected with bolts is the best choice for inducing in-plane shear mechanism, 2) the developed frame that has all four corners pin-jointed using bolts to obtain free-movement to vertical and horizontal directions works better than those with only two pin-jointed corner at the top and bottom corners that formerly developed by other reseachers. Keywords: diagonal shear test, engineered wood, in-plane shear, testing frame Abstrak Artikel ini melaporkan tentang hasil studi pengembangan bingkai pengujian untuk melakukan uji geser diagonal pada panel komposit dan produk kayu olahan. Penelitian dilakukan melalui dua tahapan eksperimen. Eksperimen pertama dilakukan dengan cara menguji beberapa alternatif konfigurasi bingkai pengujian menggunakan prototipe skala kecil. Eksperimen tahap kedua dilakukan dengan cara mengaplikasikan bingkai pengujian terbaik yang direkomendasikan dari eksperimen tahap pertama untuk menguji perilaku geser diagonal dari panel MDF. Hasil penelitian menunjukan bahwa bingkai pengujian yang dikembangkan mampu menciptakan kondisi geser murni yang merupakan prasyarat sangat penting dalam melakukan investigasi perilaku geser dari panel komposit dan produk kayu olahan. Hasil temuan lain yang cukup penting adalah; 1) bingkai pengujian yang dipasang pada bagian atas dan bawah panel dan dihubungkan dengan pin pada ke-empat pojoknya mampu menciptakan kondisi geser murni yang paling baik, 2) bingkai pengujian dengan empat pojok yang dihubungkan dengan baut untuk menciptakan kondisi bebas bergerak pada arah vertikal maupun horisontal bekerja lebih baik dibandingkan dengan bingkai pengujian yang hanya menggunakan 2 pin pada pojok bagian atas dan bawah yang telah dikembangkan oleh peneliti lain sebelumnya. Kata kunci: bingkai testing, geser diagonal, panel komposit, kayu olahan Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 125 Introduction Diagonal shear testing is commonly performed to measure the in-plane shear properties of a material. Shear testing has proven to be one of the most difficult areas of mechanical property testing. While shear modulus measurements are considered accurate, there is difficulty in measuring shear strength. The presence of non-pure shear loading, non-linear behaviour, edges, material coupling, or the presence of normal stresses makes shear strength determination questionable. Ideally, for quantitative shear measurements, the shear stress must be uniform in the test section of the specimen throughout the linear and nonlinear response regimes. This region should be located in one of the maximum shear stress areas relative to all other regions of the specimens. In addition, a unique relationship should exist between the applied load and the magnitude of the shear stress in the test section. There are several terms given by researchers to this test such as pictureframe shear test (Lee & Munro 1986), deformable square test (Castenie et al. 2004), diagonal shear test (Mosalam et al. 2008) and even small-scale racking test (Bi & Coffin 2006). Based on the way the load is transmitted to the specimen, the diagonal in-plane shear test can be divided into two categories; diagonal tension and diagonal compression test. The diagonal tension shear test is performed using deformable square panels. The frame transfers the tension load vertically to the specimen and at the same time the compression load along the horizontal axis produces a pure state of shear within the specimen. Usually, the loads are transmitted from the frame to the specimen by bolting (Castenie et al. 2004). An appropriate design of the testing frame is very important to ensure that a uniform stress develops in the sample. A poorly made frame will cause 126 excessive stress in the corners and premature local failures. As the name implies, the diagonal compression test involves applying a vertical load in a compression direction which creates a horizontal tension load distribution within the specimen. The concept is, however, similar to that of the diagonal tension test with the exception for the direction of the applied load. For a sandwich structure however, the best way to investigate the in-plane shear under diagonal test scheme may be to use tension apparatus as suggested by Kuenzi et al. (1962). They noted that in the early sandwich work, a compression type of loading apparatus was commonly used to induce shear. However, it was found later that the compression arrangement was unsatisfactory because it tended to amplify initial eccentricities and, for that reason, produced a low result. They also mentioned that a tension type of apparatus would develop the same quality of shear and would also produce greater buckling loads than would apparatus of the compression type. While the diagonal in-plane shear test on sandwich structures is mostly conducted with a tension load arrangement, the diagonal compression test remains important to investigate the in-plane shear of masonry structure. In a symposium on shear and torsion testing held by ASTM, Youngquiest and Kuenzi (1961) presented their work at the U.S. Forest Products laboratory on shear and torsion testing of wood, plywood and sandwich construction. This paper briefly described the test method, traced the history of some of the methods, and presented a discussion of their advantages, disadvantages and suitability. For the tensile loading method, the specimens were glued to a hardwood loading blocks. Strain measurements taken at various points on the panel showed that within the elastic range a nearly uniform strain distribution J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 was possible. They also suggested that a great care must be given in the alignment of the holes for the loading pins and in the proper location of the text fixtures. Bryan (1961) carried out a photo-elastic investigation of the stress distribution in the panel and found that the stress distribution deviated substantially from pure shear; accordingly the method was not appropriate for measuring the inplane shear modulus. However, they showed that at the critical region (which along the edge) the stress state was essentially uniform pure shear and thus recommended that this test should be an accurate method for determining the inplane shear strength. De-Iorio et al. (2002) noted that the shear test can be carried out on a rectangular or square thin panel where the panel edges were joined along to form a mechanism by four rigid rods which are mutually hinged at their ends. If the material is orthotropic, with two principal directions parallel to the panel edges, or if it is isotropic, it is possible to impose the displacements that correspond to a uniform shear stress distribution in the panel. Bi and Coffin (2006) applied a tension load scheme to the specimen panels in order to investigate their racking performance. They called the test as a small-scale racking test developed to evaluate paperboard-based sheathing materials used in framed wallconstruction. After reviewing a number of studies dealing with in-plane shear test of sandwich panels available in the literatures, some findings can be summarized as follows. First, there are two types of diagonal in-plane shear test based on the way the load is applied to the specimen; diagonal tension and diagonal compression test. The diagonal compression test is more frequently used in the testing of concrete and masonry structure. While diagonal tension is often used for wood based panels or sandwich panels that naturally week in compression. Second, there are two boundary conditions related to the jointing system of the testing rig. The first type has four pin jointed corners (Morgenthaller et al. 2005, Bi & Coffin 2006, Hossain et al. 1998) and the second type employs 2 pin jointed corners at the location where the load is applied (Castenie et al. 2004, Kuenzi et al. 1962, Youngquest & Kuenzi 1961, Bryan 1961). The first type was designed based on the assumption that in the real industry application of wall panel, all the edges are clamped using a rigid border. However, during the panel test the specimen may experience lower stress since part of load was transferred directly to the other load pin without passes through the specimen. The second type was designed to overcome this shortcoming. Third, the typical panel test specimens for the diagonal shear test are in the range of 300-850 mm in size which is significantly smaller than the typical size of a racking wall test. Lastly, the typical failure modes of diagonal tension test are typically crimping, sudden failure of the core, skin shear failure shear buckling of the panel and skin wrinkling. The outcomes from the review are considered in the design and development of testing rigs by the authors. This paper reports the development of a testing frame for diagonal in-plane shear test of composite panels and engineered wood products. Experimental program The experiment was conducted in two stages. First, assessing several configurations of frame with small-scale frame test. Second, applying the selected frame from first stage to assess the inplane shear performance of medium density fiber (MDF) board, which is an engineered wood product. Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 127 For the firt stage, five different configurations of testing frames were developed and assessed. The specimens used in the testing were prepared from a polyethylene sheet. The reason of using this specimen material was to observe the likely pattern of deformation during the progress of the testing. The basic idea of this evaluation was based on the work of Cao et al. (2008), Sun and Pan (2005), Zhu et al. (2007) and Mohammed et al. (2000), where the in-plane shear deformation of woven fabric composite was assessed. The configuration of the test rig itself was based on the work of other researchers who were investigating the in-plane shear test of sandwich panel as presented in Table 1. The frames were prepared using Balsa wood with the size of (220x220) mm2. The specimens were attached to the loading rail using either glue or small bolts. The specimens were tested in a Hounsfield Testing Machine, with a maximum load capacity of 10 kN, which was adequate for the testing arrangement. The front and side views of each prototype of testing rig are shown in Figure 1. For the experiment in the second stage, the MDF board was cut to the required size into two shapes; one as a whole panel specimen and the other one was a specimen with the corners cut. The setting up and the final condition of the panels after the completion of the test is presented in Figure 2. Table 1 The configuration of small-scale testing rig prototypes Frame types Description References Frame A Single discontinuous frame with pin at upper and bottom corners only. No pin was placed at side corners. Panel was placed inside and glued within the frame. Light wood stiffeners were glued around the edge to perfectly fit the panel inside the frame. Kuenzi et al. (1962), Youngquest and Kuenzi (1961), Bryan (1961) Frame B Double continuous frame with pin at all four corners. Panel was placed in between the upper and bottom frame and connected with bolts. Morgenthaler et al. (2005), Hossain and Wright (1998) Frame C Single continuous frame with pin at all four corners. Panel was sitting on the frame and connected with bolts with upper unconnected frame. Bi and Coffin (2006) Frame D Single continuous frame with pin at all four corners. Panel was placed inside the frame by gluing it to the frame. Modification to the work of Kuenzi et al. (1962) Frame E Single discontinuous frame with pins at upper and bottom corners only. Panel was placed inside by gluing it side by side with the frame. Similar to Frame A, but the frame members were shorter to avoid stress concentration at the side corner and also without light edge stiffeners. Modification to the work of Kuenzi et al. (1962) 128 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Figure 1 Front and side view of each prototype of testing rig Figure 2 The setting-up of the trial test with MDF board specimens. Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 129 Results and Discussions Preliminary assessment using smallscale testing frame Figure 3 shows the bar-chart of the testing results while Figure 4 presents the load-deformation curves. Some important findings from the testing are summarised as follows: Frames A and E demonstrated similar performance for both load and extension as their configuration were almost identical. The maximum load reached by Frame A and E was 97.3 N and 96.9 N, respectively. While the extension for both Frame A and E was 65 mm and 67 mm, respectively. Frames C and D achieved . almost similar failure load but the extension was different. The maximum load achieved was 68.9 N for Frame C and 64.4 N for Frame D. The extension of Frame D is, however, only approximately 2/3 of Frame C. Meanwhile, Frame B obtained the lowest failure load among all testing specimens while the extension was higher than Frame D but lower than the rest specimens. Although Frame B provided the lowest load transferred to the polyethylene sheet material, the fact that the frames did not fail during the testing process suggested that it might be producing a uniform shear distribution within the specimen. Figure 3 The bar-chart of the testing results for each frame prototype. Figure 4 Load-extension graph of the testing results for each frame prototype. 130 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 As it can be seen from the failure mechanism showed in Figure 5, all four frames (A, C, D and E) failed suddenly which indicated that those attained higher loads might also be contributed by the frame, which is not preferred in this type of test. Following this testing result, the prototype Frame B was selected for further investigation for the in-plane shear testing of the sandwich panel. It is also clearly shown in Figure 4 that the load-extension graph of Frame B provides a typical load-extension graph of ductile material that possessed by polyethylene sheet. All the rest frames failed in brittle manner, which is definitely not the typical behaviour of polymer material such as polyethylene. It means that the sudden failure occurred at Frame A, C, D and F was likely contributed by the frame that has to be avoid in the characterisation of material properties. Figure 5 Failure mechanism for each frame prototype. Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 131 Trial testing with MDF specimens The results of the trial tests are presented in Figure 6 and Figure 7. It can be observed from the bar-chart, Figure 6, that the whole panel showed a slightly higher load carrying capacity, which was 27616 N. This value was only about 8.39% higher compared to the load carrying capacity of the corner cut panel. However, if a carefully attention is given to the curves provided by both specimens, as shown in Figure 7, it can be noticed that an early failure was occurred inside the whole panel at much lower load of approximately 19800 N compared to the first sign of failure existed in the corner cut panel specimen which was approximately 24400 N. The early failure occurred at the whole panel specimen was most likely due to the stress concentration at the corner of the testing frame. Figure 6 The bar-chart of the trial test results with MDF panels. Figure 7 The load-deflection curves of the trial test results with MDF panels. 132 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 After removing the panels from the testing frame, a thorough examination was carried out of the failure pattern of the panels. The observation was based on the cracking path as it progressed during the test and for this purposes the cracking patterns were carefully marked to obtain a clear failure maps. The results of this work are presented in Figures 8 and 9. Figure 8 Post-test failure patterns of corner-cut MDF panels. Figure 9 Post-test failure patterns of whole MDF panels. Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 133 It is clearly seen in Figures 8 and 9 that the frame has successfully transferred the shear load along the edge of the panel as indicated by the failure patterns. The trial test using MDF board confirmed that the frame was able to transfer the shear load along the side of the panel producing pure shear inside the panel. It is also important to note that cutting the corners of the panel specimen has reduced the stress concentration at the corners, preventing the occurrence of early failure inside the tested specimen. Conclussion The main conclusion that can be drawn from this work is that the developed testing frame has been able to investigate the in-plane shear behaviour of composite panel and engineered wood products. The diagonal tension shear test has been reconsidered by some researchers for both cost and resources reasons to investigate the in-plane shear behaviour of wall panels, especially at the initial development of a product. Such a test only requires a smaller size specimen than the standard racking test which may reduce the cost. Frame with pin at all four corners and the tested panel located in between the upper and bottom frame and connected with bolts is the best choice for inducing in-plane shear mechanism. The developed frame has all four corners pinjointed using bolts to obtain freemovement to vertical and horizontal directions. This works better than those with only two pin-jointed corner at the top and bottom corners. In addition, cutting the corners of specimen has prevented the presence of early failure mechanism due to stress concentration. References Bi W, Coffin DW. 2006. Racking strength of paperboard based 134 sheathing materials. BioResorces 2(1): 3-19. Bryan EL. 1961. Photoelastic evaluation of the panels shear test for plywood. in Symposium on shear and torsion testing. ASTM special technical publications No. 289. Cao J, Akkerman R, Boisse P, Chen J, Cheng HS, de Graaf EF, Gorczyca JL, Harrison P, Hivet G, Launay J, Lee W, Liud L, Lomov SV, Long A, de Luycker E, Morestin F, Padvoiskis J, Peng XQ, Sherwood J, Stoilova T, Tao XM, Verpoest I, Willems A, Wiggers J, Yu TX, Zhu B. 2008. Characterization of mechanical behavior of woven fabrics: Experimental methods and benchmark results. Composites: Part A 39:1037– 1053. Castanie B, Barrau JJ, Jaouen JP, Rivallant S. 2004. Combined shear/ compression structural testing of asymmetric sandwich structure. Experimental Mechanics 4(5):461472. De-Iorio A, Ianniello D, Iannuzi R, Penta F. 2002. Test methods for composite mechanical characterization. in Found M.S. 2002. Experimental techniques and design in composite materials 4, Swets & Zeitlinger. Lisse. ISBN: 90 5809 370 0. Hossain KMA, Wright HD. 1998. Performance of profiled concrete shear panels. J Structural Engineer. 124(4). Kuenzi EW, Ericksen WS, Zahn JJ. 1962. Shear stability of flat panels of sandwich structure. Forest Products Laboratory US. Research report No 1560. Lee S, Munro M. 1986. Evaluation of inplane shear test methods for advanced composite materials by decision J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 analysis 17(1). technique. J Composites Mohammed U, Lekakou C, Dong l, Bader MG. 2000. Shear deformation and micromechanics of woven fabrics. Composites: Part A 31: 299 –308. Morgenthaler M, Berger L, Feichtinger K, Elkin R. 2005. Dependence og inplane sandwich shear deformation on core material type and thickness. in Thomson OT. 2005. Sandwich Structures 7: Advancing with sandwich structures and materials, 441-450. Netherland: Springer. Mosalam KM, Hagerman J, Kelly H. 2008. Seismic evaluation of structural insulated panels. 5th International Engineering and Construction Conference (IECC’5). August 27-29. 2008. Los Angeles. USA. Sun H, Pan N. 2005. Shear deformation analysis for woven fabrics. Composite Structures 67: 317–322. Youngquist WG, Kuenzi EW. 1961. Shear and Torsion of wood, plywood and sandwich construction at the US Forest Products Laboratory. ASTM special technical publications No. 289. Zhu B, Yu TX, Tao XM. 2007. An experimental study of in-plane large shear deformation of woven fabric composite. Composites Sci. Technol. 67: 252–261. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 8 Januari 2015 Diterima (accepted): 24 Maret 2015 Development of Testing Frame for Diagonal Shear Test of Composite Panels and Engineered Wood Products Jauhar Fajrin 135 Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam (Corrosion Properties on Five Wood Species from Sukabumi in the Open Site to Metal Screw) Djarwanto1* , Sihati Suprapti 1 Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Jl. Gunung Batu No. 5, Bogor 16610 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract Five lesserknown wood species i.e. Calophyllum grandiflorum JJS (ki lubang), Ficus vasculosa Wall. Ex Miq. (ki kuya), Gironniera subaequalis Planch (ki bulu), Sterculia oblongata R.Br. (ki hantap) and Turpinia sphaerocarpa Hassk. (ki bancet) were evaluated their metal corrosion in open site. Wood samples were divided radially into three groups, namely outer (A), middle (B) and inner part of log (C). The corrosion intensities were identified by the weight loss of the attached metal screws. Results indicated that corrosion was found in all wood species. Higher corrosion rates were obtained on samples of G. subaequalis. The highest weight loss of the screw was found on G. subaequalis samples extracted from middle part (B part) of tree I and II (P-1 and P-II i.e. 5.35% and 5.24%, respectively). While the highest weight loss of the screwed wood was found on S. oblongata samples extracted from inner part (C part) of tree I, and then was on F. vasculosa from outer part (A part) of tree I. Keywords: corrosion, metal screw, rust discoloration, wood Abstrak Lima jenis kayu kurang dikenal yaitu ki lubang (Calophyllum grandiflorum JJS), ki kuya (Ficus vasculosa Wall. Ex Miq.), ki bulu (Gironniera subaequalis Planch), ki hantap (Sterculia oblongata R.Br.) dan ki bancet (Turpinia sphaerocarpa Hassk.), di uji sifat pengkaratannya terhadap sekrup logam di tempat terbuka. Contoh uji diambil dari bagian tepi (A), tengah (B), dan dalam (C) dolok. Intensitas pengkaratan ditunjukkan oleh besarnya kehilangan berat sekrup. Hasilnya menunjukkan bahwa pengkaratan terjadi pada semua jenis kayu yang diuji. Pelunturan warna karat telah terjadi pada umur 2 minggu pemasangan. Derajat pengkaratan sekrup tertinggi terjadi pada kayu G. subaequalis. Kehilangan berat sekrup tertinggi didapatkan pada bagian tengah (B) dari pohon I G. subaequalis yaitu 5,35%, kemudian dari pohon II yaitu 5,24%. Sedangkan kehilangan berat kayu yang dipasangi sekrup tertinggi dijumpai pada bagian dalam (C) dari pohon I, S. oblongata, kemudian pada bagian A dari pohon I, F. Vasculosa. Kata kunci: Sekrup logam, kayu, pelunturan karat, pengkaratan Pendahuluan Untuk pemasangan kayu bangunan di bawah maupun di atas atap atau di tempat terbuka umumnya masih menggunakan logam antara lain paku, engsel dan sekrup. Sekrup yang berikatan dengan kayu kemudian 136 dipasang atau diletakkan di tempat terbuka (terkena hujan dan panas), maka dalam waktu kurang satu bulan telah menunjukkan tanda-tanda pengkaratan yaitu terdapat bercak warna coklat pada kepala sekrup atau pelunturan warna coklat atau warna lainnya di permukaan kayu di sekitar sekrup terpasang J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 (Djarwanto 2011). Nawawi (2002) menyatakan bahwa kayu dapat menyebabkan kerusakan logam melalui proses pengkaratan. Pengkaratan tersebut terjadi secara kontak langsung kayu dengan logam atau kayu yang dipasang berdekatan dengan logam pada lingkungan udara yang dikondisikan. Menurut Djarwanto (2009), noda akibat pelunturan warna karat logam dapat terjadi pada semua jenis kayu mulai dari samar-samar hingga coklat gelap atau abu-abu. Informasi mengenai sifat pengkaratan kayu terhadap logam masih sangat sedikit. Oleh karena itu, perlu diteliti sifat pengkaratan kayu yang dipasang di tempat terbuka terhadap logam (misalnya sekrup logam yang berikatan dengan kayu yang dipasang di bagian luar bangunan). Penelitian dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sifat pengkaratan lima jenis kayu kurang dikenal di tempat terbuka terhadap sekrup logam. Bahan dan Metode Bahan Jenis kayu yang diteliti berasal dari Lengkong Sukabumi, Jawa Barat seperti tercantum pada Tabel 1. Dolok lima jenis kayu tersebut digergaji dibuat papan, dikering anginkan dan selanjutnya dibuat contoh uji dengan ukuran penampang (2,5x1,5) cm2 dan panjang 5 cm searah serat. Pola pengambilan contoh uji seperti yang dilakukan Djarwanto (2010), yaitu bagian tepi (A: pada posisi 4 cm dari arah kulit luar), bagian tengah (B: pada posisi di antara bagian tepi dan bagian dalam) dan bagian dalam (C: pada posisi 2 cm dari titik pusat diameter). Sekrup logam yang digunakan berukuran panjang ½ inch (+1,2 cm), dari bahan besi dengan merk SIP yang diperoleh dari pasar umum. Metode Contoh uji yang telah diketahui berat kering mutlaknya, dibiarkan kering udara. Pada setiap contoh uji dipasang sekrup besi di bagian tengah, kemudian disimpan di atas anyaman kawat tahan karat (yang dilapisi plastik) di tempat terbuka yang kena hujan dan panas selama 3 bulan di Bogor, Jawa Barat. Kondisi cuaca saat penelitian berlangsung rata-rata suhu udara berkisar antara 22-31 °C, kelembaban relative 65-96%, dan intensitas curah hujan 25-50 mm per hari. Untuk setiap jenis kayu, tegakan pohon contoh dan bagian kayu disediakan 5 buah contoh uji sebagai ulangan. Pengamatan dilakukan setiap minggu untuk mengetahui pelunturan warna sekrup pada kayu dan pengkaratan pada kepala sekrup (Djarwanto 2013). Selain itu diamati pula kemungkinan adanya serangan organisme perusak kayu secara alami. Pada akhir percobaan sekrup dikeluarkan dari contoh uji kemudian dicelupkan ke dalam HCl teknis, dibersihkan secara hati-hati menggunakan sikat nilon halus dengan larutan alkohol 96% dan aseton (2:1), dibiarkan kering dan selanjutnya ditimbang (Kadir & Barly 1974, Rushelia & Djarwanto 2002, Djarwanto, 2009). Penilaian pengkaratan logam didasarkan pada kehilangan berat sekrup. Selain itu, contoh uji kayu yang telah dikeringkan dengan oven pada suhu 103±2 °C juga ditimbang untuk diketahui kehilangan beratnya, mengacu SNI 7207:2014 (BSN 2014). Contoh kayu tersebut diketuk-ketuk secara hatihati dengan tujuan untuk membersihkan bubuk karat yang tertinggal di dalam lubang bekas sekrup. Apabila terdapat sekrup yang patah di dalam contoh uji maka kayu tersebut dibelah secara hatihati untuk mengeluarkan sekrupnya. Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam Djarwanto, Sihati Suprapti 137 Kehilangan berat sekrup dan kayu dihitung berdasarkan selisih berat kering sebelum dan sesudah perlakuan dibagi berat awalnya dan dinyatakan dalam persen. Sedangkan kadar air dihitung berdasarkan selisih berat basah pada akhir percobaan dan sesudah kering oven dibagi berat basah yang dinyatakan dalam persen. Kelunturan atau pewarnaan di permukaan contoh uji kayu dan pewarnaan di kepala sekrup akibat pengkaratan diamati secara visual dan diklasifikasikan berdasarkan skala penampilan warna menurut Djarwanto dan Suprapti (2008), sebagai berikut: - = tidak terdapat pewarnaan + = pewarnaan sedikit disekitar sekrup ++ = pewarnaan sedang +++ = pewarnaan agak meluas ++++ = pewarnaan meluas Kelunturan atau pewarnaan di permukaan kepala (pentolan) sekrup akibat pengkaratan diamati secara visual dan diklasifikasikan berdasarkan skala penampilan warna (Djarwanto 2013), sebagai berikut: - = tidak terdapat pewarnaan * = pengkaratan kepala sekrup 25% ** = pengkaratan kepala sekrup 50% *** = pengkaratan kepala sekrup 75% **** = pengkaratan kepala sekrup 100% Analisis data Data persentase kehilangan berat sekrup logam dan kayu yang dipasangi sekrup masing-masing di analisa menggunakan rancangan faktorial 5x2x3 (jenis kayu, pohon contoh dan bagian kayu), dengan lima kali ulangan, seperti pada Steel dan Torrie (1993). Jika menunjukkan perbedaan yang nyata maka pengujian dilanjutkan dengan menggunakan prosedur Tukey. Hasil dan Pembahasan Pada umur satu minggu setelah disimpan di tempat tebuka, dijumpai adanya serangan jamur (Monilia sp., blue stain dan mold). Ini mungkin disebabkan kayu menjadi lembab karena hujan yang mulai turun pada hari ketiga. Pelunturan warna pada kayu di sekitar sekrup mulai terlihat setelah 12 hari penyimpanan. Pada umur dua minggu telah terjadi pelunturan warna di permukaan semua jenis kayu. Tabel 2 menyajikan data intensitas pewarnaan pada kayu maupun sekrup. Intensitasnya meningkat pada umur empat minggu, dan pada minggu selanjutnya tidak nampak perubahan warna tersebut. Pada umur lima minggu, pengkaratan pada kepala sekrup yang dipasang pada semua jenis kayu telah berubah warna dari coklat menjadi kehitaman. Pada umur 2 minggu, dijumpai retak panjang pada dua contoh uji kayu G. subaequalis dari pohon I bagian tepi (A). Hal ini mungkin disebabkan oleh perbedaan suhu pada saat hari panas dan hujan waktu penelitian berlangsung. Tabel 1 Jenis kayu yang diuji terhadap sekrup logam No 1 2 3 4 5 138 Jenis kayu Calophyllum grandiflorum JJS Ficus vasculosa Wall. Ex Miq. Gironniera subaequalis Planch Sterculia oblongata R.Br. Turpinia sphaerocarpa Hassk. Nama daerah Ki lubang Ki kuya Ki bulu Ki hantap Ki bancet Suku Guttiferae Moraceae Ulmaceae Sterculiaceae Staphyleaceae J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 2 Kelunturan karat pada kepala sekrup dan di permukaan kayu Jenis kayu Pohon contoh Bagian kayu Calophyllum grandiflorum P-I A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C P-II Ficus vasculosa P-I P-II Gironniera subaequalis P-I P-II Sterculia oblongata P-I P-II Turpinia sphaerocarpa P-I P-II Kelunturan warna logam di permukaan kayu 2 minggu 4 minggu ++ ++ ++ ++ + ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ + +++ ++ ++ ++ +++ + +++ ++ +++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ + + +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + + + +++ + + + ++ ++ Kelunturan warna logam di kepala sekrup 2 minggu 4 minggu ++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ ++ ++++ ++ ++++ + ++++ ++ +++ ++ ++++ ++ +++ +++ +++ +++ ++++ +++ ++++ +++ ++++ ++ +++ ++++ ++++ ++ +++ ++ +++ ++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +++ ++ + +++ + ++ + +++ + +++ Keterangan: P = tegakan pohon, A = contoh uji bagian tepi, B = contoh uji bagian tengah, C = contoh uji bagian dalam, + = pewarnaan sedikit disekitar sekrup,++ = pewarnaan sedang, +++ = pewarnaan agak meluas, ++++ = pewarnaan meluas, - = tidak terdapat pewarnaan. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sekrup yang dipasang pada masingmasing jenis kayu yang disimpan di tempat terbuka mengalami kerusakan yang bervariasi. Kerusakan sekrup tersebut ditandai oleh pewarnaan kayu akibat pelunturan karat yang disajikan pada Tabel 2. Pada semua jenis kayu yang diuji menunjukkan pelunturan warna hijau kehitaman atau coklat di permukaan kayu ataupun kepala sekrup. Pengkaratan sekrup tersebut terjadi karena kayu menjadi lembab dan zat ekstraktif yang bersifat asam bereaksi dengan besi. Djarwanto (2011) menyebutkan bahwa pelunturan warna kecoklatan atau warna lainnya di sekitar sekrup merupakan hasil reaksi pengkaratan logam dengan kayu. William dan Knaebe (2002) menyatakan Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam Djarwanto, Sihati Suprapti 139 bahwa pelunturan warna terjadi karena reaksi kimia antara zat ekstraktif dengan logam. Sifat korosif kayu terhadap besi terlihat bervariasi seperti ditunjukkan oleh besarnya kehilangan berat sekrup yang berikatan dengan kayu (Tabel 3). Menurut Krilov (1987) bahwa kehilangan berat baja yang berikatan dengan beberapa jenis kayu terlihat beragam. Derajat keasaman kayu meningkat oleh oksidasi zat ekstraktif dan degradasi hidrolitik dari komponen kayu (Nawawi 2002). Rata-rata pengukuran derajat keasaman kelima jenis kayu hampir sama (5,0-5,5) yaitu C. grandiflorum 5,5; F. vasculosa 5,0; G. subaequalis 5,3; S. oblongata 5,3; dan T. sphaerocarpa 5,0, dan ini mungkin pengaruhnya terhadap pengkaratan tidak jauh berbeda. Menurut Li et al. (2011) pH kayu berkisar antara 3,5-7,0 dan dapat menyebabkan terjadinya korosi pada logam, tetapi tidak dirinci pada setiap tingkat keasaman. Kehilangan berat merupakan indikator sifat korosifitas kayu dan degradasi sekrup maupun paku. Sedangkan Turu’allo (2006) menyatakan bahwa laju korosi logam dipengaruhi oleh nilai pH. Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa jenis kayu, pohon contoh dan posisi bagian kayu dalam dolok berpengaruh nyata pada kehilangan berat sekrup (probability, p≤0.01). Didapatkan interaksi yang nyata antara jenis kayu, pohon contoh dan posisi bagian kayu dalam dolok terhadap kehilangan berat sekrup (p≤0.05). Krilov (1987) menyatakan bahwa terdapat interaksi yang nyata antara jenis kayu dan tipe baja yang diuji. Sifat korosif tertinggi yang ditunjukkan oleh kehilangan berat sekrup tertinggi terjadi pada bagian tengah (B) dari pohon I dan II (P-I dan 140 P-II) kayu G. subaequalis, masingmasing yaitu 5,35 dan 5,24%. Hasil uji beda Tukey (p≤0.05) terhadap interaksi antara jenis kayu dan pohon contoh menunjukkan bahwa persentase kehilangan berat sekrup tertinggi tejadi pada kayu G. subaequalis dari P-I yaitu 4,26%, kemudian pada kayu F. vasculosa dari P-I (4,17%). Hal ini mungkin disebabkan oleh kandungan zat ekstraktif yang terdapat pada contoh uji tersebut besar sehingga sifat pengkaratan cenderung hebat. Menurut Sumarni et al. (2009) dan Pari (2010) bahwa kelarutan dalam air panas pada kayu F. vasculosa dan S oblongata lebih tinggi, masingmasing yaitu 10,70% dan 10,35%, dibandingkan dengan kelarutan tersebut pada kayu G. subaequalis, C. grandiflorum, T. sphaerocarpa dan berturut-turut adalah 7,96%, 6,61% dan 4,52%. Williams dan Knaebe (2002), kayu yang mengandung zat ekstraktif besar maka mudah menimbulkan karat pada besi. Reaksi antara zat ekstraktif dengan besi kemungkinan mengakibatkan sebagian kayu yang bersinggungan dengan sekrup terhidrolisis sehingga terjadi pengurangan berat. Krilov (1986) menyatakan bahwa terjadinya karat pada besi disebabkan oleh adanya zat ekstraktif yang sangat kompleks (organometallic complexes) yang dapat menyebabkan terjadinya reaksi pengkaratan antara kayu dengan besi tersebut. Hasil uji beda Tukey terhadap jenis kayu (p≤0.05) menunjukkan bahwa kehilangan berat sekrup tertinggi dijumpai pada kayu G. subaequalis, sedangkan kehilangan berat sekrup terendah terjadi pada kayu S. oblongata (Tabel 4). Kehilangan berat tersebut mirip dengan hasil penelitian di laboratorium yaitu kehilangan berat J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 sekrup tertinggi pada kayu G. subaequalis kemudian S. oblongata (Djarwanto 2009). Berdasarkan uji beda Tukey terhadap tegakan pohon (p≤0.05) bahwa kehilangan berat sekrup pada pohon P-I (2,61%) lebih tinggi dibandingkan pada P-II (1,86%). Berdasarkan posisi kayu dalam dolok bahwa kehilangan berat sekrup terendah dijumpai pada contoh uji bagian dalam (C) yaitu 1,64%, sedangkan pada bagian tepi (A) 2,49% dan bagian tengah (B) 2,57% tidak menunjukkan perbedaan yang nyata (p≤0.05). Djarwanto (2009) menyatakan bahwa secara laboratoris kehilangan berat sekrup cenderung meningkat dari contoh uji bagian tepi ke arah bagian dalam dolok. Data kehilangan berat kayu yang berikatan dengan sekrup tersebut nampak bervariasi (Tabel 3). Kehilangan berat kayu ini mungkin disebabkan oleh proses oksidasi bersamaan dengan proses pengkaratan. Hasil analisis menunjukkan bahwa jenis kayu, pohon contoh dan posisi bagian kayu dalam dolok berpengaruh nyata pada kehilangan berat kayu (p≤0.01). Didapatkan interaksi yang nyata antara jenis kayu, pohon contoh dan posisi bagian kayu dalam dolok terhadap kehilangan berat kayu, namun tidak terjadi interaksi yang nyata antara pohon contoh dan bagian kayu dalam dolok (p≤0.05). Kehilangan berat kayu tertinggi dijumpai pada bagian dalam (C) dari pohon I (P-I) S. oblongata yaitu 16,59%, kemudian pada bagian tepi (A) dari pohon I kayu F. vasculosa yaitu 14,78%. Kehilangan berat kayu tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan kehilangan berat kayu yang diuji secara laboratoris (Djarwanto 2009). Hal ini mungkin disebabkan karena penyimpanan di tempat terbuka dapat mengakibatkan kayu terdegradasi oleh pengaruh cuaca (panas dan hujan), serta kemungkinan oleh adanya proses pelapukan akibat serangan jamur. Hasil pengamatan ditemukan pertumbuhan tubuh buah jamur pelapuk yang termasuk famili Polyporacae pada F. vasculosa dan S. oblongata yang dipasangi sekrup dan kayu kontrol tanpa sekrup. Kehilangan berat kayu yang dipasangi sekrup lebih tinggi dibandingkan dengan kehilangan berat kayu kontrol. Hasil uji beda Tukey (p≤0.05) menunjukkan bahwa rata-rata kehilangan berat kayu tertinggi dijumpai pada kayu S. oblongata dan F. vasculosa masing-masing (12,02% dan 11,09%), sedangkan rata-rata kehilangan berat kayu terendah terjadi pada kayu G. subaequalis yang dipasangi sekrup dan pada kayu Turpinia sphaerocarpa yang tidak dipasangi sekrup (Tabel 4). Ini mungkin karena kayu tersebut mudah diserang oleh jamur pelapuk. Menurut Suprapti et al. (2011), rata-rata kehilangan berat tertinggi akibat serangan jamur pelapuk terjadi pada F. vasculosa kemudian S. oblongata. Sedangkan kehilangan berat terendah didapatkan pada kayu T. sphaerocarpa. Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam Djarwanto, Sihati Suprapti 141 Tabel 3 Kehilangan berat sekrup yang berikatan dengan kayu Jenis kayu Calophyllum grandiflorum Pohon contoh P-I P-II Ficus vasculosa P-I P-II Gironniera subaequalis P-I P-II Sterculia oblongata P-I P-II Turpinia sphaerocarpa P-I P-II Bagian kayu A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C Sekrup 1,85 efgh 2,03 efgh 1,10 fgh 3,43 bcde 2,09 efgh 1,64 efgh 4,05 abc 4,23 abc 4,24 abc 2,92 def 1,64 efgh 0,77 h 4,62 abc 5,35 a 2,81 def 3,31 def 5,24 abc 1,04 fgh 0,90 h 1,69 efgh 0,48 h 2,00 efgh 1,03 fgh 0,92 gh 1,29 fgh 1,66 efgh 2,82 def 0,54 h 0,71 h 0,60 h Kehilangan berat (%) Kayu disekrup 6,07 hijk 7,12 fghi 6,47 hij 6,42 hijk 6,96 ghi 6,82 ghi 14,78 ab 10,43 cde 11,15 cde 11,76 bcde 8,66 efgh 9,78 defg 5,33 hijkl 2,44 l 2,88 kl 2,87 kl 4,92 ijkl 2,57 l 9,91 cdefg 13,13 bc 16,59 a 12,37 bcd 10,32 cdef 9,94 cdefg 10,70 cde 6,36 hijk 5,20 ijkl 3,31 jkl 3,17 jkl 3,39 jkl Kayu kontrol 5,39 ±0,12 3,95 ±1,41 3,69 ±0,82 5,21 ±0,34 4,76 ±0,37 4,86 ±0,49 8,46 ±0,43 10,30 ±1,42 13,53 ±2,91 14,31 ±2,79 11,20 ±0,30 13,21 ±1,83 2,05 ±0,61 3,75 ±1,32 2,45 ±1,41 1,87 ±0,06 2,45 ±0,36 2,32 ±0,79 7,65 ±0,94 11,46 ±1,97 13,67 ±5,67 7,28 ±0,54 8,16 ±0,53 6,56 ±0,32 2,43 ±0,33 2,31 ±0,06 2,01 ±0,26 2,56 ±0,34 2,13 ±0,13 2,29 ±0,14 Keterangan: P = tegakan pohon, A = contoh uji bagian tepi, B = contoh uji bagian tengah, C = contoh uji bagian dalam, data pengurangan berat (%) rata-rata dari lima ulangan, ± = standar deviasi, angka-angka dalam masing-masing kolom yang diikuti oleh huruf sama tidak berbeda nyata pada uji Tukey, p ≤ 0.05. Tabel 4 Rata-rata persentase kehilangan berat sekrup yang berikatan dengan kayu Jenis kayu Calophyllum grandiflorum Ficus vasculosa Gironniera subaequalis Sterculia oblongata Turpinia sphaerocarpa Pohon contoh Diameter (cm) Sekrup (%) P-I P-II P-I P-II P-I P-II P-I P-II P-I P-II 43,5 43,0 40,0 36,0 43,5 43,0 27,5 27,0 25,3 22,4 1,66 cde 2,39 bc 4,17 a 1,78 cde 4,26 a 3,20 b 1,01 ef 1,31 def 1,92 cd 0,62 f Ratarata (%) 2,02 c 2,98 b 3,73 a 1,16 d 1,27 d Kayu disekrup (%) 6,56 d 6,74 d 12,12 ab 10,06 c 3,55 e 3,45 e 13,16 a 10,88 bc 7,42 d 3,29 e Ratarata (%) 6,65 b 11,09 a 3,50 d 12,02 a 5,36 c Kayu kontrol (%) 4,34 4,94 10,76 12,91 2,75 2,21 10,93 7,33 2,25 2,32 Ratarata (%) 4,64 11,84 2,48 9,13 2,29 Keterangan: Angka-angka dalam masing-masing kolom yang diikuti oleh huruf sama tidak berbeda nyata pada uji Tukey p< 0.05 142 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 5 Rata-rata kadar air akhir kayu setelah dipasang ditempat terbuka Jenis kayu Calophyllum grandiflorum Pohon contoh P-I P-II Ficus vasculosa P-I P-II Gironniera subaequalis P-I P-II Sterculia oblongata P-I P-II Turpinia sphaerocarpa P-I P-II Bagian kayu A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C Kadar air awal (%) 11,42±0,42 11,34 ±0,54 11,33 ±0,51 11,15 ±0,17 11,02 ±0,21 11,09 ±0,61 11,84 ±0,60 11,50 ±0,38 11,66 ±0,46 11,87 ±0,17 11,85 ±0,15 11,83 ±0,18 10,94 ±0,55 10,80 ±0,93 10,98 ±0,61 10,28 ±0,30 10,18 ±0,13 10,46 ±0,37 11,26 ±1,47 11,44 ±1,46 11,87 ±1,60 11,37 ±0,97 11,57 ±0,90 11,46 ±1,49 11,17 ±0,18 11,06 ±0,43 11,10 ±0,44 11,23 ±0,14 11,02 ±0,44 11,42 ±0,17 Kadar air akhir (%) Kayu disekrup Kayu kontrol 36,36 ±2,08 43,76 ±1,93 41,35 ±4,07 43,80 ±2,96 39,78 ±3,38 42,86±2,45 33,78 ±3,82 41,18 ±3,13 39,04 ±3,85 41,44 ±2,79 40,09 ±1,21 42,32 ±2,40 29,31 ±6,01 37,28 ±4,64 23,96 ±2,79 39,98 ±4,16 27,67 ±3,98 41,00 ±8,80 23,37 ±5,63 43,29 ±9,77 24,86 ±2,86 32,14 ±4,23 23,67 ±1,91 38,92 ±5,52 16,92 ±2,85 25,06 ±3,22 14,51 ±0,51 31,25 ±6,81 14,38 ±1,04 23,15 ±2,25 14,15 ±1,10 23,34 ±3,10 28,74 ±2,61 18,62 ±3,07 14,97 ±0,50 25,16 ±2,58 20,62 ±2,48 37,49 ±6,89 36,64 ±8,41 44,15 ±8,42 28,38 ±2,37 42,85 ±5,37 35,31 ±4,56 46,22 ±3,56 25,38 ±2,76 45,80 ±6,60 35,53 ±2,39 44,98 ±3,25 17,13 ±1,80 26,27 ±3,63 19,82 ±0,91 28,02 ±3,96 19,28 ±1,34 26,66 ±3,01 23,07 ±2,07 29,36 ±1,74 23,07 ±0,81 25,93 ±3,23 20,98 ±1,64 32,21 ±2,42 Keterangan: P = tegakan pohon, A = contoh uji bagian tepi, B = contoh uji bagian tengah, C = contoh uji bagian dalam, + = standar deviasi. Sumarni et al. (2009), Muslich et al. (2013) dan Pari (2010) menunjukkan bahwa kelarutan NaOH pada kayu S. oblongata dan F. vasculosa tinggi yaitu masing-masing 22,55 dan 21,56%. Berdasarkan uji beda Tukey terhadap tegakan pohon contoh (p≤0.05), kehilangan berat kayu dari pohon P-I (8,56%) lebih tinggi dibandingkan dengan P-II (6,88%). Berdasarkan posisi kayu dalam dolok bahwa kehilangan berat kayu tertinggi pada contoh uji dari bagian tepi (A) yaitu 8,34%, sedangkan bagian tengah (B) 7,35% dan bagian dalam (C) 7,48% tidak menunjukkan perbedaan yang nyata (p≤0.05). Hal ini mungkin karena terjadi pelapukan kayu, di bagian tepi lebih tinggi dibandingkan dengan kayu di bagian dalam. Menurut Suprapti dan Djarwanto (2013) dan Djarwanto (2010) kehilangan berat kayu bagian tepi lebih tinggi dibandingkan dengan kehilangan berat kayu bagian dalam. Data rata-rata kadar air contoh uji kayu pada awal dan akhir percobaan disajikan Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam Djarwanto, Sihati Suprapti 143 pada Tabel 5. Kadar air kayu awal yang akan dipasang berkisar antara 10,1811,87%. Kadar air pada kayu yang dipasangi sekrup yaitu 14,15-41,35% dan kayu kontrol (tidak dipasangi sekrup) berkisar antara 16,66-46,22%, jamur pelapuk masih dapat tumbuh yang dapat mengakibatkan kayu menjadi lapuk. Schmidt (2007) menyatakan bahwa kadar air optimum untuk pertumbuhan jamur pelapuk berkisar antara 36-210%. Kesimpulan Pada lima jenis kayu kurang dikenal yang diteliti ternyata memiliki sifat karat terhadap sekrup. Sifat karat yang tinggi terjadi pada kayu G. Subaequalis, sedangkan kehilangan berat sekrup tertinggi didapatkan pada bagian tengah (B) dari pohon I G. subaequalis yaitu 5,35%, kemudian dari pohon II yaitu 5,24%. Kehilangan berat kayu terjadi pada semua contoh uji. Kehilangan berat kayu yang dipasangi sekrup tertinggi dijumpai pada bagian dalam (C) dari pohon I, S. oblongata yaitu 16,59%, kemudian pada bagian A dari pohon I F. vasculosa yaitu 14,78%. Daftar Pustaka BSN [Badan Standardisasi Nasional]. 2014. Uji Ketahanan Kayu terhadap Organisme Perusak Kayu. Standar Nasional Indonesia, SNI 7207:2014. Jakarta: BSN. Djarwanto. 2009. Sifat pengkaratan besi pada lima jenis kayu asal sukabumi. J Penelitian Hasil Hutan 27(3): 280289. Djarwanto. 2010. Ketahanan lima jenis kayu terhadap fungi. J Ilmu Teknologi Hasil Hutan 3(2): 51-55. Djarwanto. 2011. Sifat pengkaratan lima jenis kayu yang disimpan di tempat 144 terbuka terhadap besi. J Penelitian Hasil Hutan 29(2): 104-114. Djarwanto. 2013. Sifat pengkaratan lima jenis kayu asal Ciamis terhadap besi. J Penelitian Hasil Hutan 31(3): 186192. Djarwanto, Suprapti S. 2008. Pengaruh pengkaratan logam terhadap pelapukan empat jenis kayu asal sukabumi. J Ilmu Teknologi Hasil Hutan 1(2): 55-59. Kadir K, Barly. 1974. Catatan Mengenai Daya Korosif Beberapa Jenis Bahan Pengawet Kayu. Bogor: Lembaga Penelitian Hasil Hutan. Krilov A. 1986. Corrotion and wear sawblade steels. Wood Sci Technol. 20: 361-368. Krilov A. 1987. Corrosive properties of some eucalypts. Wood Sci. Technol. 21: 211-217. Li ZW, Marston NJ, Jones MS. 2011. Corrosion of fasteners in treated timber. Study Report SR 241. Branz. ISSN: 1179-6197. Muslich M, Wardani M, Kalima T, Rulliaty S, Damayanti R, Hadjib N, Pari G, Suprapti S, Iskandar MI, Abdurachman, Basri E, Heriansyah I, Tata HL. 2013. Atlas kayu Indonesia. Jilid IV. Bogor: Pustekolah. Nawawi DS. 2002. The acidity of five tropical woods and its influence on metal corrosion. J Teknologi Hasil Hutan 15(2): 18-24. Pari G. 2010. Analisis Kimia Beberapa Jenis Kayu Kurang Dikenal. Bogor: Lembaga Penelitian Hasil Hutan. Rushelia R, Djarwanto. 2002. Sifat korosif kayu sungkai (Peronema canescens Jack.) yang diimpregnasi limbah penyepuhan timah. Prosiding J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Seminar Nasional IV Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia (MAPEKI), tanggal 6-9 Agustus 2001 di Samarinda. Hlm. V36-V40. Fakultas Kehutanan Universitas Mulawarman. Samarinda. Schmidt O. 2007. Indoor Wood-Decay Basidiomycetes: Damage, Causal Fungi, Physiology, Identification and Characterization, Prevention and Control. German Mycologycal Society and Springer. 40p. Steel, RGD, Torrie JH. 1993. Prinsip dan Prosedur Statistika Suatu Pendekatan Biometrik. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Hlm. 403425. Sumarni G, Muslich M, Hadjib N, Krisdianto, Malik D, Suprapti S, Basri E, Pari G, Iskandar MI, Siagian RM. 2009. Sifat dan Kegunaan Kayu: 15 Jenis Kayu Andalan Setempat Jawa Barat. Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. 88 hlm. Suprapti S, Djarwanto. 2013. Ketahanan lima jenis kayu asal Cianjur terhadap jamur. J Penelitian Hasil Hutan 31(3): 193-199. Suprapti S, Djarwanto, Hudiansyah. 2011. Ketahanan lima jenis kayu asal Lengkong Sukabumi terhadap beberapa jamur pelapuk. J Penelitian Hasil Hutan 29(3): 259-270. Turu’allo G. 2006. Corrosion rates measurements by linear polarization and AC impedance techniques using different steel bars and acidic solution. J SMARTek 4(3): 135-145. Williams RS, Knaebe M. 2002. Iron stain on wood. Finisline Forest Products Laboratory. Madison: USDA Forest Service. www.fpl.fs.fed.us. [26 Agustus 2008]. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 20 Januari 2015 Diterima (accepted): 4 April 2015 Sifat Pengkaratan Lima Jenis Kayu Asal Sukabumi yang Disimpan Di Tempat Terbuka terhadap Sekrup Logam Djarwanto, Sihati Suprapti 145 Sifat Keawetan dan Fisis-Mekanis Kayu Kecapi dan Rambutan setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan (The Durability and Physical-Mechanical Properties of Kecapi Wood and Rambutan Wood after Oil Heat Treatment as Green Wood Quality Enhancement) Trisna Priadi*, Silva D Maretha Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Dramaga, Bogor 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract Woods from community forests and lands are genarally have low quality. Therefore we need the application of appropriate and environmentally friendly technology so that the timber can be relied upon as a good and durable building material without causing adverse environmental impacts. This study aimed to determine the durability of oil heat treated wood and to determine the influence of the heating process on the physical properties and mechanical properties of wood. Materials used in this study were kecapi wood (Sandoricum koetjape Merr ) and rambutan wood (Nephelium spp). Filtered waste cooking oil was used in this wood heat treatment at temperatures of 100 C , 150 C , and 180 C within one and two hours. Furthermore, the durability of the wood was evaluated with graveyard test method (ASTM D 1758-96). Physical properties (weight gain and density) and mechanical properties (MOR and MOE) of the woods were also tested according to ASTM D 143. The results showed that the heating at 100 C for one hour improved the durability of both kecapi and rambutan woods from subterranean termites. Oil heating at 180 C for one hour also resulted in a slight higher wood durability than 100 C oil heat tretament for one hour. Wood heating oil also increased significantly the weight and density of both wood species, while the mechanical properties were generally not significantly affected particularly at temperature no more than 100 C. Keywords: durability properties, mechanical properties, physical properties, subterranean termites, wood heating Abstrak Kayu yang berasal dari hutan atau lahan masyarakat pada umumnya berkualitas rendah. Oleh karena itu diperlukan aplikasi teknologi tepat guna dan ramah lingkungan agar kayu tersebut dapat diandalkan sebagai bahan bangunan yang baik dan tahan lama tanpa menimbulkan dampak lingkungan yang merugikan. Sehubungan dengan itu maka penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keawetan kayu setelah diberi perlakuan pemanasan dalam minyak serta mengetahui pengaruh proses pemanasan tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis kayu. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu kecapi (Sandoricum koetjape Merr) dan kayu rambutan (Nephelium spp). Pemanasan kayu dilakukan dalam limbah minyak goreng yang sudah disaring pada suhu 100 C, 150 C, dan 180 C dalam waktu satu dan dua jam. Selanjutnya keawetan kayu tersebut diuji dengan metode graveyard test (ASTM D 1758-96). Sifat fisis (penambahan berat dan kerapatan) serta sifat mekanis (MOR dan MOE) kayu juga diuji berdasarkan ASTM D 143. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemanasan 100 oC selama satu jam baik untuk meningkatkan keawetan kayu kecapi dan Rambutan dari rayap tanah. Pemanasan minyak 180 C satu jam juga menghasilkan sedikit peningkatan keawetan kayu 146 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 kecapi lebih tinggi dari hasil pemanasan 100 C. Pemanasan kayu dalam minyak juga meningkatkan secara nyata berat dan kerapatan kedua jenis kayu, sedangkan sifat mekanisnya secara umum tidak terpengaruh nyata terutama pada pemanasan yang tidak lebih dari 100 C. Kata kunci: pemanasan kayu, rayap tanah, sifat fisis, sifat keawetan, dan sifat mekanis. Pendahuluan Kebutuhan kayu terus meningkat terutama untuk bahan furniture dan bangunan. Di sisi lain pasokan kayu komersial berkualitas tinggi dari hutan alam semakin menurun dan harganya semakin mahal. Sehubungan dengan itu, berbagai upaya telah dilakukan untuk memenuhi pasokan kayu diantaranya dengan pengembangan hutan rakyat dan hutan tanaman. Rambutan dan kecapi merupakan jenis-jenis kayu yang sering diproduksi dari hutan rakyat. Kayu-kayu tersebut telah digunakan masyarakat untuk konstruksi, tetapi keawetan kayu tersebut tergolong rendah yaitu berkisar antara kelas awet III–V (Seng 1990). Kayu yang tidak awet memerlukan perlakuan pengawetan agar memiliki umur pakai yang relatif lama. Namun, menurut Syafii (2000) semua bahan sintetis yang digunakan dalam pengawetan kayu berpotensi mencemari lingkungan karena bersifat racun. Oleh karena itu dibutuhkan teknik peningkatan keawetan kayu yang lebih ramah lingkungan. Perlakuan minyak panas pada kayu potensial untuk dikembangkan dan diharapkan dapat meningkatkan keawetan kayu dari serangan organisme perusak, khusunya rayap tanah. Penggunaan limbah minyak goreng dalam peningkatan mutu kayu juga menjadi solusi bagi banyak restoran yang menghasilkan tidak kurang dari ± 33 750 liter/hari limbah minyak goreng (Windasari & Rosita 2008). Menurut Paul et al. (2005) modifikasi kayu melalui perlakuan pemanasan merupakan metode yang efektif dalam memperbaiki stabilitas dan daya tahan terhadap kerusakan yang disebabkan oleh jamur pembusuk. Modifikasi panas pada suhu tinggi (diatas 170 oC) dapat merubah sifat kimia komponen penyusun kayu (poliosa, selulosa dan lignin). Proses perlakuan panas memerlukan kondisi khusus seperti waktu dan temperatur serta tergantung jenis kayu. Wang dan Cooper (2005) juga melaporkan bahwa perlakuan panas dapat menurunkan sifat higroskopis dan memperbaiki stabilitas dimensi kayu. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keawetan, sifat fisis dan mekanis (MOE dan MOR) kayu kecapi dan rambutan sesudah diberi perlakuan minyak panas. Perlakuan pemanasan ini diharapkan dapat meningkatkan keawetan kayu sehingga umur pakai produk kayunya bisa meningkat. Secara tidak langsung, hal ini juga akan menekan konsumsi kayu dari hutan. Selain itu aplikasi teknik modifikasi kayu ini juga bisa menjadi alternatif pemanfaatan limbah minyak goreng yang sudah yang sudah tidak digunakan. Bahan dan Metode Kayu rambutan (Nephelium spp) dan kayu kecapi (Sandoricum koetjape Merr) diperoleh dalam bentuk log dari penggergajian di Bogor berdiameter ± 30 cm. Pembuatan contoh uji dan pengerjaan penelitian dilakukan di beberapa laboratorium di Departemen Hasil Hutan IPB. Semua contoh uji dalam berbagai ukuran sesuai jenis pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, dikeringkan terlebih dahulu dalam oven suhu 60 C selama 6 hari. Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 147 Limbah minyak goreng diperoleh dari restoran dan pedagang gorengan di sekitar kampus IPB Darmaga. Penyaringan limbah minyak goreng dengan beberapa lapis kain saring dilakukan sekali untuk membuang kotoran yang tercampur dalam minyak tersebut. Minyak goreng tersebut digunakan untuk memanaskan kayu di dalam oil bath yang dikontrol suhunya pada 100, 150, dan 180 C. Waktu pemanasannya adalah 1 dan 2 jam. Adapun contoh uji kontrol tidak diperi perlakuan pemanasan minyak. Setelah pemanasan minyak, kayu ditiriskan sampai tidak ada tetesan minyak. Sisa minyak di permukaan kayu dibersihkan dengan kain. Contoh uji kayu dioven kembali pada suhu 60 C selama 6 hari dan ditimbang sehingga peningkatan berat kayu dapat dihitung dengan rumus berikut: 𝐵= (𝑊2 − 𝑊1) 𝑥100 (𝑊1) Keterangan : B = Peningkatan berat contoh uji kayu (%) W1 = Berat kering contoh uji kayu sebelum pemanasan (g) W2 = Berat kering contoh uji setelah pemanasan (g) Uji lapang keawetan kayu menggunakan metode ASTM D 1758-96. Kedua jenis kayu berukuran (2x2x45,7) cm3 berjumlah 42 buah dengan jumlah ulangan pengujian tiga kali. Pengujian dilakukan di tanah terbuka yang bersih dari serasah dan sampah lainya serta tidak terganggu oleh aktivitas manusia (Gambar 1). Setiap contoh uji dibenamkan secara vertikal ke dalam tanah dengan kedalaman 23 cm dan berjarak 20 cm antar contoh uji, 30 cm antar baris. Evaluasi biodeteriorasi dilakukan setelah 12 minggu pengumpanan dengan menentukan nilai keawetan kayu yang diukur berdasarkan kriteria ASTM D 1758-96 pada Tabel 1. Pengujian kerapatan kayu dilakukan dengan cara mengukur dimensi dan berat kayu sebelum dan sesudah perlakuan pemanasan, lalu dihitung dengan rumus berikut: 𝜌= 𝑚 𝑉 𝑃= (𝜌2 − 𝜌1) 𝑥100% 𝜌1 Keterangan: ρ = Kerapatan (g cm-3) m = berat sampel (g) v = volume sampel (cm-3) P = Persentase peningkatan kerapatan (%) ρ1 = Kerapatan sampel sebelum diberi perlakuan (g cm-3) ρ2 = Kerapatan sampel sesudah diberi perlakuan (g cm-3) Tabel 1 Penilaian keawetan kayu Gambar 1 Uji lapang keawetan kayu kecapi dan rambutan. 148 Nilai 10 9 8 7 6 4 0 Kriteria contoh uji Utuh /tidak ada serangan Terserang 3% bagian melintang Terserang 3–10% bagian melintang Terserang 10–30% bagian melintang Terserang 30–50% bagian melintang Terserang 50–75% bagian melintang Terserang hebat sekali/hancur Sumber: ASTM D 1758-96 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Pengujian sifat mekanis mengacu pada ASTM D 143. Pengujian MOE dan MOR dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Instron. Contoh uji berukuran (41x2,5x 2,5) cm3, panjang bentang 37.5 cm. Nilai MOE dan MOR dihitung dengan rumus: 𝑃𝐿3 𝑀𝑂𝐸 = 4∆𝑌𝑏43 𝑀𝑂𝑅 = 3𝑃′𝐿 2𝑏ℎ2 Keterangan: MOE = Modulus elastisitas (kg/cm2) MOR = Modulus patah (kg/cm2) ΔP = Besarnya perubahan beban sebelum batas proporsi (kg) ΔY = Besarnya perubahan defleksi akibat perubahan beban P (cm) P’ = Beban maksimum (kg) L = Panjang bentang (cm) b = Lebar contoh uji (cm) h = Tebal contoh uji (cm) Rancangan acak lengkap digunakan dalam menganalisis pengaruh suhu pemanasan (100, 150, dan 180 0C) dan waktu pemanasan (satu jam dan dua jam) terhadap keawetan alami kayu serta sifat mekanisnya. Ulangan contoh uji untuk setiap perlakuan adalah 5 buah. Model persamaan yang digunakan (Matjik dan Sumertajaya 2002) adalah sebagai berikut: Yijk = μ + Ai + Bi + ABij + €ijk Keterangan: Yijk = Respon percobaan pada unit percobaan karena pengaruh taraf ke-j faktor B terhadap taraf ke-i faktor A pada ulangan ke-k μ = Rata-rata umum Ai = Pengaruh dari taraf ke-i faktor A (suhu pemanasan) Bj = Pengaruh dari taraf ke-j faktor B (waktu pemanasan) ABij = Pengaruh interaksi dari unit percobaan faktor A dan faktor B € = Galat percobaan Analisis ragam atau analysis of varience (ANOVA) dilakukan untuk mengetahui pengaruh perlakuan pemanasan terhadap keawetan dan sifat mekanis kayu. Nilai F-hitung yang diperoleh dari ANOVA tersebut dibandingkan dengan F-tabel pada selang kepercayaan 95% dengan kaidah keputusan: 1. Apabila F-hitung < F-tabel, maka perlakuan tidak memberikan pengaruh nyata terhadap pengujian keawetan dan mekanis kayu kecapi dan rambutan pada selang kepercayaan 95% 2. Apabila F-hitung > F-tabel, maka perlakuan memberikan pengaruh nyata terhadap pengujian keawetan dan mekanis kayu kecapi dan rambutan pada selang kepercayaan 95%. Apabila perlakuan memberikan pengaruh nyata atau sangat nyata terhadap keawetan dan mekanis maka dilakukan uji lanjut dengan menggunakan Duncan Multiple Range Test (DMRT). Hasil dan Pembahasan Keawetan kayu Hasil penelitian menunjukan bahwa kayu rambutan memiliki nilai keawetan yang lebih tinggi dibandingkan kayu kecapi. Hal ini terbukti dengan nilai serangan rayap pada kayu kecapi lebih tinggi daripada kayu rambutan. Nilai keawetan kayu kecapi mengalami peningkatan dari 4 (kontrol) menjadi 8 (setelah perlakuan pemanasan) sedangkan kayu rambutan mengalami peningkatan dari 7 (kontrol) menjadi 10 setelah perlakuan pemanasan (Gambar 2). Diduga zat ekstraktif kayu rambutan lebih bersifat racun dibanding Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 149 yang ada pada kayu kecapi. Sebagaimana dijelaskan oleh Wistara (2002) bahwa keawetan alami kayu terutama dipengaruhi oleh kadar ekstraktifnya. Meskipun tidak semua zat ekstraktif beracun bagi organisme perusak kayu, umumnya terdapat kecenderungan bahwa semakin tinggi kadar ekstraktif, keawetan alami kayu cenderung meningkat pula. Nilai keawetan Grafik pada Gambar 2 menunjukan pemanasan dalam minyak dapat meningkatkan nilai keawetan kayu kecapi dan kayu rambutan. Hal ini mengindikasikan rayap kurang suka terhadap kedua jenis kayu. Sebagaimana Hill (2006) menyatakan bahwa perlakuan pemanasan menyebabkan kayu kehilangan kandungan polisakarida. Dengan berkurangnya kandungan polisakarida tersebut sangat dimungkinkan kayu menjadi kurang disukai oleh rayap. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 jam 2 jam kontrol 100 150 180 kontrol 100 150 180 Rambutan Kecapi Suhu oC Gambar 2 Nilai keawetan kayu kecapi dan rambutan. (a) (b) Gambar 3 Kayu kecapi (a) dan kayu rambutan (b) yang terserang oleh rayap. 150 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 2 Rekapitulasi sidik ragam pengaruh suhu dan waktu terhadap nilai keawetan kayu kecapi dan kayu rambutan Jenis Kayu Kayu Kecapi Kayu Rambutan Tolak ukur Suhu Waktu Suhu*Waktu Suhu Waktu Suhu*Waktu Nilai tn * tn ** tn ** keawetan Keterangan: ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepercayaan 95 % * = Berbeda nyata pada selang kepercayaan 95 % tn = Tidak berbeda nyata pada selang kepercayaan 95 % Berdasarkan Tabel 2, hasil analisis sidik ragam pada selang kepercayaan 95% menunjukan bahwa pengaruh interaksi antara suhu dan waktu pemanasan terhadap nilai keawetan pada kayu kecapi dan rambutan adalah tidak nyata dan sangat nyata. Nilai keawetan kayu kecapi yang tertinggi pada pemanasan 180 C selama satu jam sedangkan nilai keawetan kayu rambutan yang tertinggi yaitu pada pemanasan 100 C (satu dan dua jam), 150 C selama dua jam, dan 180 C selama satu jam (Gambar 3). Selanjutnya hasil uji Duncan membuktikan bahwa pada kayu kecapi perlakuan waktu pemanasan yang dapat meningkatkan keawetan kayu yaitu selama satu jam, dengan persentase peningkatan nilai keawetan sebesar 57% dari kontrol (Tabel 3). Pengaruh suhu pemanasan pada kayu kecapi tidak berpengaruh nyata. Pemanasan yang paling efektif adalah suhu 100 C selama satu jam, walaupun pada suhu 180 C lebih tinggi nilai keawetannya (Gambar 2) tetapi hasil uji statistiknya tidak berbeda nyata. Berdasarkan hasil uji Duncan (Tabel 4) perlakuan pemanasan yang paling efektif untuk kayu rambutan yaitu pada suhu 100 C selama satu jam. Persentase peningkatan keawetan yang terjadi adalah 43% dibanding kontrol. Pemanasan kayu kecapi sampai suhu 180 C selama satu jam dan dua jam belum melindungi sepenuhnya kayu dari serangan rayap. Oleh karena itu perlu suhu yang lebih tinggi atau waktu pemanasan yang lebih lama. Hal ini mengindikasikan perlakuan tersebut lebih tidak disukai oleh rayap, namun perlu dilakukan uji lanjut apakah keberadaan minyak bersifat racun atau tidak terhadap rayap. Rayap yang ditemukan menyerang kayu kecpi dan rambutan (Gambar 4) tergolong genus Capritermes. Morfologi rayap ini yaitu pada bagian kepala tanpa proyeksi frontal, bagian tengah kepala melengkung ke dalam. Pada kepala terdapat bulu-bulu yang keras agak jarang dan letaknya tersebar. Bentuk mandibel sangat tidak simetris, dengan mandibel sebelah kiri sangat melengkung ditengah berbentuk seperti kait. Ujung dari mandibel sebelah kiri tidak melengkung (Gambar 5). Labrum lurus atau sedikit cembung, ujungnya tidak jelas dan sedikit pendek. Antenna terdiri dari 14 ruas dan fontanel menonjol keluar berbentuk kerucut (Nandika et al. 2003). Selain serangan rayap seluruh sampel terserang jamur tetapi hanya menyerang pada bagian kayu yang terbenam tanah (Gambar 6). Rata-rata 90% luas permukaan kayu terserang jamur, namun tidak menyebabkan kayu menjadi lunak. Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 151 Gambar 5 Mandibel rayap yang menyerang kayu kecapi dan kayu rambutan (perbesaran 20x). Gambar 4 Rayap kasta prajurit yang ditemukan menyerang kayu kecapi dan kayu rambutan. Tabel 3 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh faktor waktu terhadap nilai keawetan kayu kecapi Waktu (jam) Nilai Keawetan kontrol 4b 1 7a 2 4b Tabel 4 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh interaksi (suhu dan waktu) terhadap nilai keawetan kayu rambutan Waktu (jam) Nilai keawetan Suhu (C) Kontrol Kontrol 7b 100 1 10a 100 2 10a 150 1 5c 150 2 10a 180 1 10a 180 2 6c (a) (b) Gambar 6 Kayu kecapi (a) dan kayu rambutan (b) yang terserang jamur. 152 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 (a) (b) Gambar 7 Kayu kecapi sebelum (a) dan setelah diberi perlakuan pemanasan (b). Pengujian di lapangan dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti cuaca, kelembaban, dan suhu. Perubahan kondisi lingkungan menyebabkan perubahan perkembangan, aktivitas, dan perilaku rayap (Nandika et al. 2003). Menurut Tarumingkeng (2006), rayap tanah mempunyai perilaku yang salah satunya adalah kemampuan untuk bersarang di dalam kayu yang diserangnya, walaupun tidak ada hubungannya dengan tanah asalkan kayu tersebut lembab. Peningkatan berat kayu Pemanasan kayu dalam minyak menyebabkan peningkatan berat, hal ini mengindikasikan minyak masuk pada kayu. Menurut Forest Product Society (2002) menyatakan bahwa penggorengan kayu pada suhu sekitar 180–200 C menyebabkan zat ekstraktif yang mudah menguap dalam kayu mengalami penguapan sehingga bagian kayu yang kosong diisi oleh minyak goring. Dengan demikian berat kayu bertambah dan kerapatannya pun meningkat. Terlihat pada Gambar 7 warna kayu sebelum dan setelah perlakuan pemanasan berbeda. Peningkatan berat kayu secara rinci dapat dilihat pada Gambar 8. Rata-rata peningkatan berat kayu kecapi setelah diberi perlakuan pemanasan dalam minyak pada umumnya lebih besar dibandingkan kayu rambutan. Hal ini diduga masuknya minyak pada ronggarongga sel kayu rambutan lebih sulit, karena kayu rambutan memiliki BJ yang lebih tinggi (0.8–0.9) sedangkan kayu kecapi (0.4-0.5) (Seng 1990). Persentasi peningkatan berat yang paling besar pada kayu kecapi yaitu pada perlakuan pemanasan dengan suhu 180 C selama dua jam. Sedangkan untuk kayu rambutan persentasi penambahan berat paling besar pada perlakuan dengan suhu 150 C selama dua jam. Peningkatan berat kayu kecapi pada umumnya semakin tinggi dengan semakin tingginya suhu pemanasan. Pada Gambar 8 terlihat bahwa pemanasan selama dua jam menghasilkan penambahan berat kayu lebih tinggi dibandingkan pemanasan satu jam. Hal ini sesuai dengan pernyataan Coto dan Daud (2009) bahwa semakin lama waktu penggorengan semakin banyak jumlah minyak yang mengisi/ masuk ronggarongga sel kayu. Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 153 Peningkatan berat (%) 50 40 30 20 1 jam 10 2 jam 0 100 150 180 100 Kecapi 150 180 Rambutan Suhu oC Gambar 8 Peningkatan berat kayu kecapi dan kayu rambutan setelah perlakuan pemanasan. Kerapatan kayu Kerapatan kayu kecapi dan kayu rambutan sestelah perlakuan pemanasan dalam minyak meningkat. Gambar 9 menyajikan nilai perubahan kerapatan pada kayu kecapi dan kayu rambutan. Peningkatan kerapatan kayu kecapi berkisar antara 0,52–0,62 g cm-3. Demikian pula pada kayu rambutan peningkatan kerapatan yang terjadi antara 0,69–0,84 g cm-3. Persentasi perubahan kerapatan pada kayu kecapi lebih besar dibandingkan dengan kayu rambutan. Hal ini diduga karena BJ kayu kecapi relatif rendah, rongga/ poripori lebih besar sehingga minyak banyak yang masuk. Pemanasan kayu kecapi selama dua jam menghasilkan peningkatan kerapatan yang lebih tinggi daripada pemanasan satu jam. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya oleh Coto dan Daud (2009) bahwa pemanasan dalam minyak dapat meningkatkan kerapatan dan kekerasan kayu, menurunkan kadar air kesetimbangan, menurunkan tingkat perubahan dimensi, dan menurunkan laju perubahan kadar air. Semakin lama penggorengan, semakin tinggi kekerasan kayunya. Semakin lama penggorengan 154 semakin banyak minyak yang masuk mengisi rongga-rongga sel kayu sehingga kemampuan kayu untuk menahan tekanan yang diberikan semakin tinggi dan memperlambat kayu pecah atau retak ketika diberi tekanan. Sifat mekanis kayu (MOE dan MOR) Pemanasan kayu dalam minyak selama dua jam cenderung menurunkan nilai MOE terutama pada kayu kecapi. Nilai MOE pada kayu kecapi setelah diberi perlakuan panas dalam minyak berkisar antara 57 948 sampai 87 463 kg cm-2. Sedangkan nilai MOE kayu rambutan setelah pemanasan berkisar antara 101 023 sampai 122 946 kg cm-2. Gambar 10 menunjukan nilai MOE kayu kecapi dan kayu rambutan yang dipanaskan selama dua jam lebih rendah daripada yang dipanaskan selama satu jam kecuali pada suhu 100 C. Menurut Hill (2006), banyak penelitian yang menunjukan bahwa nilai MOE kayu sedikit meningkat setelah perlakuan pemanasan periode waktu yang pendek. Pemanasan kayu pada suhu sekitar 100200 C terbukti dapat meningkatkan berat kayu, MOE, stabilitas dimensi dan kekerasan kayu. Pada kisaran suhu J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 tersebut, hemiselulosa akan terdegradasi dan terjadi penataan ulang struktur amorf dari selulosa yang dapat menyebabkan derajat kristalinitas kayu meningkat, tetapi jika pemanasan dilanjutkan maka nilai MOE akan turun. Chang dan Keith (1978) dalam Hill (2006) juga melaporkan bahwa MOE kayu elm, beech, aspen, dan maple meningkat sedikit setelah pemanasan, namun perlakuan pemanasan dalam waktu panjang mengakibatkan nilai MOE menurun. Berdasarkan hasil penelitian ini nilai MOR nilai MOR kayu rambutan ada yang mengalami peningkatan setelah pemanasan, sedangkan pada kayu kecapi semua mengalami penurunan. Walau demikian secara statistik perlakuan pemanasan tersebut tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai MOR pada kayu kecapi maupun kayu rambutan (Gambar 11). Perubahan Kerapatan (%) 60 50 40 30 1 jam 20 2 jam 10 0 100 150 Kecapi 180 100 150 Rambutan 180 Suhu (C) Gambar 9 Perubahan nilai kerapatan kayu kecapi dan kayu rambutan setelah pemanasan. Nilai MOE (kg cm-2) 140000 120000 100000 80000 60000 1 jam 40000 2 jam 20000 0 kontrol 100 150 180 kontrol Kecapi 100 150 180 Rambutan Suhu oC Gambar 10 Modulus elastisitas ( MOE) kayu kecapi dan rambutan setelah pemanasan. Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 155 Nilai MOR (kg cm-2) 1400 1200 1000 800 600 1 jam 400 2 jam 200 0 kontrol 100 150 180 kontrol Kecapi Suhu oC 100 150 180 Rambutan Gambar 11 Modulus patah (MOR) kayu kecapi dan rambutan setelah pemanasan. Hasil uji beda rata-rata Duncan (Tabel 6) menujukan bahwa pengaruh pemanasan menurunkan nilai MOE pada kayu kecapi. Persentase penurunan nilai MOE pada kayu kecapi dengan pemanasan suhu 100 oC yaitu 5%, sedangkan untuk pemanasan suhu 150 oC dan 180 C yaitu 25%. Suhu pemanasan 100 C realtif lebih aman karena tidak menurunkan nilai MOE secara nyata. Hasil uji beda rata-rata Duncan (Tabel 7) menujukan bahwa pemanasan menurunkan nilai MOE pada kayu kecapi. Pengaruh waktu pemansan satu jam berbeda nyata dengan pemanasan dua jam. Persentase penurunan nilai MOE pada pemanasan satu jam yaitu 12% sedangkan pada pemanasan selama dua jam yaitu 25%. Semakin lama waktu pemanasan maka semakin rendah nilai MOE. Hasil uji Duncan pada Tabel 8 menunjukan interaksi (suhu dan waktu) tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap penurunan nilai MOE pada kayu rambutan kecuali pada suhu 100 oC selama satu jam. Persentase penurunan nilai MOE pada suhu 100 C selama satu jam yaitu 12%. Berdasarkan Tabel 9, 156 hasil uji lanjut Duncan menunjukan faktor perlakuan suhu tidak memberikan pengaruh nyata terhadap penurunan nilai MOR pada kayu rambutan, kecuali pada suhu 100 C dengan penurunan nilai MOR pada suhu 100 C sebesar 22%. Rekomendasi perlakuan pemanasan Perlakuan pemanasan kayu dalam minyak dapat meningkatkan nilai keawetan pada kayu kecapi dan kayu rambutan. Nilai keawetan kayu kecapi meningkat dari 4 (kontrol) menjadi 8 (setelah perlakuan pemanasan) sedangkan untuk kayu rambutan dari 7 (kontrol) menjadi 10 setelah perlakuan pemanasan. Perlakuan pemanasan kayu dalam minyak menurunkan nilai MOE dan MOR kayu, namun tidak nyata. Sifat mekanis kayu (MOE dan MOR) pada umumnya tidak terpengaruh secara nyata oleh perlakuan pemanasan kecuali pada nilai MOE kayu kecapi yang dipanaskan 180 C selama dua jam mengalami penurunan sebesar 25%. Perlakuan pemanasan untuk meningkatkan nilai keawetan pada kayu kecapi dan rambutan cukup dengan suhu J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 100 C selama satu jam. Perlakuan pemanasan pada suhu 100 C selama satu jam meningkatkan nilai keawetan pada kayu kecapi menjadi 7 serta hanya menurunkan nilai MOE sebesar 5-12%. Sama halnya dengan kayu rambutan pemanasan yang paling efektif yaitu pada suhu 100 C selama satu jam yang meningkatkan nilai keawetan menjadi 10. Tabel 5 Rekapitulasi sidik ragam pengaruh suhu dan waktu terhadap sifat mekanis kayu (MOE dan MOR) Jenis Kayu Kayu Kecapi Kayu Rambutan Tolak ukur Suhu Waktu Suhu*Waktu Suhu Waktu Suhu*Waktu MOE ** ** tn * tn ** MOR tn tn tn ** tn tn Keterangan: ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepercayaan 95 % * = Berbeda nyata pada selang kepercayaan 95 % tn = Tidak berbeda nyata pada selang kepercayaan 95 % Tabel 6 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh faktor suhu terhadap nilai MOE kayu kecapi Suhu (oC) MOE (kg cm-2) kontrol 92 327a 100 87 615a 150 68 691b 180 69 499b Tabel 7 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh faktor waktu terhadap nilai MOE kayu kecapi Waktu (jam) MOE (kg cm-2) kontrol 92 327a 1 81 492b 2 69 045c Tabel 8 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh faktor interaksi (suhu dan waktu) terhadap nilai MOE kayu rambutan Waktu (jam) MOE (kg cm-2) Suhu (C) kontrol kontrol 114 687b 100 1 101 023c 100 2 117 218b 150 1 122 964 ab 150 2 114 705b 180 1 117 296b 180 2 114 447b Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 157 Tabel 9 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh faktor suhu terhadap nilai MOR pada kayu rambutan Rataan nilai MOR (kg cm-2) Suhu (C) 0 1 167.05a 100 908.30b 150 1 184.85a 180 1 053.37ab Kesimpulan Perlakuan pemanasan minyak terbukti meningkatkan keawetan kayu kecapi dan rambutan. Nilai keawetan kayu kecapi meningkat dari 4 (kontrol) menjadi 8 setelah perlakuan pemanasan dalam minyak. Adapun peningkatan nilai keawetan kayu rambutan adalah dari 7 (kontrol) menjadi 10 setelah perlakuan pemanasan dalam minyak. Perlakuan pemanasan pada umumnya tidak mempengaruhi sifat mekanis kayu kecuali pada suhu tinggi (180 C selama dua jam) yang menurunkan nilai MOE kayu kecapi hingga 25%. Pemanasan pada suhu 100 C selama satu jam cukup baik diaplikasikan pada kayu kecapi dan kayu rambutan sehingga terjadi peningkatan keawetan kayu yang nyata dan tidak menurunkan sifat mekanisnya (MOE dan MOR). Daftar Pustaka Anonim. 2005. Semua Tentang Kayu [terhubung berkala]. http://www.W3.org/tentang kayu-files [7 Mei 2012]. [ASTM] American Society for Testing and Materials. 1996. Standard Test Method of Evaluating Wood Preservatives by Field Test with Stake. ASTM D 1758-96. USA. [ASTM] American Society for Testing Material. 2008. Annual Book of 158 ASTM Standard. Volume 04. 10. Wood. D 143. Section Four. USA. [Dephut] Departemen Kehutanan. 1999. Panduan kehutanan Indonesia. J Hutan Rakyat 7(1):18-19 [FPS] Forest Products Society. 2002. Enhancing the Durability of Lumber and Engineered Wood Products. Madison: Forest Products Society. [TIM ELSSPAT]. 1997. Pengawetan Kayu dan Bambu. Jakarta: Puspa Swara. Abdurachman, Hadjib N. 2006. Pemanfaatan Kayu Hutan Rakyat Untuk Komponen Bangunan [terhubung berkala]. www.dephut.go. id/files/Komp_Bangunan.pdf [5 Mei 2012]. Balfas J, Sumarni G. 1995. Keawetan kayu tusam (Pinus merkusii Jungh. el de Vr) dan mangium (Acacia mangium Will) setelah furfulisasi. J Penelitian Hasil Hutan 13(7):259265. Batubara R. 2006. Teknologi pengawetan kayu perumahan dan upaya pelestarian hutan [terhubung berkala]. http:// Library.usu. ac.id/download/06010040.pdf [7 Mei 2012]. Coto Z. 2005. Penurunan kadar air keseimbangan dan peningkatan stabilitas dimensi kayu dengan pemanasan dan pengekangan. Ju Ilmu Teknol. Kayu Tropis 3(1):27-31. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Daud M, Coto Z. 2009. Peningkatan sifat fisis dan mekanis kayu durian (Durio sp) dengan penggorengan. Simposium Forum Teknologi Hasil Hutan Bogor, 30-31 Oktober 2009. Djarwanto, Abdurrohim S. 2000. Teknologi pengawetan kayu untuk perpanjangan usia pakai. Buletin Kehutanan Perkebunan 1(2):159-172. Haygreen JG, Bowyer JL. 2003. Forest Products and Wood Science An Introduction Fourth Edition. Australia: Blackwell Publishing Professional. Heyne K. 1987. Tumbuhan berguna Indonesia. Yayasan Sarana Wana Jaya Jilid II. Koperasi Karyawan, Departemen Kehutanan. Jakarta. Heyne K. 1988. Tumbuhan berguna Indonesia. Yayasan Sarana Wana Jaya Jilid III. Koperasi Karyawan, Departemen Kehutanan. Jakarta. Hill C. 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes. West Sussex: John Wiley dan Sons. Iswanto AH. 2009. Perlakuan panas pada kayu [terhubung berkala]. repository.usu.ac.id/bitstream/.../1/08 E00915.pdf [7 Mei 2012]. Lensufiee, Tikno. 2008. Teknik Pengawetan Kayu. Jakarta: Erlangga. Martawijaya A, Barly, Permadi P. 2001. Pengawetan Kayu Untuk Barang Kerajinan. Bogor: Puslitbang Kehutanan. Martawijaya A, Kartasujana I, Kadir K, Prawira SA. 1981. Atlas Kayu Indonesia, Jilid I. Bogor: Balai Penelitian Hasil Hutan. Matjik AA, Sumertajaya IM. 2002. Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab Jilid I. Bogor: FMIPA IPB. Nandika D, Rismayadi Y, Diba F. 2003. Rayap: Biologi dan Pengendaliannya. Surakarta: Muhammadiyah University Press. Pasaribu G. 2008. Kajian Potensi dan Pemanfaatan Kayu Gerhan [terhubung berkala]. http: // bpk-aeknauli.org [7 Mei 2012]. Paul WM, Ohlmeyer H, Leithoff. 2005. Optimising the properties of OSB by a one-step heat pre-treatment process. Holz als Roh- und Werkstoff Journal 64:227-234. Seng OD. 1990. Berat Jenis dari JenisJenis Kayu Indonesia dan Pengertian Beratnya Kayu Untuk Keperluan Praktek. Pusat Riset dan Pengembangan Hasil Hutan. Departemen Kehutanan. Bogor Syafii W. 2000. Zat ekstraktif kayu damar laut (Hope spp) dan pengaruhnya terhadap rayap kayu kering Cryptotermes cynocephalus Light. Jurnal Teknologi Hasil Hutan 13(2):1-5. Tarumingkeng RC. 2001. Biologi dan Perilaku Rayap [terhubung berkala]. http://tumou.net/biologi_dan_perilaku _rayap.htm [25 Mei 2012]. Tarumingkeng RC. 2006. Bunga Rampai Jejak Langkah Kehidupan. Bogor: Fahutan IPB. Tsoumis SG. 1991. Science and Technology of Wood [Structure, Properties, Utilization]. New York: Van Nostramd Reinhold. Wang JY, Cooper PA. 2005. Effect of oil type temperature and time on moisture properties of hot oil-treated wood. Holz als Roh- und Werkstoff 63:417-422. Sifat Keawetan dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Kecapi (sandoricum koetjape merr) serta Kayu Rambutan (Nephelium spp) setelah Perlakuan Pemanasan Minyak sebagai Upaya Peningkatan Mutu Kayu Ramah Lingkungan Trisna Priadi, Silva D Maretha 159 Windasari WA, Rosita AF. 2008. Peningkatan kualitas minyak goreng bekas dari KFC dengan menggunakan adsorben karbon aktif [skripsi]. Semarang: Fakultas Teknik. Universitas Diponegoro. 160 Wistara IN. 2002. Ketahanan 10 jenis kayu tropis. J Teknologi Hasil Hutan 15(2):48-56. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 9 Februari 2015 Diterima (accepted): 15 April 2015 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Aktivitas Antirayap Ekstrak Daun Orthosiphon sp., Morinda sp., dan Carica sp. (Antitermitic Activities of Leaf Extracts of Orthosiphon sp., Morinda sp. and Carica sp.) Abdul Azis 1,2*, Tibertius A Prayitno2, Ganis Lukmandaru2, Tomy Listyanto2 1 Faculty of Forestry, State Universitas of Papua, Manokwari, Indonesia Faculty of Forestry, Gadjah Mada University,Yogyakarta, Indonesia 2 Penulis korespondensi: [email protected] Abstract Termites are the most aggresive wood-destroying agents and cause a lot of damage to houses. Prevention of termite attacks could be avoided by utilizing a natural preservative derived from plants. This study aims to (1) detect compounds contained in the extracts of the leaves of cat whiskers (Orthosiphon sp.), noni (Morinda sp.) and papaya (Carica sp.) as well as to determine the yield of extraction using different solvents (ethanol-toluene, hexane, ethyl acetate, ethanol and hotwater) (2) test and determine the repellent activity obtained from the extracts againts the dry-wood termite Cryptotermes sp. attacks. The active secondary metabolites were detected by the chemical reactions. Extract solutions dropped on filter papers and dried at 60 °C for 3 hours. The samples were tested to termites for 4 weeks. The results showed that the highest extract yield of cat whiskers, noni and papaya obtained from the extraction by hot-water : 27.8%, 26.71% and 34.06%, respectively. Lowest yield amounts were measured in the hexane soluble extract (cat whiskers: 4.40% and noni: 4.81%). By chemical reactions, the active compounds were detected in all plants except alkaloids. Alkaloids were detected mostly in papaya extract. The ethyl acetate soluble extract of papaya showed the lowest damaged level whereas highest termites mortality level was observed in ethanol soluble extract of noni. The ethyl acetate soluble extracts of papaya exhibited the consistency in good activities both to termites mortality and weight loss of tested materials so that it will be applicated to the next research with higher concentrations. Keywords : antitermite, Carica sp., Cryptotermes sp., leaf extracts, Orthosiphon sp., Abstrak Rayap adalah agen perusak kayu paling agresif dan menyebabkan banyak kerusakan pada perumahan. Pencegahan serangan rayap dapat dihindari dengan menggunakan bahan pengawet alami berasal dari tumbuhan. Penelitian ini bertujuan (1) mendeteksi senyawa yang terkandung dalam ekstrak daun kumis kucing (Orthosiphon sp.), mengkudu ( Morinda sp.) dan pepaya (Carica sp.) juga menentukan rendemen ekstrak menggunakan pelarut yang berbeda (etanol- toluena, heksana, etil asetat, etanol dan air panas) (2) menguji dan menentukan aktifitas menolak (repellent) yang diperoleh dari setiap ekstrak terhadap serangan rayap kayu kering (Cryptotermes sp.). Metabolit sekunder aktif dideteksi dengan reaksi kimia. Larutan ekstrak diteteskan pada kertas saring dan dikeringkan pada suhu 60°C selama 3 jam. Sampel diuji ke rayap selama 4 minggu. Hasil menunjukkan bahwa rendemen ekstrak tertinggi diperoleh dari ekstraksi dengan air panas kumis kucing, mengkudu dan pepaya yaitu : 27, 8%, 26,71% dan 34,06% secara berurutan. Rendemen ekstrak terendah diukur dalam ekstrak larut heksana (kumis kucing : 4,40% dan mengkudu : 4,81%). Dengan reaksi kimia, senyawa aktif dideteksi dalam semua tumbuhan kecuali alkaloid. Alkaloid dideteksi paling banyak dalam ekstrak pepaya. Ekstrak pepaya larut etil asetat menunjukkan tingkat kerusakan terendah sedangkan tingkat mortalitas rayap tertinggi diamati dalam ekstrak mengkudu larut etanol. Ekstrak pepaya larut etil asetat menunjukkan konsistensi Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 161 aktifitas yang bagus baik terhadap mortalitas rayap maupun pengurangan berat pada bahan yang diuji sehingga dengan demikian dapat diaplikasikan pada penelitian berikutnya dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Kata kunci : antirayap, Carica sp., Cryptotermes sp., ekstrak daun, Orthosiphon sp. Pendahuluan Rayap adalah perusak kayu paling utama dan menyebabkan banyak kerusakan pada bangunan rumah. Intensitas serangan dan besarnya kerusakan bangunan gedung akibat serangan rayap secara totalitas sangat besar (Nandika et al. 2003). Makanan rayap terutama adalah material berselulosa termasuk panel kayu, produk kertas, kanvas seni, karpet dan lain-lain (Sontannde 2011). Rayap memiliki kemampuan dalam pencernaan selulosa untuk memperoleh energi dan nutrisi dari sumber makanan yang miskin nutrisi seperti bahan tumbuhan lignoselulosa dan sisa berasal darinya yaitu kayu dan humus (Zhou et al. 2007). Salah satu jenis rayap yang berperan dalam kerusakan kayu adalah rayap kayu kering. Rayap kayu kering merupakan serangga yang serangannya seringkali baru diketahui setelah kayu yang diserang menjadi keropos tanpa adanya pecahan pada permukaannya. (Nandika et al. 2003). Serangan rayap dapat dihindari melalui teknologi pengawetan. Pengawetan kayu dapat dilakukan dengan menggunakan bahan pengawet sintetik dan alami. Pengawetan kayu dengan bahan alami lebih bersifat ramah lingkungan yang bahannya dapat diperoleh dari tumbuhantumbuhan. Tumbuh-tumbuhan telah terbukti menunjukkan sifat insektisida yang baik terhadap rayap (Verma et al. 2009). Abbas et al. (2013) menyatakan pula bahwa tumbuhan obat menunjukkan sifat aktifitas anti rayap yang sangat baik.Tumbuhan dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengawet alami karena mengandung bahan aktif seperti senyawa fenol (flavonoid dan tanin), terpenoid 162 (triterpenoid dan steroid), saponin serta alkaloid. Salah satu bagian tumbuhan yang dapat dimanfaatkan untuk memperoleh bahan baku insektisida atau termisida adalah daun. Pengendalian aktifitas rayap telah ditunjukkan dalam pemanfaatan ekstrak daun tumbuhan (Chieng et al. 2008, Oyedokun et al. 2011, Nisar et al. 2015), demikian pula aplikasinya pada kayu (Eller et al. 2010, Sotannde et al. 2011). Keterbatasan dan tidak tersedianya tumbuhan di tempat lain yang direkomendasikan berpotensi dalam pengendalian rayap, mendorong perlunya mencari alternatif tumbuhan lain penghasil bahan alami pengawet kayu. Masih banyak tumbuhan yang berpotensi sebagai sumber alami pengawet kayu yang perlu diteliti, di antaranya dengan memanfaatkan bagian daun tumbuhan kumis kucing (Orthosiphon sp.), pepaya (Carica sp.) dan mengkudu (Morinda sp.). Daun ketiga tumbuhan tersebut selama ini telah digunakan sebagai bahan obat tradisional oleh masyarakat (Kardono et al. 2003, Achmad et al. 2008) tetapi data mengenai sifat antirayapnya masih terbatas. Penelitian ini bertujuan mengetahui kandungan ekstrak dan metabolit sekunder daun kumis kucing, pepaya dan mengkudu menggunakan beberapa pelarut. Dari ekstrak yang diperoleh kemudian dilakukan uji toksisitas dan menentukan aktifitas repellent (penolak) ekstrak terhadap serangan rayap kayu kering Cryptotermes sp.. Manfaat dari penelitian ini agar dapat diperoleh ekstrak tumbuhan yang memiliki antirayap yang lebih baik J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 sehingga dapat diaplikasi pada penelitian selanjutnya menggunakan kayu. Bahan dan Metode Bahan tumbuhan Daun kumis kucing dibeli dari penyedia tumbuhan herbal di kota Solo. Daun pepaya dibeli dari petani yang berasal dari Lamongan dan daun mengkudu diperoleh di sekitar pemukiman di Surabaya. Daun segar dibersihkan dengan air dan dikeringkan dalam tanur energi matahari dengan suhu <50 °C selama 3 hari. Kemudian bagian tumbuhan tersebut dihaluskan menggunakan blender selanjutnya diayak hingga diperoleh serbuk lolos 60 mesh, selanjutnya serbuk daun dikeringudarakan. Penyiapan ekstrak Sebanyak 150 g serbuk masing-masing tumbuhan direndam dalam berbagai pelarut dengan rincian 90 g serbuk diekstraksi secara berurutan mulai dalam n-heksana, etil asetat dan selanjutnya etanol. Secara terpisah, 30 g diekstraksi dengan etanol-toluena (2:1 v/v), serta 30 g sisanya diekstraksi dengan air panas (aquades). Semua pelarut yang digunakan dengan grade teknis dan berada pada kondisi suhu ruangan atau suhu atmosfir, kecuali air panas. Serbuk daun yang direndam ditutup dalam wadah dan didiamkan di tempat gelap selama 48 jam. Seperti pelarut lainnya, setelah pencampuran serbuk dengan pelarut air, campuran segera dipanaskan dengan suhu 100 °C selama 20 menit. Perendaman dengan berbagai pelarut diulang 3 kali. Larutan ekstrak dipekatkan dengan rotary evaporator dan dipanaskan pada suhu 80 °C. Rendemen tiap-tiap ekstrak yang diperoleh melalui ekstraksi dengan berbagai pelarut dan kadar air serbuk tumbuhan ditentukan. Rendemen total ekstraksi bertingkat merupakan penjumlahan dari ekstrak n-heksana, etil asetat dan etanol daun kumis kucing, mengkudu dan pepaya. Deteksi metabolit sekunder dengan reaksi kimia Ekstrak yang dihasilkan dari berbagai pelarut kemudian dikarakteristik dengan identifikasi metabolit sekunder dengan reaksi kimia (Harborne, 1987) untuk mengetahui kandungan senyawa bioaktif yaitu alkaloid (uji Meyer), saponin (uji buih), flavonoid (uji NaOH 1% dan HCl 1%), tanin (uji FeCl3 1%), dan steroid (uji H2SO4 pekat). Parameter uji lainnya adalah deteksi karbohidrat (uji Molisch). Pelarutan ekstrak untuk uji antirayap Untuk melarutkan berbagai ekstrak digunakan pelarut yang sesuai dengan sifat kepolarannya. Pelarut yang digunakan adalah campuran etanol dan etanol-toluena (1:1 v/v) untuk melarutkan ekstrak etanoltoluena, campuran n-heksana dan etil asetat (1:1 v/v) untuk melarutkan ekstrak baik n-heksana maupun etil asetat, campuran etanol dan air (1:1 v/v) untuk melarutkan ekstrak etanol juga ekstrak air panas, serta campuran air, etil asetat dan etanol (0,2:8:1,8 v/v) untuk melarutkan ekstrak gabungan ekstrak n-heksana, etil asetat dan etanol. Sebanyak 0,05 g masing-masing ekstrak kering yang Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 163 dihasilkan melalui ekstraksi dari berbagai pelarut yang diperoleh dari penelitian sebelumnya dilarutkan dalam 10 ml pelarut sehingga dihasilkan larutan dengan konsentrasi 0,5% (w/v). Ekstrak gabungan yang terdiri dari ekstrak n-heksana, etil asetat dan etanol yang masing-masing sebanyak 0,05 g dilarutkan dalam 30 ml pelarut sehingga menghasilkan konsentrasi 0,5% ekstrak bertingkat/berurutan. dalam wadah terdapat rayap saja (kontrol tanpa makanan). Uji rayap Rayap kayu kering Cryptotermes sp. diperoleh dari peternak rayap yang khusus menyediakannya untuk penelitian. Pengujian ekstrak tumbuhan terhadap serangan rayap kayu kering Cryptotermes sp. di laboratorium mengacu pada D 3345 - 74 (ASTM, 2005), Wahyudi et al. (2012) dan Maranhao et al. (2013) yang telah dimodifikasi. Impregnasi dengan cara meneteskan 200 μL larutan ekstrak pada masing-masing sampel uji (kertas saring). Impregnasi 200 μl juga dilakukan baik pada pelarut maupun larutan tektokinon pada setiap sampel kontrol yang sesuai. Sampel dikeringudarakan selama 24 jam lalu dikering-oven pada suhu 60 °C selama 3 jam. Selanjutnya sampel dimasukkan dalam desikator selama 10 menit dan ditimbang untuk memperoleh berat sebelum diumpankan (Ba). Setiap sampel dimasukkan ke dalam tiap wadah (Gambar 1). Penyiapan sampel kertas Penelitian ini menggunakan kertas saring (ukuran no. 1) sebagai sampel yang berukuran (4x4) cm2 yang mencakup sampel uji dan kontrol. Sampel uji merupakan sampel yang diberikan ekstrak tumbuhan. Sampel kontrol yang digunakan terdiri dari sampel (1) yang hanya diberikan pelarut, (2) tanpa pelarut atau hanya kertas saring dan (3) dengan senyawa tektokinon (2 metil antrakinon, Kanto Chemical) sebagai kontrol positif. Selain itu, dibuat pula kontrol yang tidak menggunakan kertas saring, dimana di Lubang wadah 7,27 cm Raya p Sampel kertas 4,50 cm Gambar 1Skema uji anti rayap kayu kering ekstrak daun kumis kucing, mengkudu, dan pepaya. 164 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Sebanyak 25 ekor nimfa rayap kayu kering yang sehat dan aktif dimasukkan ke dalam wadah-wadah tersebut. Dipersiapkan pula kontrol dengan jumlah rayap yang sama dimasukkan ke dalam tiap wadah tanpa kertas saring (kontrol tanpa makanan). Kemudian wadah tersebut disimpan di ruang gelap selama 28 hari. Pengamatan dilakukan terhadap sejumlah individu rayap yang mati serta suhu dan kelembaban udara setiap hari. Pada akhir pengamatan, sampel dipisahkan dari rayap yang tersisa dan dibersihkan selanjutnya dikering-oven pada suhu 60 °C selama 3 jam. Sampel dimasukkan dalam desikator selama 10 menit dan ditimbang untuk memperoleh berat setelah diumpankan (Bb) untuk mengetahui pengurangan bobot akibat serangan rayap dan derajat kerusakannya. Hasil dan Pembahasan Rendemen ekstrak Hasil pengukuran rendemen disajikan dalam Gambar 2. Dari pelarut etanoltoluena, n-heksana, etil asetat, etanol dan air panas yang digunakan, rendemen ekstrak daun kumis kucing, mengkudu dan pepaya tertinggi diperoleh dari ekstraksi menggunakan air panas secara berturutturut yaitu 27,79, 26,71 dan 34,06%. Rendemen ekstrak kumis kucing dan mengkudu adalah terendah dalam ekstraksi bertingkat menggunakan nheksana yaitu 4,40% dan 4,81% secara berurutan. Rendemen ekstrak pepaya terendah diukur dalam ekstraksi menggunakan etil asetat (5,46%). Dalam ekstraksi dengan etanol-toluena, rendemen ekstrak tertinggi (24,72%) diperoleh dari daun mengkudu. Daun pepaya menunjukkan rendemen ekstrak tertinggi (34,06%) dalam ekstraksi dengan air panas. Dalam ekstraksi bertingkat, nilai total ekstrak pepaya yang diperoleh lebih tinggi, diikuti oleh mengkudu dan kumis kucing. Secara keseluruhan, ekstrak air panas menunjukkan rendemen tertinggi dibandingkan dengan ekstrak per jenis pelarut (heksana, etil asetat dan etanol), gabungan dari beberapa pelarut (etanoltoluena) dan gabungan ekstrak dari ekstraksi bertingkat). Nilai rendemen ekstrak yang diperoleh dari penelitian ini dapat dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Rendemen ekstrak air dan heksana kumis kucing yang diperoleh dengan ekstraksi pada temperatur 40 °C dengan waktu ekstraksi 4 jam menggunakan ekstraksi cair padat berturut-turut adalah 33,69 dan 3,08% (Razak et al. 2012). Ekstraksi menggunakan air panas dan etil asetat terhadap daun pepaya menghasilkan rendemen sebesar 25,51 dan 14, 97% (Anjum et al. 2013). Dalee et al. (2015) melakukan ekstraksi dengan perendaman pada suhu 40 °C selama 2 hari diperoleh rendemen ekstrak air dan heksana daun mengkudu yaitu ±4% dan 3% secara berurutan. Besarnya rendemen ekstrak bervariasi dipengaruhi oleh modifikasi suhu dan waktu ekstraksi. Rendemen ekstrak yang tinggi dapat diperoleh dengan ekstraksi menggunakan air panas, namun sebaliknya bila menggunakan heksana dan etil asetat sebagai pelarut. Rendemen ekstrak lebih maksimal dapat diperoleh dengan melakukan ekstraksi menggunakan gabungan pelarut atau dengan cara ekstraksi berturut-turut (bertingkat) dengan polaritas yang berbeda. Ekstraksi ini dapat menyamai hasil ekstraksi dengan etanol-toluena namun belum dapat menyamai hasil ekstraksi menggunakan air panas. Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 165 40 Rendemen ekstrak (%) 35 30 25 20 15 10 n-heksana (B) etil asetat (C) etanol (D) Ppy Kk Mkd Ppy Mkd Kk Ppy Kk Mkd Ppy Mkd Kk Ppy Kk Mkd Ppy Mkd 0 Kk 5 bertingkat (B,C,D) etanol toluene air panas (E) (A) Ekstraksi daun dengan pelarut Keterangan : Kk : Kumis kucing; Mkd : Mengkudu; Ppy : Pepaya Gambar 2 Rendemen ekstrak dari berbagai pelarut. B,C,D adalah total dari nilai rendemen ekstraksi bertingkat menggunakan pelarut mulai dari heksana, etil asetat dan etanol tiap tumbuhan. Deteksi metabolit sekunder dengan reaksi kimia Ekstrak daun pepaya menunjukkan hasil yang positif untuk senyawa flavonoid, saponin, tanin, alkaloid, steroid dan karbohidrat. Semua senyawa yang diujikan kecuali alkaloid tidak ditunjukkan dalam ekstrak daun kumis kucing dan mengkudu.Dari ketiga ekstrak tumbuhan, etanol-toluena dapat melarutkan semua senyawa yang diujikan. Heksana dapat mengekstrak senyawa steroid, saponin dan karbohidrat. Saponin, tanin, alkaloid, steroid dan karbohidrat terdeteksi dengan pelarut etil asetat. Etanol dapat melarutkan semua senyawa kecuali steroid. Sementara itu semua senyawa dapat larut dalam air panas kecuali alkaloid dan steroid. Menurut kelimpahannya, flavonoid terdeteksi banyak dalam ekstrak etanol dan air panas daun kumis kucing. Saponin 166 dalam ekstrak air panas dan etanol-toluena daun pepaya serta dalam ekstrak air panas daun kumis kucing. Steroid dalam ekstrak heksana dan etil asetat. Karbohidrat dalam ekstrak etanol dan etanol-toluena (Tabel 1). Kardono et al. (2003) menyebutkan kandungan kimia yang terdapat dalam pepaya adalah alkaloid, flavonoid, saponin, dan tanin. Sebelumnya, Azis et al. (2013) melaporkan alkaloid dan triterpenoid tidak terdeteksi dalam analisis fitokimia ekstrak etanol kumis kucing. Mengkudu dilaporkan Sahoo et al. (2012) mengandung saponin, flavonoid, tanin, steroid, triterpenoid, alkaloid dan karbohidrat dalam ekstrak daun dan batang. Terdapatnya bahan-bahan aktif dalam ekstrak tumbuhan memungkinkan aplikasinya pada penelitian pengujian antirayap. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 1 Deteksi metabolit sekunder dengan reaksi kimia ekstrak daun tumbuhan Ekstrak Daun Kumis Kucing Daun Mengkudu Daun Pepaya Etanol toluene Heksana Etil asetat Etanol Air panas Etanol toluene Heksana Etil asetat Etanol Air panas Etanol toluene Heksana Etil asetat Etanol Air panas Fitokimia Flavonoid Saponin Tanin Alkaloid Steroid Karbohidrat ++ + ++ - ++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ +++ ++ ++ ++ - +++ +++ - + ++ ++ ++ ++ ++ - - +++ ++ ++ ++ ++ +++ ++ ++ ++ - ++ +++ - ++ +++ ++ ++ +++ ++ ++ ++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ - +++ +++ - + ++ ++ Keterangan : “-” : tidak ada; “+” : sedikit; “++” : sedang; “+++” : banyak Aktifitas anti rayap Mortalitas rayap Nilai mortalitas rayap setelah 28 hari disajikan dalam Gambar 3. Mortalitas rayap tertinggi ditunjukkan mulai dari ekstrak etanol daun mengkudu (34%) menyusul ekstrak etil asetat pepaya (32%) dan ekstrak heksana kumis kucing (30%). Semua ekstrak yang diujikan menunjukkan tingkat mortalitas yang lebih tinggi daripada kontrol kecuali ekstrak air panas kumis kucing (9,33%), mengkudu (10%), pepaya (6%) dan ekstrak etanol pepaya (9%). Dibandingkan dengan bahan aktif tektokinon, ekstrak larut etanol mengkudu dan etil asetat pepaya menunjukkan mortalitas terhadap rayap yang tidak jauh berbeda. Rendahnya nilai mortalitas yang diperoleh berkaitan dengan rendahnya konsentrasi yang digunakan dalam eksperimen ini. Ekstrak gabungan kumis kucing dari ekstraksi bertingkat menunjukkan mortalitas yang lebih rendah (10%) daripada ekstrak tunggal baik heksana, etil asetat maupun etanol serta etanol-toluena. Ekstrak gabungan pada mengkudu (24%), mortalitas rayap lebih rendah daripada ekstrak etanol (34%) tapi lebih tinggi daripada ekstrak lainnya. Ekstrak gabungan pada pepaya (21,33%) menunjukkan mortalitas lebih rendah daripada ekstrak etil asetat (32%) dan etanol-toluena (25,33%) tapi lebih tinggi daripada ekstrak lainnya. Gabungan ekstrak menurunkan aktifitas mematikan rayap pada beberapa ekstrak yang diperoleh dari ekstraksi bertingkat pada ketiga tumbuhan, namun sebaliknya dapat meningkatkan aktifitas ekstrak lainnya yang lebih rendah seperti yang ditemukan pada mengkudu dan pepaya. Secara keseluruhan tingkat mortalitas rayap pada perlakuan dengan ekstrak daun kumis kucing mulai terjadi pada hari ke-1 hingga ke-5, pada mengkudu mulai hari ke-1 dan pepaya mulai hari ke-1 hingga Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 167 hari ke-2 (Gambar 4). Sementara kontrol berkisar dari hari ke-1 hingga hari ke-17. Pendeknya kisaran hari perlakuan ekstrak dibandingkan kontrol mengindikasikan bahwa ekstrak terdiri atas bahan-bahan aktif yang bersifat antirayap. Mortalitas rayap yang ditunjukkan oleh ekstrak etanol mengkudu hampir menyamai kontrol tektokinon. Terdapatnya karbohidrat diduga dapat mempengaruhi rendahnya aktifitas antirayap pada kebanyakan ekstrak meskipun dalam ekstrak gabungan terjadi akumulasi berbagai bahan aktif (Tabel 1). Meskipun jenis bahan aktif sedikit dan karbohidrat yang tinggi pada ekstrak etanol mengkudu, tingkat mortalitas rayap yang ditunjukkan tertinggi daripada ekstrak lainnya. Dilihat dari kandungan kimianya, mortalitas rayap diduga mungkin dipengaruhi oleh kondisi atau perilaku individu rayap yang diujikan. Tingginya mortalitas rayap pada ekstrak etil asetat daun pepaya didukung oleh hampir terdeteksinya bahan aktif kecuali flavonoid dan sedikitnya karbohidrat yang ditemukan. Nilai mortalitas rayap baik pada ekstrak etil asetat pepaya, heksana kumis kucing maupun etanol mengkudu menunjukkan kemiripan satu dengan lainnya. Ini diduga ekstrak-ekstrak tersebut memiliki kesamaan kandungan saponin. Bioaktifitas ekstrak berhubungan dengan kandungan zat biokimianya seperti fenol (Pandey et al. 2012, Maranhão et al. 2013), triterpenoid (Harborne 1987), steroid (Golpayegani et al. 2014), alkaloid (Hu et al. 2014) dan saponin (Deore & Khadabadi 2009, Edewor et al. 2009). Saponin telah dilaporkan oleh Shah dan Sadiq (2014) memiliki aktifitas antirayap dengan menunjukkan mortalitas yang tinggi. Mortalitas rayap yang tinggi 168 dibandingkan dengan kontrol, ini disebabkan ekstrak daun kumis kucing memiliki zat yang bersifat antirayap (Azis et al. 2013) dan larvasida (Kovendan 2012). Penelitian sebelumnya menunjukkan ekstrak daun mengkudu memiliki aktifitas antibakteri, antijamur (Sahoo et al. 2012) dan sitotoksis (Kumar & Santhi 2012). Ekstrak daun pepaya menunjukkan aktifitas antibakteri, antijamur (Baskaran 2012) dan larvasida (Sesanti et al. 2014, Wahyuni 2015). Oleh karena itu penentuan senyawa yang potensial dalam ketiga daun tersebut perlu dieksplorasi lebih lanjut. Pengurangan kerusakan berat dan derajat Pengurangan/ kehilangan berat sampel terendah lebih banyak ditunjukkan dalam penggunaan ekstrak daun pepaya (Gambar 5). Kehilangan berat terendah ditunjukkan oleh ekstrak etil asetat pepaya (12,08%) menyusul ekstrak etanol-toluena (15,16%) dan heksana pepaya (15,68%). Semua ekstrak menunjukkan kehilangan berat sampel yang lebih rendah daripada kontrol (pelarut campuran etanol dan etanoltoluena : 31,46%; campuran heksana dan etil asetat : 32,24%; etanol dan air : 33,57%; air, etil asetat dan etanol : 28,29% dan kertas saring tanpa pelarut : 25,06%). Senyawa tektokinon (kontrol positif) menunjukkan kehilangan berat paling rendah (5,06%). Penggunaan ekstrak etil asetat daun pepaya menunjukkan derajat kerusakan terendah dengan tingkat serangan berat (37,46%) dan tertinggi pada penggunaan ekstrak air panas kumis kucing dengan tingkat serangan sangat berat (94,71%) ditunjukkan dalam Gambar 6. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 40 35 Mortalitas (%) 30 25 20 15 10 0 KET EET KH HEa KEa HEa KE EA KAp EA KHEaE AEaE MET EET MH HEa MEa HEa ME EA MAp EA MHEaE AEaE PET EET PH HEa PEa HEa PE EA PAp EA PHEaE AEaE NP TQ NK 5 Ekstrak Keterangan : K : Kumis kucing; M : Mengkudu; P : Pepaya; ET : etanol toluene; H : heksana; Ea : etil asetat; E : etanol; Ap : air panas; A : Air; HEaE : gabungan heksana, etil asetat, etanol; NP : kertas saring tanpa pelarut; NK : rayap tanpa makanan (kertas saring); TQ : kertas saring dengan tektokinon Gambar 3. Mortalitas rayap dari berbagai ekstrak. A B C D Hari Gambar 4. Mortalitas rayap perhari dari ekstrak daun kumis kucing (A), daun mengkudu (B), daun pepaya (C), dan kontrol (D). Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 169 Ekstrak gabungan dapat menghambat namun juga dapat meningkatkan pengurangan berat seperti yang tampak jelas ditunjukkan pada ekstrak pepaya. Ekstrak gabungan lebih bersifat menetralisir daya antirayap tertinggi dan terendah sehingga terjadi keseimbangan aktifitas (daya antirayap sedang). Pengurangan berat terendah ditunjukkan oleh ekstrak etil asetat pepaya, ini menunjukkan adanya zat yang bersifat menolak yang terdapat dalam kandungan ekstraknya seperti halnya dalam pembahasan mortalitas sebelumnya. Menyusul ekstrak etanol-toluena yang lebih menyeluruh dengan bahan aktifnya namun sifat antirayapnya berkurang yang diduga karena tingginya kandungan karbohidrat. Selanjutnya disusul oleh ekstrak heksana yang diduga hanya terdiri atas senyawa aktif berupa steroid, walaupun demikian sifat antirayapnya lebih baik karena sedikit dideteksi karbohidrat dalam ekstrak. Ketiga ekstrak pepaya tersebut memiliki nilai mortalitas yang hampir sama. Dilihat dari kandungan metabolit sekundernya, mereka sama-sama terdeteksi steroid di dalamnya (Tabel 1) yang diduga memberikan daya sifat antirayap yang sama. Steroid memiliki aktifitas antirayap (Golpayegani et al. 2014) dan penolak serangga (Harborne 1987). Pada konsentrasi yang sama tapi bukan dalam ekstraksi bertingkat, ekstrak etanol daun kumis kucing menunjukkan 170 kehilangan berat lebih rendah (2,71%) dibandingkan dengan kontrol (37,86%) (derajat kerusakan berkisar mulai dari ringan hingga berat). Dibandingkan kontrol, baik mortalitas maupun kehilangan berat menunjukkan hubungan yang berlawanan. Bila mortalitas rayap naik, maka kehilangan berat menjadi berkurang. Ini disebabkan oleh semakin besar jumlah rayap yang mati maka pada saat yang bersamaan sumber selulosa sebagai makanannya mengalami perlambatan dalam pengurangan berat. Perlambatan pengurangan berat juga diduga disebabkan oleh kemampuan atau selera makan rayap berkurang karena adanya sifat menolak serangga oleh ekstrak (Azis et al. 2013). Penggunaan bahan tumbuhan sebagai antirayap dalam mengurangi kehilangan massa material berselulosa telah dilaporkan oleh Eller et al. (2010), Sotannde et al. (2011), Djenontin et al. (2012), Tascioglu et al. (2012), serta Shiny dan Remadevi (2014). Hampir semua ekstrak menunjukkan sifat antirayap yang lebih baik daripada kontrol. Ekstrak terbaik yang dapat direkomendasikan untuk penelitian atau aplikasi selanjutnya adalah ekstrak etil asetat pepaya yang memiliki keunggulan baik terhadap mortalitas rayap maupun pengurangan berat. Penelitian lanjutan perlu dipertimbangkan untuk konsentrasi yang lebih tinggi sehingga nilai mortalitas rayap menjadi lebih tinggi. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 40 Pengurangan berat (%) 35 30 25 20 15 10 NP TQ PHEaE AEaE PAp EA PE EA PEa HEa PH HEa PET EET MHEaE AEaE MAp EA ME EA MEa HEa MH HEa MET EET KHEaE AEaE KAp EA KE EA KEa HEa KH HEa 0 KET EET 5 Ekstrak Gambar 5 Pengurangan berat sampel pada berbagai ekstrak daun tumbuhan yang diujikan ke rayap kayu kering 100 90 Derajat kerusakan (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ekstrak Keterangan : skala derajat kerusakan : tanpa serangan: 0 ; ringan: ≤10; sedang: 11-30; berat: 31-60; sangat berat: ≥61 (Hadikusumo, 2004) Gambar 6. Derajat kerusakan sampel dari berbagai ekstrak daun tumbuhan yang diujikan Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 171 Kesimpulan Rendemen ekstrak tertinggi daun kumis kucing, mengkudu dan pepaya diperoleh dari ekstraksi dengan air panas secara berturut-turut adalah 27,8%, 26,71% dan 34,06%. Rendemen terendah dalam ekstraksi dengan heksana (kumis kucing : 4,40% dan mengkudu : 4,81%). Deteksi senyawa menunjukkan senyawa aktif dalam semua tumbuhan kecuali alkaloid. Alkaloid hanya terdeteksi dalam ekstrak pepaya. Tingkat mortalitas rayap tertinggi diamati dalam ekstrak etanol mengkudu (34%) menyusul ekstrak etil asetat pepaya (32%) dan ekstrak heksana kumis kucing (30%). Pengurangan berat terendah lebih banyak ditunjukkan oleh penggunaan ekstrak pepaya. Kehilangan berat terendah ditunjukkan oleh ekstrak etil asetat (12,08%) menyusul, etanol-toluena (15,16%) dan heksana (15,68%). Ekstrak gabungan lebih bersifat menetralisir daya antirayap tertinggi dan terendah sehingga terjadi keseimbangan aktifitas (daya antirayap sedang). Ekstrak etil asetat pepaya menunjukkan aktifitas antirayap yang kuat baik terhadap mortalitas rayap dan pengurangan berat bahan yang diujikan. Daftar Pustaka Abbas M, Shahid M, Iqbal M, Anjum F., Sharif S, Ahmed S, Pirzada T. 2013. Antitermitic Activity and Phytochemical Analysis of Fifteen Medicinal Plant Seeds. J Medicinal Plants Res. 7(22): 1608-1617. Achmad SA, Hakim EH, Makmur L, Syah YN, Juliawaty LD, Mujahidin D. 2008. Ilmu Kimia dan Kegunaan. 172 Tumbuh-Tumbuhan Obat Indonesia. Jilid I. Bandung: Penerbit ITB. pp235273 Anjum V, Ansari SH, Naquvi KJ, Arora P, Ahmad A. 2013. Development of Quality Standards of Carica papaya Linn. Leaves. Der Pharmacia Lettre 5 (2):370-376 ASTM. 2005. Annual Book of ASTM Standards.. United States: ASTM International. pp213-453 Azis A, Prayitno TA, Hadikusumo SA, Santoso M. 2013. Uji Ekstrak Etanol Kumis Kucing (Orthosiphon sp.) sebagai Pengawet Alami Kayu. J Ilmu Kehutanan 7(1): 48-56 Baskaran C, Bai VR, Velu S & Kumaran K. 2012. The Efficacy of Carica papaya Leaf Extract on Some Bacterial and A Fungal Strain by Well Diffusion Method. Asian Pacific J Tropical Disease : S658-S662 Chieng TC, Assim ZB, Fasihuddin BA.. 2008. Toxicity and Antitermite Activities of The Essential Oils from Piper sarmentosum. Malaysian J Analytical Sci. 12(1): 234-239 Dalee AD , Ya N, Sali K, Hayeeyusoh N, Hajiwangoh Z, Saleh P. 2015. Synergistic Effect of Local Guava, Noni, Carambola and Kariyat Extracts and Tetracycline in Inhibiting The Growth of Escherichia coli and Salmonella sp., Clinically Isolated from Yingo Hospital, Narathiwat Province, South Thailand. Proceeding of International Conference on Research, Implementation and Education of Mathematics and Sciences 17-19 May 2015, Yogyakarta State University, Deore SL, Khadabadi SS.. 2009. Larvicidal Activity of The Saponin J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Fractions of Chlorophytum borivilianum santapau and Fernandes. J Entomol. Nematol. 1(5): 064-066. Djenontin TS, Amusant N, Dangou J, Wotto DV, Avlessi F, DahouénonAhoussi E, Lozano P, Pioch D, Sohounhloué KCD. 2012. Screening of Repellent, Termiticidal and Preventive Activities on Wood, of Azadirachta indica and Carapa procera (Meliaceae) Seeds Oils. ISCA J Biol. Sci. 1(3): 2529 Edewor TI, Ibikunle GJ, Usman LA. 2009. Phytotoxic and Antimicrobial Screening of Saponin Isolated from Ethanolic Leaf Extract of Xylopia aethipioca. Sci. Focus 14(4): 507 - 512. Eller FJ, Clausen CA, Green F, Taylor SL. 2010. Critical Fluid Extraction of Juniperus virginiana L. and Bioactivity of Extracts Against Subterranean Termites and Wood-rot Fungi. Industrial Crops Prod.: 481–485 Golpayegani AS, Thévenon MF, Gril J, Masson E, Pourtahmasi K. 2014. Toxicity Potential in The Extraneous Compounds of White Mulberry Wood (Morus alba). Maderas. Ciencia y tecnología 16(2): 227-238 Hadikusumo SA. 2004. Pengawetan Kayu. Yogyakarta: Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada. Harborne JB. 1987. Metode Fitokimia. Penuntun Cara Modern Menganalisis Tumbuhan. Terbitan Kedua. Bandung: Penerbit ITB. pp 47-269 Hu J, Shi X, Chen J , Mao X , Zhua L, Yu L, Shi J. 2014. Alkaloids from Toddalia asiatica and Their Cytotoxic, Antimicrobial and Antifungal Activities. Food Chem: 437–444 Kardono LBS, Artanti N, Dewiyanti ID, Basuki T, Padmawisata K. 2003. Selected Indonesian Medical Plants. Monographs dan Descriptions. Volume I. Jakarta: Penerbit Grasindo. Pp167182 Kovendan K, Murugan K, Vincent S, Barnard DR. 2012. Mosquito Larvicidal Properties of Orthosiphon thymiflorus (Roth) Sleesen. (Family: Labiatae) Against Mosquito Vectors, Anopheles stephensi, Culex quinquefasciatus and Aedes aegypti (Diptera: Culicidae). Asian Pacific J Trop. Med.: 299-305 Kumar DJ, Santhi RJ. 2012. Antioxidant and Cytotoxic Effects of Hexane Extract of Morinda pubescens Leaves in Human Liver Cancer Cell Line. Asian Pacific J Trop. Med.: 362-366 Maranhão CA, Pinheiro IO, Santana ALBD, Oliveira LS, Nascimento MS, Bieber LW. 2013. Antitermitic and Antioxidant Activities of Heartwood Extracts and Main Flavonoids of Hymenaea stigonocarpa Mart. International Biodeterioration & Biodegradation 79 : 9-13 Nandika D, Rismayadi Y, Diba F. 2003. Rayap. Biologi dan Pengendaliannya. Editor Harun Joko P. Surakarta: Universitas Muhammadiyah 10-124 Nisar MS, Ahmed S, Riaz MA, Hussain A. 2015. The Leaf Extracts of Dodonaea viscosa Have A Detrimental Impact on Tunneling and Midgut Enzyme Activities of Odontotermes obesus. Int. J. Agric. Biol. 17: 313‒319 Oyedokun AV, Anikwe JC, Okelana FA, Mokwunye IU, Azeez OM. 2011. Pesticidal Efficacy of Three Tropical Herbal Plants’ Leaf Extracts Against Macrotermes bellicosus, An Emerging Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 173 Pest of Cocoa, Theobroma cacao L. J Biopesticides, 4 (2) : 131-137 Pandey A, Chattopadhyay P, Banerjee S, Pakshirajan K, Singh L. 2012. Antitermitic Activity of Plant Essential Oils and Their Major Constituents against Termite Odontotermes assamensis Holmgren (Isoptera: Termitidae) of North East India. International Biodeterioration & Biodegradation : 63-67 Razak MFB, Yong PK, Shah ZM, Abdullah LC, Yee SS, Yaw TCS. 2012. The Effect of Varying Solvent Polarity on Extraction Yield of Orthosiphon stamineus leaves. J Applied Sci. 12(11) : 1207-1210 Sahoo K, Dhal NK, Sahoo SL, Lenka SS. 2012. Comparative Phytochemical and Antimicrobial Study of Morinda Pubescens SM. and Morinda Citrifolia L. Int. J Pharmacy Pharmaceutical Sci. 4(3): 425-429 Sesanti H, Arsunan AA, Ishak H. 2014. Potential Test of Papaya Leaf and Seed Extract (Carica papaya) as Larvicides Against Anopheles mosquito Larvae Mortality. SP in Jayapura, Papua Indonesia. Int. J Scientific Res. Publ. 4 (6): 1-8 Shah SMM, Sadiq A. 2014. Biological Activities of Crude Saponins, Methanolic Extract and Sub Fractions of Teucrium stocksianum Bioss Collected from North West of Pakistan. Pharmacology 3: 145-152 Sotannde OA, Yager GO, Zira BD, Usman A. 2011. Termicidal Effect of Neem Extracts on the Wood of Khaya senegalensis. Research J For. 5 : 128138. Tascioglu C, Yalcin M, de Troya T, Sivrikaya H. 2012. Termicidal Properties of some Wood and Bark Extracts Used as Wood Preservatives. Bioresources 7(3) : 2960-2969. Verma M, Sharma S, Prasad R. 2009. Biological Alternatives for Termite Control: A Review. Int. Biodeterioration & Biodegradation : 959–972 Wahyudi, Ohtani Y, Ichiura H. 2012. Berberine in the Medicinal Plant of Tali Kuning (Tinospora dissitiflora Diels). Wood Res. J 2(2): 100-104 Wahyuni D. 2015. New Bioinsecticide Granules Toxin from Ectract of Papaya (Carica papaya) Seed and Leaf Modified Against Aedes aegypti Larvae. Procedia Environmental Sciences 23: 323 – 328 Zhou X, Smith JA, Oi FM, Koehler PG, Bennett GW, Scharf ME. 2007. Correlation of Cellulase Gene Expression and Cellulolytic Activity throughout the Gut of the Termite Reticulitermes flavipes. J. Gene. 29– 39. Shiny KS, Remadevi OK. 2014. Evaluation of termicidal activity of coconut shell oil and its comparison to commercial wood preservatives. Eur. J. Wood Prod. 72:139-141. Riwayat naskah: 174 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Naskah masuk (received): 16 Februari 2015 Diterima (accepted): 2 Mei 2015 Aktifitas antirayap ekstrak daun Orthosiphon sp., Morinda sp. dan Carica sp. Abdul Azis, T A Prayitno, Ganis Lukmandaru, Tomy Listyanto 175 Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa (Physical and Mechanical Properties of Sengon Particleboard Using Citric Acid-Sucrose Adhesive) Ragil Widyorini1*, Pradana A Nugraha2 1 Fakultas Kehutanan, Universitas Gadjah Mada, Jl. Agro No. 1, Bulaksumur, Yogyakarta 55281 Indonesia 2 Fakultas Kehutanan, Universitas Gadjah Mada, Indonesia *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract The development of natural adhesive for particleboad has still limited. In this study, only citric acid and sucrose were used as natural adhesive for particleboard. Sengon (Falcataria mollucana) particle was used as the raw material. Citric acid and sucrose were dissolved in water under a certain ratio and the concentration of the solution was adjusted to 59 ~ 60%. The mixture ratio of citric acid/sucrose were 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, and 0/100. The solution was sprayed onto particles at 7.5 and 15% resin content based on the weight of the air-dried particles. The manufature of the particleboard with a target density of 0.9 g cm-3 was attempted under a press condition of 200 oC for 10 min. The results showed that addition of resin content increased the physical and mechanical properties of the boards. Highest properties of particleboard was achieved at 15% of resin content and the mixture ratio of citric acid and sucrose was 50/50. The modulus of rupture, modulus of elasticity, and internal bond strength were 10.7 MPa, 3.3 GPa, and 0.5 MPa, respectively. The thickness swelling and water absorption after water immersion for 24 h were 4.3% and 26%, respectively, indicating that the adhesion had good water resistance. Key words: adhesive composition, citric acid, particleboard, sucrose, sengon Abstrak Pengembangan perekat alam untuk papan partikel masih sangat terbatas. Pada penelitian ini, asam sitrat dan sukrosa digunakan sebagai perekat alami papan partikel. Partikel sengon (Falcataria mollucana) digunakan sebagai bahan baku penelitian. Asam sitrat dan sukrosa dilarutkan dalam air dengan konsentrasi 59 ~ 60% pada komposisi tertentu. Rasio asam sitrat/sukrosa adalah 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, dan 0/100. Larutan kemudian dicampur dengan partikel dengan kadar perekat 7,5% dan 15% berdasarkan berat kering udara partikel. Pembuatan papan partikel diset dengan target kerapatan 0,9 g cm-3 dan dikempa pada suhu 200 oC selama 10 menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan jumlah kadar perekat meningkatkan sifat fisika dan mekanika papan partikel. Kualitas papan partikel tertinggi diperoleh pada papan partikel yang dibuat dengan kadar perekat 15% dan rasio asam sitrat/sukrosa adalah 50/50. Nilai tertinggi modulus patah, modulus elastisitas, dan kekuatan rekat internal papan partikel adalah 10,7 MPa, 3,3 GPa, dan 0,5 MPa. Nilai pengembangan tebal dan penyerapan air setelah direndam selama 24 jam adalah 4,3% dan 26%, mengindikasikan bahwa papan partikel mempunyai ketahanan terhadap air yang baik. Kata kunci: asam sitrat, komposisi perekat, papan partikel, sengon, sukrosa Sifat Fisika dan Mekanika Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha 175 Pendahuluan Isu mengenai produk ramah lingkungan menjadi salah satu poin penting yang harus diperhatikan pada pembuatan komposit. Produk komposit berbasis kayu, seperti papan partikel dan papan serat, pada umumnya masih menggunakan bahan perekat berbasis formaldehida. Kendala serius yang sering dihadapi oleh industri adalah emisi formaldehida yang dihasilkan masih cukup tinggi atau melebihi standar yang sudah ditetapkan. Emisi ini dikeluarkan dari sisa formaldehida bebas yang masih ada dalam perekat maupun formaldehida yang dilepaskan selama proses penggunaan. Data International Agency for Research on Cancer/IARC monographs volume 88 dan 100F (IARC 2006, 2012) menyebutkan bahwa formaldehida diklasifikasikan ke dalam grup 1, yang merupakan bahan-bahan yang mengandung bahan karsinogen yang dapat menyebabkan kanker terhadap manusia. Hal ini harus menjadi perhatian serius, karena produk papan komposit sudah menjadi kebutuhan sehari-hari manusia, seperti komponen mebel, mainan anak-anak, lantai, dinding, maupun komponen struktural. Salah satu solusi dari permasalahanpermasalahan tersebut diatas antara lain dengan mengembangkan perekat alami berbasis biomasa seperti lignin, tanin, kedelai, kitosan, dan sebagainya. Salah satu bahan perekat alami yang potensial untuk dikembangkan, seperti asam sitrat (Umemura et al. 2011, Umemura et al. 2012, Widyorini et al. 2012a, 2012b, 2014, 2015), dengan menggunakan bahan kayu (akasia) maupun non kayu (bambu, pelepah nipah, dan pelepah kelapa sawit). Papan partikel yang dihasilkan dapat memenuhi standard Japanese Industrial Standard (JIS) A 5908 untuk papan partikel. Penelitian 176 Umemura et al. (2012) dan Widyorini et al. (2015) menunjukkan bahwa ikatan ester yang terbentuk antara gugus hiroksil dari bahan berlignoselulosa dan gugus karboksil dari asam sitrat memegang peran penting dalam menghasilkan papan partikel dengan kualitas baik. Penggunaan bahan lain oleh Lamaming et al. (2013) memperlihatkan bahwa penambahan sukrosa sebanyak 20% meningkatkan modulus patah dan kekuatan rekat internal papan partikel dari pelepah kelapa sawit. Pencampuran asam sitrat dan sukrosa telah berhasil diaplikasikan oleh Umemura et al. (2013) pada papan partikel dari campuran kayu daun jarum. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa rasio asam sitrat/sukrosa sebanyak 25/75 memberikan sifat papan partikel yang terbaik. Penambahan sukrosa pada penelitian tersebut, ditujukan untuk menambah jumlah gugus hidroksil yang dapat berikatan dengan gugus karboksil dari asam sitrat membentuk ikatan ester (Umemura et al. 2013). Pencampuran sukrosa dengan tanin dilakukan oleh Zhao dan Umemura (2014) dan menghasilkan hasil yang optimal pada rasio tanin/sukrosa sebesar 25/75. Hasil analisis menggunakan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) menduga adanya reaksi antara tanin dengan 5hidroksi metil furfural (turunan dari sukrosa selama proses pemanasan) melalui ikatan dimetil eter. Penelitian menggunakan asam sitrat maupun sukrosa ini masih relatif baru dan belum banyak dilakukan. Sifat bahan baku partikel, asam sitrat dan sukrosa yang berbeda diduga saling berinteraksi menghasilkan kualitas papan partikel yang variasi. Pada penelitian Widyorini dan Satiti (2011), papan partikel dari sengon dapat dibuat tanpa menggunakan J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 perekat dengan nilai yang masih dibawah standar JIS A 5908 (2003) untuk papan partikel. Penambahan asam sitrat dan sukrosa diharapkan dapat meningkatkan kualitas papan partikel dari sengon. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah perekat dan komposisi perekat (asam sitrat/sukrosa) terhadap sifat fisika dan mekanika papan partikel dari sengon. Bahan dan Metode Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah partikel sengon dengan ukuran lolos 10 mesh. Partikel sengon sebelum dicampur dengan perekat dikeringudarakan terlebih dahulu. Bahan perekat yang digunakan adalah asam sitrat dan sukrosa. Jumlah perekat yang digunakan sebanyak 7,5 dan 15% berdasarkan berat partikel kering udara. Komposisi asam sitrat dan sukrosa divariasikan dengan rasio 0/100, 25/75, 50/50, 75/25 dan 100/0, dengan konsentrasi larutan 59~60%. Setelah dicampur dengan perekat, partikel kemudian dioven pada suhu 80 ºC sampai diperoleh kadar air sekitar 4~7%. Selanjutnya campuran tersebut dibuat mat dengan ukuran (25x25) cm2, target ketebalan 0,7 cm dan target kerapatan 0,9 g cm-3. Proses pengempaan papan partikel dilakukan pada suhu 200 oC selama 10 menit. Setelah proses pengempaan, papan partikel dikondisikan selama kurang lebih 7~10 hari. Semua kondisi percobaan dilakukan ulangan sebanyak 3 kali. Pengujian kualitas papan partikel meliputi sifat fisis dan mekanis papan partikel berdasarkan standar JIS A 5908 (2003), yaitu kadar air, kerapatan, pengembangan tebal dan penyerapan air, kekasaran permukaan, modulus patah, modulus elastisitas, dan keteguhan rekat internal. Nilai pengembangan tebal dan penyerapan air diperoleh setelah merendam sampel berukuran (5x5x0,7) cm3 ke dalam air pada suhu ruangan selama 24 jam. Pengujian kekuatan rekat internal menggunakan sampel berukuran (5x5x0,7) cm3. Sampel uji ukuran (20x5x0,7) cm3 digunakan untuk pengujian modulus patah dan modulus elastisitas. Sebelum dilakukan pengujian modulus patah dan modulus elastisitas, enam titik di kedua permukaan pada masing-masing sampel secara acak dievaluasi dengan menggunakan alat pengujian kekasaran permukaan SRG 400. Parameter yang digunakan adalah kekasaran permukaan rata-rata (Ra). Hasil dan Pembahasan Sifat fisis Semua papan partikel dengan perekat asam sitrat dan sukrosa tidak mengalami delaminasi. Kerapatan papan partikel rata-rata adalah 0,77 g cm-3 (jumlah perekat 7,5%) dan 0,89 g cm-3 (jumlah perekat 15%). Nilai kadar air rata-rata papan partikel sengon dengan perekat asam sitrat dan sukrosa berkisar antara 4,45-7,07 %. Standar JIS A 5908-2003 mensyaratkan nilai kadar air papan partikel berkisar 5-13%. Nilai kadar air rata-rata papan partikel dengan perekat 7,5% lebih tinggi (rata-rata 6,49%) dibandingkan dengan kadar air rata-rata papan dengan penambahan perekat 15% (rata-rata 4,96%). Hal ini menunjukkan penambahan jumlah asam sitrat dan sukrosa dapat meningkatkan stabilitas papan. Dalam proses tersebut gugus hidroksil kayu yang bersifat hidrofilik digantikan oleh ikatan ester yang lebih hidrofobik, seperti dinyatakan oleh Umemura et al. (2013) dan Widyorini et al. (2015). Sifat Fisika dan Mekanika Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha 177 Gambar 1 menunjukkan nilai pengembangan tebal setelah sampel direndam dalam air selama 24 jam. Semua nilai pengembangan tebal papan partikel sengon pada penelitian ini sudah memenuhi standar JIS A 5908 (maksimal 12%), yaitu berkisar antara 2,9-9,65%. Secara rata-rata, papan partikel dengan perekat 7,5% menunjukkan nilai pengembangan tebal lebih tinggi atau kestabilan dimensi yang lebih jelek dibandingkan dengan papan dengan perekat 15%. Penambahan jumlah perekat asam sitrat dan sukrosa meningkatkan ketahanan papan partikel terhadap air. Penelitian Umemura et al. (2013) menunjukkan bahwa sistem perekatan antara asam sitrat dan sukrosa dapat menghasilkan ikatan yang tahan terhadap air atau kestabilan dimensi yang semakin meningkat. Nilai pengembangan tebal papan partikel sengon tertinggi terjadi pada papan dengan jumlah perekat 7,5% dan komposisi 100% sukrosa, sedangkan nilai terendah adalah papan dengan jumlah perekat 15% dan komposisi 100% asam sitrat. Penambahan 20% sukrosa menyebabkan pengembangan tebal pada papan partikel batang kelapa sawit dapat berkurang dua kali dibanding papan tanpa menggunakan perekat (Lamaming et al. 2013). Kontribusi sukrosa dalam perekatan papan partikel dari limbah kayu daun jarum menunjukkan penurunan nilai pengembangan tebal seiring dengan bertambahnya rasio sukrosa (Umemura et al. 2013). Penggunaan 100% sukrosa pada papan partikel sengon menghasilkan nilai pengembangan tebal yang tertinggi, hal ini kemungkinan disebabkan karena pada suhu 200oC, sukrosa terkonversi menjadi karamel yang mengandung cukup banyak zat terlarut air. Pada penelitian ini, semua nilai pengembangan tebal yang diperoleh memenuhi standar JIS A 5908 (2003), yaitu dibawah 12%. Hal tersebut menunjukkan bahwa papan partikel sengon dengan perekat asam sitrat dan sengon mempunyai kestabilan dimensi yang baik. Pengembangan tebal (%) 12 7.5% 10 15% 8 6 4 2 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Rasio asam sitrat/sukrosa (%) Gambar 1 Nilai pengembangan tebal papan partikel pada berbagai jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. 178 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Penyerapan air (%) 40 35 30 25 20 15 7.50% 10 15% 5 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Rasio asam sitrat/sukrosa (%) Gambar 2 Nilai penyerapan air papan partikel pada berbagai variasi jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. Gambar 2 menunjukkan nilai penyerapan air papan sengon dengan perekat asam sitrat dan sukrosa pada penelitian ini berkisar 21-35%. Papan dengan jumlah perekat 15% menghasilkan penyerapan air yang lebih rendah dibanding papan dengan penambahan perekat 7,5%, seperti kecenderungan pada nilai pengembangan tebal. Umemura et al. (2013) menyatakan terjadi reaksi antara asam sitrat dengan sukrosa dengan komponen-komponen kayu, membentuk ikatan ester yang dapat meningkatkan ketahanan yang lebih baik terhadap air. Widyorini et al. (2012b) menemukan bahwa terjadi penurunan nilai penyerapan air papan partikel bambu dari 43% hingga 19% seiring dengan bertambahnya asam sitrat. Nilai penyerapan air mengalami penurunan dari 90,7% menjadi 59,9% untuk papan dengan penambahan 20% sukrosa (Lamaming el al. 2013). Kekasaran permukaan merupakan indikator yang penting untuk proses tahap pelapisan maupun perekatan dengan bahan lain seperti kertas melamin (Abdolzadeh & Doolthoseini 2009). Gambar 3 menunjukkan nilai rata-rata kekasaran permukaan papan papan partikel ini berkisar antara 21,9-26,0 µm. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa jumlah perekat maupun komposisi perekat pada penelitian ini tidak mempengaruhi nilai kekasaran permukaan papan partikel. Kecenderungan berbeda ditemukan pada penelitian Widyorini et al. (2015), dimana nilai kekasaran permukaan papan partikel bambu tanpa perekat sebesar 12,6 µm dan menurun menjadi 3,7 µm seiring dengan penambahan asam sitrat 30%. Rata-rata nilai kekasaran permukaan papan partikel komersial adalah 3,7 to 5,5 µm (Hiziroglu & Suzuki 2007). Jika dibandingkan dengan nilai-nilai tersebut, kekasaran permukaan papan partikel hasil penelitian ini masih relatif tinggi atau kasar dan masih perlu ditingkatkan lagi. Sifat Fisika dan Mekanika Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha 179 Kekasaran permukaan (µm) 35 30 7.5 % 25 20 15 10 5 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Rasio asam sitrat/sukrosa (%) Gambar 3 Nilai kekasaran permukaan papan partikel pada berbagai variasi jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. Sifat mekanis Nilai rerata MOR papan berkisar antara 6,98-11,60 MPa Gambar 4). Pada penambahan perekat 15%, kecuali 100% asam sitrat, semua komposisi perekat memberikan nilai modulus patah yang melebihi standard JIS A 5908 tipe 8, minimal 8 MPa. Penambahan perekat 7,5% dengan komposisi rasio asam sitrat/sukrosa (50/50) memberikan nilai modulus patah 9 MPa. Keteguhan lengkung statik pada papan partikel dari limbah kayu daun jarum meningkat seiring dengan meningkatnya rasio sukrosa (Umemura et al. 2013). Hasil penelitiannya memperlihatkan nilai MoR papan partikel dengan jumlah perekat 20% meningkat dari 10,7 MPa (100% asam sitrat) menjadi 20,1 MPa (25% asam sitrat 75% sukrosa), kemudian turun menjadi 11,6 MPA (100% sukrosa). Hasil yang sama juga dapat dilihat pada penelitian ini. Nilai MOR papan sengon meningkat dari 7,5 MPa (100% asam sitrat) menjadi 11,6 MPa (25% asam sitrat 75% sukrosa) dan 9,8 MPa (100% sukrosa) pada papan dengan jumlah perekat 15%. Lamaming et al. (2013) juga menyatakan bahwa 180 penambahan sukrosa dapat meningkatkan modulus patah papan partikel batang kelapa sawit dengan nilai tertinggi diperoleh pada papan dengan penambahan sukrosa 20% (13,6 MPa). Nilai rerata modulus elastisitas (MOE) papan partikel sengon berkisar antara 2,3-3,4 GPa (Gambar 5). Semua nilai MOE papan pada penelitian ini memenuhi standar JIS A 5908-2003 tipe 8 yaitu minimal 2 GPa. Hal yang menarik adalah sebagian besar hasil penelitian ini dapat memenuhi standar tipe 13 (minimal 2,5 GPa). Nilai MoE papan sengon meningkat dari 2,9 GPa (100% asam sitrat) menjadi 3,4 GPa (25% asam sitrat 75% sukrosa) dan 3,3 GPa (100% sukrosa) pada papan dengan jumlah perekat 15%. Nilai MoE papan sengon dengan jumlah perekat 15% dapat melebihi standar tipe 18 yaitu minimal 3 GPa, kecuali untuk perekat 100% asam sitrat. Hasil penelitian ini berbeda dengan penelitian Widyorini et al. (2015) dengan menggunakan tiga jenis bambu dengan perekat 100% asam sitrat sebanyak 15%, yang menghasilkan nilai MoE yang relatif tinggi yaitu 3,3-4 GPa. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 14 Modulus patah (MPa) 12 7.5 % 10 8 6 4 2 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Rasio asam sitrat/sukrosa (%) Gambar 4 Nilai modulus patah papan partikel pada berbagai variasi jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. Modulus elastisitas (GPa) 5 4 7.5% 15% 3 2 1 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Rasio asam sitrat/sukrosa (%) Gambar 5 Nilai modulus elastisitas spesifik papan partikel pada berbagai variasi jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. Papan partikel sengon yang dihasilkan penelitian ini mempunyai nilai kekuatan rekat internal yang cukup tinggi (Gambar 6). Hasil pengujian kekuatan rekat internal pada penelitian ini berkisar antara 0,19-0,50 MPa, melebihi persyaratan JIS A 5908-2003 tipe 8 (minimal 0,15 MPa) dan tipe 18 (minimal 0,3 MPa). Penggunaan perekat asam sitrat 100% asam sitrat sebanyak 15% memberikan nilai kekuatan rekat internal sebesar 0,28 MPa, lebih rendah dibandingkan dengan papan partikel dari bambu dengan jenis dan jumlah perekat yang sama, yaitu 0,34-0,4 MPa (Widyorini et al. 2015). Kekuatan rekat internal papan partikel sengon meningkat akibat penambahan sukrosa. Nilai kekuatan rekat internal terbaik pada penelitian ini adalah papan partikel dengan jumlah perekat 15% dan komposisi perekat asam sitrat/sukrosa (50/50), yaitu 0,5 MPa yang jauh melebihi JIS A 5908-2003 tipe 18 (0,3 MPa). Nilai kekuatan internal yang tinggi ini menunjukkan adanya ikatan yang baik antara asam sitrat dan sukrosa serta gugus hidroksil pada kayu sengon. Sifat Fisika dan Mekanika Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha 181 Kekuatan rekat internal (MPa) 0.6 0.5 7.5 % 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0 Asam sitrat/Sukrosa (%) Gambar 6 Nilai kekuatan rekat internal spesifik papan partikel pada berbagai variasi jumlah perekat dan rasio perekat asam sitrat/sukrosa. Sifat mekanika dari papan partikel dengan perekat asam sitrat dan sukrosa sangat dipengaruhi oleh rasio asam sitrat dan sukrosa (Umemura et al. 2013). Umemura et al. (2013) menunjukkan bahwa papan partikel dari kayu daun jarum memiliki nilai keteguhan rekat internal tertinggi pada komposisi asam sitrat/sukrosa (25/75), sedangkan nilai kekuatan rekat internal papan partikel sengon tertinggi pada penelitian ini pada komposisi asam sitrat/sukrosa (50/50). Penambahan sukrosa diduga dapat menambah gugus hidroksil yang berikatan dengan gugus karboksil dari asam sitrat untuk membentuk ikatan ester yang bersifat hidrofobik. Ikatan ester yang terjadi dapat meningkatkan kekuatan baik fisik maupun mekanik papan partikel. Penambahan sukrosa dalam campuran juga berakibat pada penurunan gugus karboksil yang dapat berikatan dengan gugus hidroksil. Lamaming et al. (2013) menyatakan bahwa penambahan sukrosa dapat meningkatkan keteguhan rekat internal dari papan partikel dari batang kelapa sawit. Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa sukrosa dapat 182 berperan sebagai perekat alami pada partikel sengon. Nilai kekuatan rekat internal papan partikel sengon dengan perekat 100% sukrosa adalah 0,29 MPa untuk jumlah perekat 7,5% dan 0,38 MPa untuk jumlah perekat 15%. Hal tersebut mengindikasikan bahwa sukrosa juga dapat berperan secara mandiri sebagai agen pengikat pada papan partikel. Kesimpulan Hasil penelitian menunjukkan asam sitrat dan sukrosa dapat digunakan sebagai perekat alami papan partikel, baik secara mandiri maupun dalam campuran. Kualitas papan partikel yang dihasilkan dapat memenuhi standar JIS A 5908 untuk papan partikel. Penambahan jumlah perekat asam sitrat dan sukrosa berpengaruh terhadap penurunan nilai kadar air, penyerapan air, pengembangan tebal, serta peningkatan nilai kerapatan, modulus patah, modulus elastisitas dan keteguhan rekat internal. Komposisi perekat berpengaruh terhadap nilai keteguhan rekat internal. Penambahan jumlah perekat 7,5% dengan rasio asam sitrat/sukrosa (50/50) memberikan J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 kualitas papan partikel sengon yang sudah dapat memenuhi standar JIS A 5908 tipe 8. Sifat papan partikel sengon yang tertinggi diperoleh pada papan partikel dengan penambahan jumlah perekat 15% serta komposisi perekat asam sitrat/sukrosa (50/50) dengan nilai rata-rata kadar air papan (5,1%), kerapatan (0,9 g cm-3), pengembangan tebal (4,3 %), penyerapan air (26,15%), kekasaran permukaan (25,61 µm), modulus patah (10,7 MPa), modulus elastisitas (3,3 GPa), dan keteguhan rekat internal (0,5 MPa). Daftar Pustaka Abdolzadeh H & Doosthoseini K. 2009. Evaluation of old corrugated container and wood fiber application on surface roughness of three-layer particleboard. Bioresources 4(3):970978. Hiziroglu S, & Suzuki S. 2007. Evaluation of surface roughness of 464 commercially manufactured particleboard and medium density fiberboard in Japan. J Mater Proc Technol 184:436–440. [IARC] International Agency for Research on Cancer. 2012. Chemical Agents and Related Occupations Volume 100 F: A Review of Human Carcinogens. Paris: WHO. pp. 431436. [IARC] International Agency for Research on Cancer. 2006. IARC Monographs on the Evaluationof Carcinogenic Risks to Humans Volume 88: Formaldehyde, 2Butoxyethanoland 1-tertButoxypropan-2-ol. Paris: WHO. pp. 431-436. [JIS] Japan Industrial Standard. 2003. Particleboard A5908. Tokyo: Japanese Standard Association. Lamaming J, Othman S, Tamoko S, Rokiah H, Norafizah S, Sato M. 2013. Influence of chemical components of oil palm on properties of binderless particleboard. J Agric Life Sci. 8(3): 3358-3371. Rachman O, Malik J. 2011. Penggergajian dan Pemesinan Kayu untuk Industri Perkayuan Indonesia. Jakarta: Badan Penelitian dan Pengembangan Kementerian Kehutanan. Umemura K, Ueda T, Munawar SS, Kawai S. 2011. Application of citric acid as natural adhesive for wood. J Appl Polym Sci. 123:1991-1996. Umemura K, Ueda T, Kawai S. 2012. Characterization of wood-based molding bonded with citric acid. J Wood Sci. 58:38–45. Umemura K, Sugihara O, Kawai S. 2013. Investigation of a new natural adhesive composed of citric acid and sucrose for particleboard. J Wood Sci. 59:203–208. Widyorini R, Satiti DA. 2011. Characteristics of Binderless Particleboards made from Heattreated Wood Species. Proc 3rd International Symposium of Indonesian Wood Research Society; Yogyakarta, 3-4 November 2011. Pp. 125-129. Widyorini R, Prayitno TA, Kurniawan BA, Wicaksono BH. 2012a. Pengaruh konsentrasi asam sitrat dan suhu pengempaan terhadap kualitas papan partikel dari pelepah nipah. J Ilmu Kehutanan VI(1):61-70. Sifat Fisika dan Mekanika Papan Partikel Sengon dengan Perekat Asam Sitrat-Sukrosa Ragil Widyorini, Pradana A Nugraha 183 Widyorini R, Yudha AP, Ngadianto A, Prayitno TA, Umemura K, Kawai S. 2012b. Development of Bio-based Composite Made From Bamboo And Oil Palm Frond. Proc BIOCOMP 2012 (11th Pacific Rim Bio-Based Composite Symposium); Shizuoka, Japan. 27-30 November 2012. Pp. 219-225. Widyorini R, Yudha AP, Isnan R, Awaludin A, Prayitno TA, Ngadianto A, Umemura K. 2014. Improving the physico-mechanical properties of ecofriendly composite made from bamboo. Advanced Mater. Res. 896: 562-565. 184 Widyorini R, Umemura K, Isnan R, Putra DR, Awaludin A, Prayitno TA. 2015. Manufacture and Properties of Citric Acid-Bonded Particle Board Made from Bamboo Materials. Europ J Wood & Wood Prod. (first online publication). Zhao Z, Umemura K. 2014. Investigation of a new natural particleboard adhesive composed of tannin and sucrose. J Wood Sci. 60:269-277. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 30 Maret 2015 Diterima (accepted): 2 Juni 2015 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent (Ganitri and Mahoni Wood Preservation using Boric Acid Equivalent with Cold Immersion Method) Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin* Balai Penelitian Teknologi Agroforestry Jl. Raya Ciamis Banjar Km 4 Ciamis, Jawa Barat 46201 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract This paper studied the durability improvement of ganitri (Elaeocarpus ganitrus) and mahoni (Swietenia mahogany) wood preservation using Boric Acid Equivalent (BAE) 10% with cold immersion method. The ganitri and mahoni wood samples were taken from a private forest in Sukamulih Village, Sariwangi, Tasikmalaya. The treatments applied were wood thickness of 2.5, 5, 7.5 and 10 cm and immersion time of 3, 5 and 7 days. The parameters measured were the retention and penetration of preservative solutions. The analysis of variance showed that the retention and penetration of the preservatives was significantly different for all of the treatment both on ganitri and mahoni wood. The retention and penetration of the preservative solution on ganitri wood fulfilled the minimum standard required by Indonesian National Standard (SNI) for wood preservation in all treatments. On the mahoni wood, the penetration rate fulfilled SNI standard for all treatments; while in terms of retention, only in the wood thickness of 2.5 and 5 cm fulfilled the SNI standard. Based on the analysis, the wood preservation method recommended using boron and boric acid solutions is 3 days of immersion for all of wood thickness treatments for ganitri wood, and wood thickness of 2.5 and 5 cm for mahoni wood. Keywords: cold immersion, penetration, retention, wood preservation Abstrak Dalam rangka meningkatkan masa pakai kayu jenis ini, penelitian mengenai pengawetan kayu dengan larutan Boric Acid Equivalent (BAE) 10 % melalui perendaman dingin telah dilakukan. Sampel kayu ganitri (Elaeocarpus ganitrus) dan mahoni (Swietenia mahogany) berasal dari hutan rakyat di Desa Sukamulih, Kecamatan Sariwangi, Kabupaten Tasikmalaya. Perlakuan yang diterapkan adalah tebal kayu (2,5 cm, 5 cm, 7,5 cm dan 10 cm) dan lama perendaman (3 hari, 5 hari dan 7 hari). Parameter yang diamati adalah retensi dan penetrasi bahan pengawet. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Perlakuan tebal kayu dan lama perendaman berpengaruh nyata terhadap retensi dan penetrasi bahan pengawet BAE pada kayu ganitri maupun mahoni. Tingkat retensi dan penetrasi bahan pengawet BAE pada kayu ganitri memenuhi persyaratan Standar Nasional Indonesia (SNI) pada semua perlakuan. Sedangkan pada jenis mahoni, tingkat penetrasi bahan pengawet BAE memenuhi standar SNI untuk semua perlakuan, namun tingkat retensi hanya memenuhi standar SNI pada ketebalan kayu 2,5 cm dan 5 cm pada semua perlakuan lama perendaman. Pada ketebalan kayu mahoni yang lebih tinggi, lama perendaman sampai 7 hari belum dapat mecapai retensi yang memenuhi standar SNI. Berdasarkan hasil analisis, pengawetan dengan menggunakan BAE 10 % yang direkomendasikan adalah lama perendaman 3 hari pada semua ketebalan kayu ganitri, dan ketebalan kayu 2,5 dan 5 cm pada kayu mahoni. Kata kunci: retensi, penetrasi, perendaman dingin, pengawetan kayu Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin 185 Pendahuluan Ganitri (Elaecarpus ganitrus) dan mahoni (Swietenia mahogany) merupakan dua jenis tanaman kayu yang banyak dikembangkan di hutan rakyat. Ganitri termasuk jenis tumbuhan bermanfaat ganda dengan pertumbuhan yang cepat serta teknik budidaya yang tidak memerlukan persyaratan tumbuh yang tinggi sedangkan mahoni merupakan jenis yang hampir sama populernya dengan tanaman sengon sehingga banyak dipilih oleh petani untuk ditanam di areal hutan rakyat. Berbeda dengan ganitri, mahoni tumbuh lebih lambat dengan daur 15 – 20 tahun (Rachman et al. 2008, Rachman 2012) Ganitri merupakan pohon dari keluarga Elaeocarpaceae. Jenis pohon dengan tinggi hingga 30 cm, dengan besar batang 30-40 cm, tumbuh tersebar di Asia Tenggara dan di Jawa terdapat pada ketinggian kurang dari 1200 m terutama antara 500 dan 1000 m. Kayu ganitri agak ringan hingga sedang beratnya, agak lunak, padat dan cukup halus strukturnya berwarna coklat-kelabu dengan warna tambahan lembayung hingga coklat merah muda. Kayu digunakan untuk bahan bangunan, namun kurang awet dengan kelas awet IV (Heyne 1987). Menurut Seng (1990), jenis Eleocarpus spp. ini bahkan hanya memiliki kelas keawetan V yang akan sangat cepat terkena rayap dan bubuk kayu kering. Mahoni merupakan salah satu jenis dari pohon dari marga Meliaceae. Jenis yang tumbuh pada zona lembab, menyebar luas secara alami atau dibudidayakan. Penanaman secara luas terutama di Asia bagian selatan dan Pasifik, juga diintroduksi di Afrika Barat. Tanaman ganitri bermanfaat sebagai pohon pelindung jalan raya (hutan kota). Kayu 186 mahoni termasuk ke dalam kelas awet III dan dimanfaatkan sebagai bahan mebel dan bahan baku alat musik (gitar, piano). Kayu bernilai tinggi karena dekoratif dan mudah dikerjakan. Selain itu, bentuk dan ukuran biji ganitri yang unik dapat menghasilkan berbagai produk perhiasan (gelang, kalung, tasbih), bahkan di India dipergunakan sebagai bahan sesajen pada upacara pembakaran mayat (Heyne 1987). Menurut Seng (1990), jenis ini memiliki kelas awet III yang cepat terkena rayap, meskipun cukup bertahan lama pada kondisi di bawah atap dan tidak berhubungan dengan tanah basah. Berdasarkan penggolongan keawetan kayu di Indonesia (mulai dari kelas I yang paling awet sampai kelas V yang tidak awet), 85% dari 4000 terutama jenis kayu yang banyak dikembangkan di hutan rakyat termasuk dalam kelas awet rendah (kelas III, IV dan V). Kenyataan ini ditunjang pula oleh letak geografis Indonesia di khatulistiwa dengan iklim tropisnya yang memungkinkan hadirnya berbagai jenis organisme perusak kayu seperti rayap, bubuk kayu kering, jamur pelapuk. Berdasarkan hal tersebut, kayu ganitri dan mahoni termasuk ke dalam jenis kayu dengan dengan kelas awet rendah. Kayu dengan kelas awet rendah rentan terhadap serangan organisme pengganggu kayu sehingga perlu diwetkan terlebih dahulu sebelum digunakan (Barly & Lelana 2010). Bahan pengawet yang digunakan salah satunya adalah senyawa borat. Borat telah memainkan peran yang semakin meningkat dalam pengawetan kayu di seluruh dunia sejak pelarangan CCA sebagai bahan pengawet kayu pada tahun 2004 (Freeman et al. 2008). Borat banyak dipilih karena mempunyai toksisitas yang rendah (Mampe 2010). J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Pengawetan dengan metode perendaman dilakukan dengan merendam kayu di dalam bahan pengawet larut air pada suhu kamar (Suranto 2002). Proses pengawetan rendaman dingin termasuk proses sederhana yang dianjurkan untuk mengawetkan kayu bangunan perumahan dan gedung. Berdasarkan paparan tersebut, penelitian mengenai pengawetan kayu ganitri dengan bahan pengawet yang relatif aman dan dengan metode yang mudah perlu dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh data pengaruh konsentrasi larutan dan lama perendaman dingin terhadap retensi dan penetrasi bahan pengawet BAE pada kayu ganitri dan kayu mahoni dengan beberapa ukuran ketebalan kayu. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam pengawetan kayu ganitri dan mahoni yang memenuhi standar pengawetan berdasarkan kriteria Standar Nasional Indonesia (SNI). Bahan dan Metode Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu ganitri dan kayu mahoni yang berasal dari hutan rakyat di Desa Sukamulih, Kec. Sariwangi, Kab. Tasikmalaya, Jawa Barat, atau lebih tepatnya pada koordinat -07o30’15,33” LS / 108 05’43,22” BT. Bahan pengawet kayu yang digunakan adalah BAE (Boric Acid Equivalent) yang berupa campuran boraks (Na2B4O7.10H2O) dan asam borat (H3BO3) dengan pelarut air, dengan konsentrasi larutan 10%. Penyiapan bahan Contoh uji berupa kayu ganitri dan kayu mahoni dipotong dengan empat ukuran sortimen yaitu (2,5x5x100) cm3, (5x5x100) cm3, (7,5x5x100) cm3, dan (10x5x100) cm3. Pengawetan dan penentuan retensi bahan pengawet Contoh uji disimpan pada suhu kamar sampai kering udara dan ditimbang kemudian direndam ke dalam larutan bahan pengawet pada suhu kamar dengan konsentrasi (berat/volume) 10%. Perlakuan dibedakan berdasarkan lama perendaman, yaitu selama 3 hari, 5 hari dan 7 hari. Contoh uji setiap perlakuan diulang sebanyak 10 buah. Retensi bahan pengawet diukur dengan cara menimbang berat contoh uji kayu sebelum dan sesudah dilakukan pengawetan. Retensi dihitung dengan persamaan berikut: 𝑅= 𝐵𝐴𝑘 − 𝐵𝐴𝑤 𝑥𝐶 𝑉 Dengan: R = Retensi bahan pengawet (kg m-3), BAk = Berat akhir contoh uji/setelah pengawetan (kg), Baw = Berat awal contoh uji/sebelum pengawetan (kg), V = Volume contoh uji (m3), C = Konsentrasi bahan pengawet (%). Untuk mengukur dalamnya penetrasi (penembusan) bahan pengawet, setiap contoh uji dipotong melintang pada bagian tengahnya setelah dibiarkan selama dua minggu pada suhu kamar (kering angin). Kedalaman penetrasi bahan pengawet BAE diamati dengan menyemprotkan atau melaburkan pereaksi boron pada penampang melintang contoh uji hasil pemotongan. Adanya unsur boron ditunjukkan oleh warna merah jambu, sedangkan bagian yang tidak mengandung boron berwarna kuning. Penetrasi dihitung dengan mengukur warna merah jambu pada keempat sisi pada permukaan melintang Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin 187 contoh uji, yang kemudian nilainya dirata-ratakan. Uji penetrasi boron terdiri atas (a) 2 g ekstrak kurkuma dalam 100 ml alkohol (b) 20 ml asam klorida pekat, 80 ml alkohol dan dijenuhkan dengan asam salisilat (13 g per 100 ml). Analisis data Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan percobaan faktorial dengan faktor berupa ukuran sortimen atau ketebalan kayu (4 taraf) dan lama perendaman (3 taraf). Metode pengawetan yang digunakan adalah metode rendaman dingin. Model linier yang digunakan adalah sebagai berikut: Yijkl = μ + Li + Bj + LiBj + εijkl Dengan: μ = rerata umum, Li = efek ketebalan kayu ke I, Bj = efek lama rendaman ke j, LiBj = interaksi ketebalan kayu ke i dan lama rendaman ke j, εijkl = random error pada ketebalan kayu ke i dan lama rendaman ke j. Data retensi dan penetrasi bahan pengawet dianalisis dengan menggunakan uji sidik ragam sesuai dengan rancangan percobaan yang digunakan (Steel & Torrie 1960). Nilai retensi dan penetrasi bahan pengawet yang menunjukkan perbedaan nyata diuji lanjut dengan uji Duncan (Duncan post hoc test). Hasil dan Pembahasan Hasil analisis sidik ragam pengaruh ukuran sortimen dan lama perendaman terhadap retensi dan penetrasi BAE pada kayu ganitri masing-masing disajikan pada Tabel 1. Berdasarkan Tabel 1, dapat diketahui bahwa perlakuan ukuran 188 sortimen berpengaruh nyata (taraf kepercayaan 95%) terhadap retensi pada kayu ganitri, begitu juga dengan pengaruh rendaman, namun interaksi antara ukuran sortimen dan lama perendaman tidak berpengaruh nyata. Nilai retensi tertinggi pada kayu ganitri terdapat pada ketebalan kayu 2,5 cm dengan lama rendaman 7 hari (Gambar 1.A). Nampak nilai retensi lebih rendah pada ketebalan kayu yang lebih tinggi meskipun tidak ada pola yang konsisten. Berdasarkan hasil uji lanjut (Lampiran 1), perbedaan perlakuan ketebalan kayu hanya terjadi pada ketebalan ganitri 2,5 cm, sedangkan ketiga tingkat ketebalan lainnya relatif seragam. Perlakuan lama perendaman menghasilkan rata-rata retensi BAE pada ganitri yang cukup konsisten meningkat dengan peningkatan lama perendaman. Hasil uji lanjut seperti diperlihatkan Gambar 1, perlakuan rendaman 7 hari menghasilka retensi tertinggi (17,48 kg m-3), yang berbeda dengan perendaman 3 hari, sementara lama perendaman 5 hari relatif seragam baik dengan perendaman 7 hari maupun 3 hari. Nilai penetrasi pada kayu ganitri pada perlakuan lama perendaman memiliki pola yang sama dengan nilai retensi. Tampak terjadi kenaikan nilai penetrasi yang cukup konsisten dengan peningkatan lama perendaman. Hasil uji lanjut seperti diperlihatkan pada Gambar 1, nilai penetrasi tertinggi pada perlakuan rendaman 7 hari (2,47 cm), yang berbeda nyata dengan lama rendaman 3 hari. Sementara perlakuan rendaman 5 hari menghasilkan penetrasi relatif seragam baik dengan perlakuan rendaman 3 hari maupun 7 hari. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Tabel 1 Sidik ragam pengaruh ukuran sortimen dan lama perendaman terhadap retensi dan penetrasi bahan pengawet pada kayu ganitri Parameter pengamatan Retensi Penetrasi Sumber Keragaman Ketebalan kayu Lama Perendaman Ketebalan kayu x Lama perendaman Ketebalan kayu Lama Perendaman Ketebalan kayu x Lama perendaman Derajat Bebas 3 2 Kwadrat Tengah 604,705 159,523 F Hitung Nilai-p 15,909 4,197 0,000* 0,018* 6 74,929 1,971 0,076ns 3 2 4,533 2,033 23,397 10,496 0,000* 0,000* 6 0,851 4,391 0,001* Keterangan (remarks): * = berbeda nyata (Significant); ns = tidak berbeda nyata (not significant) Perlakuan tebal kayu ganitri menghasilkan penetrasi tertinggi pada tebal kayu 7,5 cm (2,73 cm). Nilai penetrasi BAE pada kayu ganitri meningkat dari dari ketebalan 2,5 sampai 7,5 cm, namun menurun kembali pada ketebalan 10 cm. Hasil uji lanjut seperti diperlihatkan pada Gambar 1, nilai penetrasi pada ketebalan kayu 10 cm tersebut relatif seragam dengan ketebalan 2,5 cm, sementara ketebalan 5 cm dan 7,5 cm masing-masing berbeda dengan perlakuan lainnya. Gambar 1 menunjukkan bahwa semua perlakuan lama rendaman dan ukuran sortimen menunjukkan nilai retensi maupun penetrasi BAE yang lebih tinggi 5 cm 25 7.5 cm 10 cm 20 15 10 SNI 5 0 3 5 7 Penetrasi larutan pengawet (Penetration of preservative solutions) (cm) 2.5 cm 30 Retensi bahan pengawet (Retention of preservative solutions) (kg m-3) dari nilai SNI. Berdasarkan SNI 035010.1-1999, persyaratan retensi bahan pengawet minimal 8,0 kg m-3 dan penetrasi minimal 0,5 cm. Hal ini berarti bahwa untuk menghasilkan retensi dan penetrasi yang memenuhi standar SNI cukup dengan mengawetkan kayu ganitri dengan larutan BAE selama 3 hari untuk semua tingkat ketebalan kayu (2,5, 5, 7,5, dan 10 cm). Bahkan perlakuan perendaman 3 hari dengan pelarut BAE ini cukup memenuhi kriteria yang lebih tinggi, seperti kriteria Tamblyn et al. (1968) yang menyarankan penetrasi hingga 12 mm pada kayu bangunan tropis. 2.5 cm 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Waktu rendaman (hari) 5 cm 7.5 cm 10 cm SNI 3 5 7 Waktu rendaman (hari) Gambar 1 Retensi (A) dan penetrasi (B) BAE pada ganitri. Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin 189 Hasil analisis sidik ragam pengaruh ukuran sortimen, lama perendaman dan konsentrasi BAE terhadap retensi dan penetrasi pada kayu mahoni masingmasing disajikan pada Tabel 2. Berdasarkan Tabel 2, dapat diketahui bahwa perlakuan ukuran sortimen, lama perendaman berpengaruh nyata terhadap retensi, namun interaksi antara ukuran sortimen dan lama perendaman tidak berpengaruh nyata. sengon (Paraserianthes flcataria (L.) Nielsen) dan tusam (Pinus merkusii Jungh. Et de Vries) di mana papan yang lebih tipis menghasilkan tingkat retensi yang lebih tinggi dibanding papan yang lebih tebal. Sementara itu, pada perlakuan lama perendaman, tingkat retensi terendah terdapat pada rendaman 3 hari yang berbeda nyata dengan lama perendaman 5 dan 7 hari (Gambar 2). Nilai retensi yang lebih tinggi didapat pada perlakuan 5 dan 7 hari, namun hasil uji lanjut menunjukkan keduannya relatif seragam. Nilai retensi BAE pada kayu mahoni tertinggi pada ketebalan 2,5 cm dengan lama perendaman 7 hari (Gambar 2A). Tampak perlakuan lama perendaman dan tebal kayu menunjukkan kecenderungan yang konsisten, yaitu adanya kenaikan nilai retensi BAE dengan kenaikan lama perendaman dan penurunan ketebalan kayu mahoni. Hasil uji lanjut seperti diperlihatkan pada Gambar 2, nilai retensi BAE pada kayu mahoni saling berbeda nyata antar tingkat tebal kayu. Retensi terendah terdapat pada ketebalan 10 cm (hanya 5,37 kg m-3), dan terus meningkat sampai tertinggi pada tebal kayu 2,5 cm (14,01 kg m-3). Kecenderungan retensi pada kayu mahoni ini sama dengan hasil penelitian Barly dan Lelana (2010) pada jenis Hasil uji lanjut pada nilai penetrasi BAE memperlihatkan bahwa perlakuan tebal kayu mahoni 2,5 cm menghasilkan nilai penetrasi terendah (1,18 cm) yang berbeda nyata dengan tebal kayu lainnya. Sementara perlakuan tebal kayu 5, 7,5 dan 10 cm memperlihatkan nilai penetrasi yang relatif seragam. Perlakuan lama perendaman pada kayu mahoni memperlihatkan kecenderungan tingkat penetrasi BAE yang hampir sama dengan tingkat retensi. Nilai penetrasi terendah terdapat pada lama perendaman 3 hari (1,06 cm), kemudian meningkat dengan penambahan lama perendaman. Tabel 2 Sidik ragam pengaruh ukuran sortimen dan lama perendaman terhadap retensi dan penetrasi bahan pengawet pada kayu mahoni Parameter pengamatan Retensi Penetrasi Sumber Keragaman Ketebalan kayu Lama Perendaman Ketebalan kayu x Lama perendaman Ketebalan kayu Lama Perendaman Ketebalan kayu x Lama perendaman Derajat Bebas 3 2 Kwadrat Tengah 392,801 115,766 F Hitung Nilai-p 52,435 15,454 0,000* 0,000* 6 13,127 1,752 0,116ns 3 2 4,092 13,462 14,102 46,392 0,000* 0,000* 6 3,002 10,345 0,000* Keterangan (remarks): * = Berbeda nyata (Significant); ns = Tidak berbeda nyata (not significant) 190 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 3.0 2.5 cm 5 cm 15 7.5 cm 10 cm 10 SNI 5 0 3 5 7 Penetrasi larutan pengawet (Penetration of preservative solutions) (cm) Retensi bahan pengawet (Retention of preservative solutions) (kg m-3) 20 2.5 cm 2.5 5 cm 2.0 7.5 cm 10 cm 1.5 1.0 SNI 0.5 0.0 Waktu rendaman (Immersion time) (hari) 3 A Gambar 2 Retensi (A) dan penetrasi (B) BAE pada mahoni. Hasil uji lanjut menunjukkan tingkat penetrasi pada lama perendaman kayu mahoni selama 3 hari berbeda nyata dengan lama perendaman lainnya. Sementara itu lama perendaman 5 hari dan 7 hari relatif seragam. Gambar 2B menunjukkan bahwa semua perlakuan lama perendaman dan ketebalan kayu mahoni menghasilkan tingkat penetrasi yang memenuhi standar SNI. Sementara itu pada Gambar 2.A, tingkat penetrasi yang memenuhi kriteria SNI hanya terdapat pada perlakuan tebal 2,5 dan 5 cm pada lama perendaman 3 hari, serta tebal 2,5; 5 dan 7 cm pada perlakuan lama rendaman 5 dan 7 hari. Dengan demikian, perlakuan pengawetan dengan BAE metode rendaman dingin yang dapat diterapkan pada kayu mahoni adalah pada ketebalan 2,5 dan 5 cm dengan lama perendaman 3 hari. Pada tebal kayu 5 cm, lama perendaman perlu ditingkatkan menjadi 5 hari untuk mencapai tingkat retensi dan penetrasi yang memenuhi SNI. Namun demikian untuk pemakaian kayu mahoni di bawah atap, pengawetan dengan BAE 10% selama 3 hari dapat diterapkan jika merujuk pada pendapat Martawijaya dan Abdurrohim (1984) bahwa retensi bahan pengawet dengan pelarut air untuk 5 7 Waktu rendaman (Immersion time) (hari) B penggunaan di bawah atap berkisar antara 3,4–5,6 kg m-3. Pada Gambar 2.A, nilai retensi terendah terdapat pada kayu mahoni dengan tebal 10 cm yang direndam BAE 10% selama 3 hari, yaitu sebesar 4,27 kg m-3. Nilai retensi tersebut masih dalam kisaran yang disarankan Martawijaya dan Abdurohim (1984) untuk penggunaan di bawah atap. Kesimpulan Perlakuan tebal kayu dan lama perendaman berpengaruh nyata terhadap retensi dan penetrasi bahan pengawet BAE pada kayu ganitri maupun mahoni. Tingkat retensi dan penetrasi bahan pengawet BAE pada kayu ganitri memenuhi persyaratan SNI pada semua perlakuan. Sementara itu pada jenis mahoni, tingkat penetrasi bahan pengawet BAE memenuhi standar SNI untuk semua perlakuan, namun tingkat retensi hanya memenuhi standar SNI pada ketebalan kayu 2,5 dan 5 cm pada semua perlakuan lama perendaman. Pada ketebalan kayu mahoni yang lebih tinggi, lama perendaman sampai 7 hari belum dapat mencapai retensi yang memenuhi standar SNI. Pengawetan Kayu Ganitri dan Mahoni melalui Rendaman Dingin dengan Bahan Pengawet Boric Acid Equivalent Endah Suhaendah, Mohamad Siarudin 191 Daftar Pustaka Barly, Lelana NE. 2010. Pengaruh ketebalan kayu, konsentrasi larutan dan lama perendaman terhadap hasil pengawetan kayu. J Penelitian Hasil Hutan 28(1): 1-8. Freeman MH, McIntyre CR, A Critical and D. Jackson. 2008. Comprehensive Review of Boron in Wood Preservation. http://nisuscorp.com/ images/uploads/documents-other/ AWPA-Freeman-Boron-Paper-08.pdf. Diunduh pada Tanggal 20 Februari 2014. Heyne K. 1987. Tumbuhan Berguna Indonesia III. Jakarta: Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Departemen Kehutanan. Mampe CD. 2010. Effectiveness and Uses of Barate. http://www. environment sensitive.com/ effectiveusesofborate.htm. [Diakses 17 Oktober 2013]. Martawijaya A, Abdurrohim S. 1984. Spesifikasi Pengawetan Kayu untuk Perumahan. Edisi ketiga. Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. Rachman E. 2012. Kajian potensi dan pemanfaatan jenis ganitri (Elaeocarpus spp.). Mitra Hutan Tanaman 7(2): 39-50. 192 Rachman E, Mile MY, Achmad B. 2008. Analisis jenis - jenis kayu potensial untuk hutan rakyat di Jawa Barat. Prosiding: Pengembangan Hutan Rakyat Mendukung Kelestarian Produksi Kayu Rakyat. Seng OD. 1990. Spesific Grafity of Indonesian Woods and Its Significance for Practical Use, Diterjemahkan oleh Suwarsono P,H, Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Departemen Kehutanan. Steel RGD, Torrie JH. 1960. Principles and Procedures of Statistics. New York: McGraw. Suranto S. 2002. Pengawetan Kayu, Bahan dan Metode. Yogyakarta: Kanisius. Tamblyn N, Colwell SJ, Vickers N, 1968. Preservative Treatment of Tropical Building Timbers by a Dip Diffusion Process. 9th British Commonwealth Forestry Conference 1968. Australia. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 15 April 2015 Diterima (accepted): 20 Juni 2015 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru* Department of Forest Product Technology, Faculty of Forestry, Gadjah Mada University *Corresponding author: [email protected] Abstract Quinones and their derivatives are the main causes on the natural termite resistance in teak wood. By using different termite test methods, the previous paper in this series reported on the termite resistance of teak trees of juvenile ages (8- and 22-year old trees). In this study, the radial distribution of quinones (tectoquinone, lapachol, desoxylapachol and its isomer) and squalene in the different extracting solvents (nhexane, ethyl acetate, and methanol) were analyzed by means of gas chromatography. Appreciable tree to tree variations were observed in extractive component contents even in the same stand. Each solvent gave different tendencies in analysis of variance of component contents. Significant differences in desoxylapachol or its isomer, and squalene content were found among the outer heartwood of 8- and 22-year old trees, as well as between the inner and outer parts of the heartwood. The highest correlation degree between extractive content and its components was measured in the tectoquinone content (r=-0.68). By using paper disc method, only modest correlations were observed between the mass loss and the content of isodesoxylapachol (r=-0.60) in the sapwood region whereas no significant corellations were measured in the heartwood region. Keywords: Tectona grandis, Reticultermes speratus. antitermitic activities, extractive, tectoquinone, Abstrak Senyawa-senyawa kinon beserta turunannya adalah penyebab utama dari sifat ketahanan alami terhadap rayap di kayu jati. Hasil pengujian ketahanan terhadap rayap melalui metode uji yang berbeda pada kayu jati dari pohon muda (8 dan 22 tahun) telah dipublikasikan di makalah sebelumnya. Dalam penelitian ini, sebaran radial dari beberapa senyawa kinon (tektokinon, lapakol, desoksilapaol dan isomernya) serta skualen melalui ekstraksi dengan pelarut yang berbeda (n-heksana, etil asetat, dan metanol) dianalisis dengan alat gas kromatorafi. Variasi yang lebar kadar komponen ekstraktif antar pohon diamati bahkan dalam tegakan yang sama. Tiap pelarut memberikan kecenderungan yang berbeda dalam analisis variansi pada kadar komponennya. Perbedaan nyata diamati pada kadar skualen, desoksilapakaol dan isomernya untuk bagian teras luar antara pohon umur 8 dan 22 tahun demikian juga di antara bagian teras luar dan dalam. Derajat korelasi tertinggi antara kadar ekstraktif dan kadar komponennya dihitung di kadar tektokinon (r=-0.68). Melalui metode piringan kertas, hanya korelasi moderat yang diamati antara kehilangan berat dan kadar isodesoksilapakol (r=-0.60) di daerah kayu gubal dimana tidak ada korelasi nyata yang diukur di bagian teras. Kata kunci: aktivitas anti-rayap, ekstraktif, Reticultermes speratus, Tectona grandis, tektokinon Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 193 Introduction Teak (Tectona grandis L. f.) is a fancy hardwood prized for its workability and high natural durability. Teak grows naturally throughout southeastern Asia and widely planted in all tropical regions. In Indonesia, large teak community forests have been established and managed for fast-growth with trees harvested in a rotation period of less than 30 years. The wood from these trees is usually consists larger proportion of sapwood and juvenile wood. This condition causes in a reduced market value, although the technical data with regard to wood quality of young stage trees is still limited. Unfortunately, most studies focused on heartwood with little consideration given to sapwood, although several studies of fast-grown teak trees have shown that a high sapwood fraction is present. One report by Bhat and Florence (2003) demonstrated the lower durability of juvenile teak wood against fungi. In teak, natural durability is ascribed to the presence of toxic extractives mainly quinones (Haupt et al. 2003, Rudman & Gay 1961, Sandermann & Simatupang 1966). Difference in natural durability may be related to the concentrations of toxic extractives. Further, Niamke et al. (2011) attempted to correlate the nonstructural carbohydrates and toxic phenolics to natural durability. In a preliminary result (Lukmandaru 2013), samples of young teak wood trees (8and 22-year old trees) were compared to mature wood (51-year old trees) for antitermitic activities evaluation. That experiment exhibited the wide variation in antitermitic properties on the basis of tree age and radial direction. Further, the results also demonstrated the differences between wood block (natural condition) 194 and wood extracts (paper disc/in vitro) method in termite tests. In this report, the radial distribution of quinones of teak was investigated on the corresponding samples of those trees to estimate the effect of extractives on the relative antitermitic activities of the wood. Squalene, a triterpene, was also analysed in this experiment as this compound was the most abundant substance in the teak extracts (Lukmandaru & Takahashi 2009, Weindeisen et al. 2003). This research used three different solvents on the basis of their polarities for extracting the wood by cold extraction. The purposes of this study also included to relate the amount of the major compounds to the extractive content, as well, as to relate the amount of the active compounds to previous data on antitermitic properties (paper disc method). Materials and Methods Preparation of samples Nine Javanese teak trees were collected previously (Lukmandaru 2013) for this study. The samples of the 8-year group (trees 1 to 5) and 22-year old group (trees 6 to 9) were felled from farm forest (Jogjakarta Province). A 5 cm thick disc was removed at approximately breast height from the trees which were free of signs of incipient decay and colour variations. Each disc was divided into five parts: outer sapwood (OS), inner sapwood (IS), outer heartwood (OH), and inner heartwood (IH). With the limited amount of suitable material available, the IH zone in the 8-year old discs was excluded. Sections from two opposite radii were converted into wood meal by drilling and were then combined to form a single sample in order to minimize variation between radii, if any. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 The wood meal samples were then ground to 20-40 mesh size for chemical analyses and determination of the content of the extractives. Gas chromatography analysis Wood meal samples (one gram oven dry weight) were extracted at room temperature with 10 ml n-hexane (C6H6) and retained for one week. The extracts of n-hexane (C6H6), EtOAc, and MeOH (concentration of 100 mg ml-1) were analyzed using a Hitachi G-3500 GC equipped with FID and NB-1 capillary 30 m column. Operation temperature was 120-300 ºC with a heating rate of 4 ºC min-1 and held at 300 ºC for 15 min. Injector and detector temperatures were set at 250 ºC. Helium was used as the carrier gas, the split ratio was 80:1, and the injected volume was 1.0 μl. For quantification of individual substances, calibrations were made using known amounts of standard tectoquinone (2methyl antahraquinone). The amounts of components were expressed as mg per 100 g of oven dry weight. Pure sample of squalene and lapachol purchased from Kanto Chem were also used for confirmation. Chemical analyses of ethyl acetate (EtOAc) and methanol (MeOH) extracts were obtained separately in the same manner as described for the C6H6 extract. The identification of constituent compounds was based on their mass spectra and gas chromatographic retention behavior. GC-MS analysis was performed on a Shimadzu QP-5000 with operation conditions being similar to GC analysis. The MS operating parameters were temperature ionization voltage of 70 eV, transfer line temperature at 250 ºC, and scan range of 50-500 atomic mass unit. Desoxylapachol or its isomer was identified by comparison of their mass spectra with those from previous studies by Windeisen et al. (2003) and Perry et al. (1991). From the contents of tectoquinone, lapachol, desoxylapachol and its isomer, the total quinone content (TQC) was calculated. Extractives content determination The remainder of the extract taken for extractive analyses was filtered and the residue was washed three times with 10 ml of solvent. The extract was concentrated in a rotary film evaporator, dried and weighed to determine the extractives content. The extractives content has been calculated as a percentage (w/w) of moisture-free wood meal in the previous report (Lukmandaru 2013). Termite resistance test The termite resistance data were taken from the previous report (Lukmandaru 2013). A petri dish containing 20 g moistened and sterilized sea sand was used as a container test. Paper discs were impregnated with chloroform solution containing each extract of the test fractions. The treatment retention was 5 % (w/w) per disc. The control discs were impregnated with chloroform only and dried with the same manner. Fifty worker Reticulitermes speratus Kolbe termites were introduced into the petri dish. The petri dishes were placed in a dark chamber at 27 ºC and 80% relative humidity. After 10 days the disc were taken out, dried and the weight loss was determined. This procedure was replicated three times for each sample for each sample for a total of 93 observations. Dead termites were counted in the first day and at the end of observation. The mass loss since the start of the experiment was determined. Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 195 Statistical analysis The variation in the extractive component contents was analyzed using general linear models procedure by twoway (tree age and radial direction factors) analysis of variance (ANOVA) followed by Duncan’s multiple range test (p = 0.05). The relationships between the dependent variables were observed with a Pearson’s correlation analysis. All statistical calculations were conducted using SPSS-Win 10.0. Results and Discussion Distribution of extractives as related to natural durability The gas chromatogram of heartwood EtOAc extract is shown in Figure 1. The major compounds detected in those chromatograms were lapachol, tectoquinone, desoxylapachol and its isomer (isodesoxylapachol), and squalene. All these compounds have been reported as teak components (Lukmandaru & Takahashi 2009, Niamke et al. 2011, Sandermann & Simatupang 1966, Windeisen et al. 2003). The quantification of three soluble extracts was presented in Table 1-3. As expected, the extractive content of all of the tree age groups followed a general pattern of increasing from pith (IH) to the OH, then decreasing towards the OS. The highest amount levels of squalene, desoxylapachol and its isomer were measured in C6H6 extracts whereas tectoquinone content was determined in MeOH extracts. It was noted also that lapachol was not detected in C6H6 extracts but it was detected in other extracts although in trace amounts. In the sapwood region, particularly, the comparatively higher total quinone content levels were found in MeOH extracts. The current results also showed wide variation by examining standard deviations, even in trees from the same sites. This means that teak may not always have a high amount of certain compounds. Figure 1 Gas chromatogram of teak from ethyl acetate extract of heartwood. Five major compounds are indicated : peak 1 (Rt 10.1) & 3 (Rt 12.1) = desoxylapachol and its isomer; peak 2 (Rt 11.8) = lapachol; peak 4 (Rt 13.7) = tectoquinone; and peak 5 (Rt 27.4) = squalene. 196 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Table 1 Contents of major components (mg per 100 g of oven-dry wood) in the n-hexane soluble extracts of teakwood trees aged 8 and 22 (radial position) Components Radial position Inner sapwood Outer heartwood 8y 22 y 8y 22 y 8y 22 y Inner heartwood 22 y Desoxylapachol 0 (0)a 10.25 (10.55)b 5.65 (10.63)b 5.37 (6.18)b 9.46 (6.70)b 205.02 (144.70)c 65.85 (83.43)b Lapachol 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 8.16 (20.00) 10.37 (12.95) 3.47 (4.14) Isodesoxylapachol 3.50 (4.56) 0.35 (0.70) 3.66 (2.97) 2.90 (3.10) 11.05 331.15 (539.30) 18.95 (29.97) 0 (0) 3.90 (2.61) 2.78 (4.72) 4.15 (3.59) 42.06 (65.05) 19.37 (6.94) 26.87 (19.40) 5.51 (4.84)d 22.40 (13.11)e 16.23 (7.21)e 100.45 (47.95)f 110.25 473.78 (346.94)g 454.72 (453.15)g 3.50 (4.56)h 14.50 (12.24)h 12.10 (14.25)h 12.42 (5.16)h 565.92 (649.97)j 115.15 (130.41)i Tectoquinone Squalene Total quinone content Outer sapwood (7.03) (89.08)f 70.75 (92.52)i Table 2 Contents of major components (mg per100 g of oven-dry wood) in the ethyl acetate soluble extracts of teakwood trees aged 8 and 22 (radial position) Outer sapwood Radial position Inner sapwood Outer heartwood 8y 22 y 8y 22 y 8y 22 y Inner heartwood 22 y Desoxylapachol 0 (0)a 0.30 (0.21)b 0.02 (0.04)b 1.00 (0.91)c 1.10 (1.70)c 70.70 (55.70)d 11.10 (12.19)c Lapachol 0.10 (0.13) trace 0.70 (0.84) 0.60 (0.39) 3.80 (4.54) 29.60 (51.30) 8.00 (12.85) Isodesoxylapachol 0.30 (0.28)e 0.40 (0.78)e 0.50 (0.75)e 1.30 (1.62)e 4.60 (3.41)f 77.8 (76.50)g 13.60 (10.82)f Tectoquinone 0.10 (0.17)h 0.90 (1.16)h 1.20 (2.77)h 3.10 (5.14)h 20.20 (20.63)i 44.8 (43.75)i 20.70 (24.40)i Squalene 0.60 (0.56)j 1.30 (1.15)j 2.00 (3.09)j 10.90 (8.80)j 14.90 (26.14)j 75.80 (29.12)k 36.20 (24.73)k Total quinone content 0.50 (0.19)l 1.60 (2.07)l 1.70 (4.08)l 2.50 (5.00)l 30.00 (26.83)m 490.00 (646.89)n 50.00 (57.15)m Components Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 197 Table 3 Contents of major components (mg per 100 g of oven-dry wood) in the methanol soluble extracts of teakwood trees aged 8 and 22 (radial position) Components Outer sapwood Radial position Inner sapwood Outer heartwood Inner heartwood 22 y 38.60 (39.27) 5.40 (7.08) 8y 22 y 8y 22 y 8y 22 y 18.5 7.00 39.20 21.60 2.00 49.90 (31.05) (4.00) (74.11) (39.41) (2.43) (98.16) Lapachol 0.69 5.00 1.10 3.80 2.50 41.10 (0. 96) (4.81) (1.44) (6.42) (3.64) (75.63) Isodesoxylapachol 2.80 1.90 3.90 2.80 4.30 25.10 18.60 (2.67) (3.21) (2.45) (3.82) (4.04) (36.17) (20.48) Tectoquinone 13.10 10.90 7.70 14.20 17.80 101.60 53.80 (20.62)a (17.97)a (14.79)a (15.10)a (10.82)a (60.69)b (17.92)b Squalene 2.10 7.30 5.60 26.90 22.00 143.80 97.20 (2.75)c (3.64)c (4.19)c (20.65)dc (21.95)dc (45.23)d (44.52)d Total quinone 33.30 25.00 50.00 42.50 25.00 215.00 112.50 content (37.77)e (23.80)e (76.42)e (59.09)e (17.61)e (165.43)f (60.21)f Note for Table 1-3 : Mean of 5 trees (8 years old) and 4 trees (22 years old), with the standard deviation in parentheses. The same letters in the same row are not significantly different at p < 5% by Duncan’s test. tr = trace (detected, the value < 0.01 %). Desoxylapachol Factorial analysis of variance (Table 4) revealed different results among the extracts. For example in desoxylapachol content, significant interactions were calculated in both C6H6 and EtOAc extract but not in MeOH extracts. Further, in the analysis of tectoquinone content, radial variation affected signicantly in EtOAc extract. A significant interaction was found in MeOH content while no significant effects of tree age and radial direction in C6H6 extracts. With regard to total quinone content, however, interactions were found in all extracts. Those differences reflect the specific capacity in each extract to dissolve the main components of teak. In this regard, the most effective solvent should be choosen by considering the most extracting solvent. By ANOVA, in the C6H6 soluble extracts, the significant differences between IS and OS were measured in squalene contents while in the EtOAc and MeOH 198 soluble extracts, no significant differences were found. In the C6H6 and EtOAc soluble extracts between the OH and IH, significant differences were found in desoxylapachol and its isomer as well as TQC contents. No significant differences were determined between IH and OH in any component contents in the MeOH soluble extracts. The tree age factor affected signicantly in desoxylapachol, isodesoxylapachol, squalene, and TQC contents in the heartwood region. Both in the C6H6 and EtOAc soluble extracts, the tree age factor affected signicantly desoxylapachol, isodesoxylapachol, squalene, and TQC contents in the heartwood region. In the sapwood region, the same tendency was found also in squalene content in the C6H6 extracts and desoxylapachol content in the EtOAc and MeOH extracts. In the MeOH extracts, it was noted that tree age factor affected significantly tectoquinone contents in the heartwood region. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Table 4 Factorial analysis of variance results (probability) for three different extracts (nhexane, ethyl acetate, and methanol) Components Tree age a) n-hexane extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone Squalene Total quinone content b) Ethyl acetate extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone Squalene Total quinone content c) Methanol extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone Squalene Total quinone content Source of variation Radial direction Tree age x radial direction <0.01** 0.84 0.12 0.59 0.04* 0.05 <0.01** 0.16 0.12 0.09 <0.01** <0.01** <0.01** 0.96 0.09 0.54 0.13 0.02* <0.01** 0.13 0.01* 0.21 <0.01** 0.06 <0.01** 0.15 <0.01** <0.01** <0.01** 0.03* <0.01** 0.11 <0.01** 0.31 <0.01** 0.04* 0.74 0.12 0.24 <0.01** <0.01** 0.04* 0.84 0.26 0.15 <0.01** <0.01** 0.05 0.31 0.23 0.16 <0.01** <0.01** <0.01** ** Significant at 1 % level, * significant at 5 % level As expected, the interaction in the C6H6 and EtOAc extract showed that the highest desoxylapachol and TQC levels were found in the outer heartwood of 22 -year old trees while no significant differences were found between the IH of 22- and OH of 8-year old trees. Different tendencies between C6H6 and EtOAc extracts were seen in squalene and isodesoxylachol amounts. In the sapwood region, it was noted that IS of 22-year old trees gave the highest amounts in squalene content in C6H6 and MeOH extracts as well as desoxylapachol content in EtOAc extracts. In the MeOH extracts, with regard to tectoquinone content, significant differences were counted merely between sapwood and heartwood regions as the highest tectoquinone content were measured in the heartwood of 22-year old trees. Further, on the basis of interactions, it was also revealed that the highest TQC were found in the heartwood of 22-year-old trees. The OH from 8- and IH from 22-year old trees were formed in approximately the same growing seasons (juvenile region, 4–6th ring). It was revealed the significant differences in the squalene (C6H6 and EtOAc soluble extracts), tectoquinone and TQC levels (MeOH soluble extracts). Sandermann and Dietrichs (1959) observed that the concentration of tectoquinone was highest in the center of heartwood. Although the highest tectoquinone level was measured in the OH region of 22-old trees, the ANOVA revealed that there was not a statistically significant difference with those in the IH. Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 199 Table 5 Pearson’s correlation coefficients between extractive content and extractive component contents in three different solvents Compound Extractive content n-hexane Ethyl acetate Methanol Desoxylapachol 0.52** 0.67** 0.37* Lapachol 0.48** 0.44 ** 0.07 Isodesoxylapachol 0.41* 0.55** 0.41* Tectoquinone 0.55** 0.68** 0.44** Squalene 0.68** 0.79** 0.48** Total quinone content 0.49** 0.54** 0.49** ** Significant at 1 % level, * significant at 5 % level Previous communication (Lukmandaru 2013) exhibited the less antitermitic activity in the sapwood parts compared to heartwood in all extracts. Further, it was showed that the OH was more resistant compared to the IH in C6H6 and EtOAc soluble extracts. As would be expected, the sapwood values were significantly lower than heartwood for desoxylapachol, isodesoxylapachol, tectoquinone, squalene, and TQC contents. Levels of desoxylapachol, and TQC in the OH were significantly higher than in the IH of 22-year old groups. On the basis of radial direction and tree age, no statistical differences were observed with regard to termite mortality rates in the MeOH extracts. This is unexpected result as there was a significantly higher tectoquinone content in the heartwood of 22-year old tree samples. It is thought that MeOH extracts more extractives than other solvents so that more compounds, especially nonquinones, affected the behaviour of mortality rates in the previous experiment.As lapachol, desoxylapachol, and tectoquinone have been reported to be active against termites (Lukmandaru 2012, Rudman & Gay 1961, Sandermann & Simatupang 1966), this finding confirms that teak from community forest trees begin producing toxic constituents at the young tree stage. The 200 low amounts of toxic compounds in the sapwood and inner heartwood corresponds reasonably well with Da Costa et al. (1958), Lukmandaru and Takahashi (2008), and Rudman et al. (1967), who reported that the wood regions near pith and sapwood were much less resistant to termite attack than the outer heartwood by using wood blocks method. Rudman et al. (1958) concluded that, although tectoquinone exhibited strong antitermitic properties, this compound was not the sole cause of termite resistance. The considerable amounts of desoxylapachol and its isomer identified in this study suggests that these compounds, along with tectoquinone, play an important role in generating resistance to termites. Da Costa et al. (1958) reported that termite antifeedancy of the outer heartwood increases significantly with the age of the tree. That phenomenon may be related to differences in the amount of desoxylapachol and its isomers between the trees. Relationship between extractive compounds and total extractive contents The Pearson correlations between the extractive content and various extractive compounds are presented in Table 5. Correlations of a comparatively high J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 degree were observed between the EtOAc extrative content and squalene (r=0.79) whereas the highest degree of quinone compounds were observed between EtOAc extractive content and tectoquinone content levels (r=0.68). This result suggests that squalene and some quinones were more dissolved in EtOAc so that it could describe its extractive content. The preliminary work (Lukmandaru 2013) revealed that extractive content moderately correlated with antitermitic properties. Thulasidas et al. (2007) demonstrated that the quinones present in teak wood even in minor amount is more significant than its extractive content level against some fungi. As this present results confirmed that no strong correlation was found between quinones and antitermitic propertes, it might partially explain the weak relation between extractive content and antifungal or antitermite properties. Relationship between extractive compounds and antitermitic properties Correlation analysis between termite resistance parameters and main compounds is shown in Table 6. The highest degree of correlations were determined between mass loss and squalene content in C6H6 extract (r=0.62) or MeOH extract (r=-0.57) in the sapwood region. Further, in the EtOAc extracts, the correlations were measured between mass loss and desoxylapachol content (r=-0.60) as well as between mortality rates and isodesoxylapachol content (r=-0.58) in the sapwood region. Those correlations meant the wood is more resistant against the termites when the content of squalene or desoxylapachol was higher in the sapwood areas. A negative correlation between mortality rates and isodesoxylapachol seemed to be odd as it is interpreted the more isodesoxylapachol content, the less mortality rates of termites will be. The explanation might be the low quantity of isodesoxylapachol in the sapwood did not directly affect its toxicity but along with the non-structural carbohydrates, it affected the formation other toxic quinones in the sapwood (Haupt et al. 2003, Niamke et al. 2011). As the corellations were observed merely in the sapwood region, it is assumed that the less complexity of extractive composition in that area would make it easier to predict its natural termite resistance properties than in the heartwood. Although the tritrepene squalene was never mentioned to be an active compound against termites, this finding suggests that this compound could be a hydrophobic barrier, particularly in the sapwood parts. It is generally known that subterranean termites requires more humidity to survive compared to dry-wood termites. Thus, it is necessary to explore the role of squalene in the future work. On the other hand, tectoquinone, as the principal component against termites (Sandermann and Simatupang 1966), did not show any significant correlations with antitermitic properties by this method. Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 201 Table 6 Pearson’s correlation coefficients between antitermitic properties by paper discs method and extractive component contents in three different solvents Components Total Antitermitic properties Mass loss Mortality rate Sapwood Heartwood Total Sapwood Heartwood a) n-hexane extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone Squalene Total quinone content b) Ethyl acetate extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone -0,37* -0.34 -0.21 -0.41* -0.51* -0.32 -0.39 0.31 -0.45 -0.62** -0.36 -0.19 -0.32 -0.13 -0.31 -0.39 -0.20 -0.37* -0.30 -0.20 -0.40* -0.43* -0.31 -0.46 0.20 -0.34 -0.33 -0.41 -0.18 -0.16 -0.09 -0.24 -0.18 -0.15 -0.33 -0.19 -0.34 -0.49** -0.60** -0.12 -0.48* -0.38 -0.18 -0.13 -0.23 -0.44 -0.52* 0.16 -0.58** -0.36 -0.08 -0.07 -0.23 -0.52 Squalene -0.56** -0.58* -0.40 -0.45 -0.15 -0.27 -0.22 -0.18 -0.28 -0.18 -0.35 0.57** 0.47** -0.26 -0.23 -0.14 -0.08 -0.13 -0.28 -0.37* -0.55** -0.30 -0.05 -0.27 -0.07 -0.14 -0.57* -0.13 -0.13 0.12 -0.06 0.04 -0.20 -0.02 -0.26 0.00 -0.32 -0.35 -0.46* -0.33 -0.10 0.08 -0. 03 -0.26 -0.33 -0.01 -0.27 0.26 -0.15 0.04 -0.09 -0.05 Total quinone content c) Methanol extract Desoxylapachol Lapachol Isodesoxylapachol Tectoquinone Squalene Total quinone content ** Significant at 1 % level, * significant at 5 % level . Previous investigation (Lukmandaru & Takahashi 2009) in the form of wood blocks resulted negatively moderate correlation between mass loss and tectoquinone (r=-0.49) or isodesoxylapachol (r=-0.47). Thus, it is still difficult to predict its termite resistance by choosing one parameter, particularly in the juvenile stages both in the natural condition form (wood blocks) and extracts form (in vitro). Multivariate regressions would be helpful to describe any possibilities of sinergistic or antagonistic relationship among the extractive components of teak wood. In 202 other species, Taylor et al. (2006) found that variations in extractive components could not sufficiently explain the variation in fungal and termite resistance of Thuja plicata and Chamaecyparis nootkanensis wood. De Bell et al. (1997) found that the variations in tropolone contents, particularly in low levels, could not directly related to its antifungal properties of Thuja plicata. Conclusions Tree age and radial position affected the presence and amount of quinone components detected in teak extracts. In J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 addition, the extracting solvents also influenced the results of which n-hexane gave the highest amount of some quinones. This study demonstrated that teak at the young tree stage begin producing toxic constituents such as tectoquinone, desoxylapachol and isodesoxylapachol even in the sapwood. Considerable variation was observed in the extractive component contents of wood samples taken from the same site. On the basis of significant interactions, the highest desoxylapachol and total quinone contents were found in the outer heartwood of 22-year old trees. In the sapwood region, the highest amounts in squalene and desoxylapachol were observed in the inner sapwood of 22-year old trees. The toxic quinone component contents were positively correlated with total extractive content, with the highest correlation degree being observed in the tectoquinone content. The amount desoxylapachol was moderately correlated with antifeedant properties in the sapwood. Variation in the individual active quinone contents as well as total quinone components, however, could not explain satisfactorily the variation in termite resistance. References Bhat KM, Florence EJM. 2003. Natural decay resistance of juvenile teak wood grown in high input plantations. Holzforschung 57:453-455. Da Costa EWB, Rudman P, Gay FJ. 1958. Investigations on the durability of Tectona grandis. Emp. For. Rev. 37:291-298. De Bell J, Morrell JJ, Gartner BL. 1999. Within-stem variation in tropolone content and decay resistance of second-growth Western Redcedar. Forest Sci. 45:101-107. Haupt M, Leithoff H, Meier D, Puls J, Richter HG, Faix O. 2003. Heartwood extractives and natural durability of plantation-grown teakwood (Tectona grandis L.)—a case study. Holz RohWerkst 61:473-474. Lukmandaru G. 2012. Bioactive extracts from neutrals of teakwood (Tectona grandis L.f.). Proc 3rd International Symposium of Indonesian Wood Research Society. Yogyakarta, p. 328332. Lukmandaru G. 2013. The Natural Termite Resistance of Teak Wood Grown in Community Forest. J Ilmu Teknologi Kayu Tropis 11(2): 131139 Lukmandaru G, Takahashi K. 2008. Variation in the natural termite resistance of teak (Tectona grandis L.f.) as a function of tree age. Ann For Sci. 65:708 p1-p8 Lukmandaru G, Takahashi K. 2009. Radial distribution of quinones in plantation teak (Tectona grandis L.f.). Ann. For. Sci. 66:605 p1–p9 Niamké FB, Amusant N, Charpentier JP, Chaix G, Baissac Y, Boutahar N, Adima AA, Coulibaly SK, Allemand CJ. 2011. Relationships between biochemical attributes (non-structural carbohydrates and phenolics) and natural durability against fungi in dry teak wood (Tectona grandis L. f.). Ann. For. Sci. 68:201-211. Perry NB, Blunt JW, Munro MHG. 1991. A cytotoxic and antifungal 1,4 naphtaquinone and related compounds from a New Zealand brown alga, Landsburgia quercifolia. J Nat. Prod. 54:978-985. Rudman P, Da Costa EWB, Gay FJ. 1967. Wood quality in plus trees of teak (Tectona grandis L. f.) : an Quinones Distribution of Teak Wood Grown in Community Forest Ganis Lukmandaru 203 assessment of decay and termite resistance. Sylvae Genet. 16:102 -105. Rudman P, Da Costa EWB, Gay FJ, Wetherly AH. 1958. Relationship of tectoquinone to durability in Tectona grandis. Nature 181:721-722. Rudman P, Gay FJ. 1961. The causes natural durability in timber part VI. Measurement of anti-termite properties of anthraquinones from Tectona grandis L.f. by rapid semimicro method. Holzforschung 15:117120. Sandermann W, Dietrichs HH. 1959. Chemische untersuchungen an Teakholz. Holzforschung 13:137-148. Sandermann W, Simatupang MH. 1966. On the chemistry and biochemistry of teakwood (Tectona grandis L. fil). Holz Roh-Werkst 24:190-204. heartwood extractive fractions of Thuja plicata and Chamaecyparis nootkanensis on wood degradation by termites or fungi. J Wood Sci. 52: 147-153. Thulasidas PK, Bhat KM. 2007. Chemical extractive compounds determining the brown-rot decay resistance of teak wood. Holz RohWerkst 65:121-124. Windeisen E, Klassen A, Wegener G. 2003. On the chemical characterization of plantation teakwood (Tectona grandis L.) from Panama. Holz Roh-Werkst 61:416418. Riwayat naskah: Naskah masuk (received): 29 April 2015 Diterima (accepted): 30 Juni 2015 Taylor AM, Gartner BL, Morrell JJ, Tsunoda K. 2006. Effects of 204 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 The Effect of Jabon Veneer Quality on Laminated Veneer Lumber Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu1*, Wayan Darmawan1, Naresworo Nugroho1, Remy Marchal2 1 Department of Forest Products, Faculty of Forestry, Bogor Agricultural University (IPB), Bogor (16680), Indonesia. 2) CIRAD, 73 Rue Jean-François Breton, 34398 Montpellier Cedex 5, France *Corresponding author: [email protected] Abstract Jabon (Anthocephalus cadamba) is a fast growing wood species widely planted by community in Indonesia. Jabon has large percentage of juvenile wood which affect its veneer quality. This research objective were to determine the effects of wood juvenility and pretreatment on lathe checks, surface roughness and contact angle of the 3.00 mm rotary-cut jabon veneer and to analyze the impact of lathe checks frequency on the LVL glue bond and bending strength. Jabon logs were subjected to boiling in 75 °C water for 4 h. Then they were peeled to produce 3.00 mm veneers in thickness. Frequency, length and depth of lathe checks were measured per 10 cm veneer length by using optical microscope. Laminated veneer lumber (20x20x500) mm3 were made from 7-ply of jabon veneers by using Poly Vinyl Acetate (PVAc) as adhesive. Glue bond strength and bending strength were measured by UTM Instron. The results showed lathe check (frequency, length and depth), surface roughness and contact angle were influenced by juvenility. Glue bond strength, Modulus of Elasticity (MOE) and Modulus of Rupture (MOR) of jabon LVL decreased as frequency of lathe check increased. Keywords: Anthocephalus cadamba, juvenile wood, laminated veneer lumber, lathe check, surface roughness, wettability Abstrak Jabon (Anthocephalus cadamba) adalah salah satu kayu cepat tumbuh yang banyak di tanam di Indonesia. Jabon memiliki persentase kayu juvenile yang besar yang dapat mempengaruhi kualitas finirnya. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh kayu juvenile dan perebusan terhadap retak kupas, kekasaran permukaan dan sudut kontak serta untuk menganalisa pengaruh frekuensi retak kupas terhadap keteguhan rekat dan lentur Laminated Veneer Lumber (LVL) jabon. Sebelum dikupas, log jabon direbus dalam air yang bertemperatur 75 °C selama 4 jam. Kemudian log dikupas untuk menghasilkan finir setebal 3.00 mm. Frekuensi, panjang dan kedalaman retak kupas diukur pada 10 cm panjang finir, menggunakan mikroskop optik. Laminated veneer lumber berukuran (20x20x500) mm3 dibuat dari 7 lapis finir yang direkat menggunakan Poly Vinyl Acetate (PVAc). Keteguhan rekat dan keteguhan lentur diukur menggunakan UTM Instron. Hasil penelitian menunjukkan frekuensi, 98 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 panjang, dan kedalaman retak kupas, kekasaran permukaan serta sudut kontak dipengaruhi oleh kayu juvenile. Keteguhan rekat, modulus of elasticity (MOE) dan modulus of rupture (MOR) LVL jabon menurun seiring dengan meningkatnya frekuensi retak kupas. Kata kunci: Anthocephalus cadamba, kayu juvenile, kekasaran permukaan, keterbasahan, laminated veneer lumber, retak kupas Introduction Jabon (Anthocephalus cadamba) is a fast growing wood species widely planted by community in Indonesia. The jabon trees in the age of 5 years can reach breast height diameter up to 28 cm. Though all part of the trees in the age of 5 years are juvenile (Rahayu et al. 2014). Recently the jabon wood has been rotary cut for laminated wood products. However, as the jabon logs are being peeled and much more juvenile woods are being utilized, severe lathe check veneer would undoubtedly be produced and manufactured. Therefore, it considerably needs to study lathe checks of veneer peeled from the jabon logs, and their effect on the glue bond and bending strength. The quality of veneer, such as moisture content, density, lathe checks, and surface roughness would influence the bonding strength of the veneers (Dundar et al. 2008). Among these factors, lathe check and surface roughness are the important factors on the bonding strength. The risk of this checking can be reduced by using a nosebar (Kollmann et al. 1975). However, recent spindle less rotary lathes, which are widely used to peel small log diameter of fast growing wood species, have not been completed with an adjustable nosebar. A boiling treatment of bolts would be considered to reduce the lathe check. Jabon logs boiled in water at 75 °C for 4 h, could reduce the lathe check frequency of jabon veneers (Kabe et al. 2013). The measurement of lathe check methods and devices for lathe check detection are not so common. Palubicki et al. (2010) develop lathe check method by using pulley to arch the veneer. The success of measurement is strongly influenced by the choice of pulley diameter. He investigate that when diameter of the pulley is too small, the measurement process will lead to cracking and increase the depth of lathe check thus the measure is not reliable. Otherwise, if diameter of pulley is too large, veneer cracks would not open so it is difficult to be detected by the camera. Therefore, in this study, we adopted other method that develops by Jung and Day (1981). Before measuring, the ink is stained on the loose side of veneer to obtain better observation on the lathe check, without increasing the depth and length of lathe check. Wetting is a term to describe what happens when a liquid comes into contact with a solid surface. To obtain proper interfacial bonding and a strong adhesive joint, good adhesive wetting, proper solidification (curing) of the adhesive and sufficient deformability of the cured adhesive (to reduce stresses that occur in the formation of the join) is important (Shi & Gardner 2001). The wettability of wood was usually evaluated by contact angle measurement. Dropping some fluids (water or adhesive) on to the loose side or tight side of veneers are common method to The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 99 measure contact angle (Shi & Gardner 2001, Sulaeman et al. 2009). One of the most significant technical advantages of laminated veneer lumber (LVL) is that specific performance characteristics can be considered in its design. By strategically placing selected veneer sheets within the composite, it is possible to manufacture a wood-based product that has well-controlled physical and mechanical properties (Wang et al. 2003). Daoui et al. (2011) recommend carefully selecting the veneers to be used in composing LVL. The effect of lathe checks on glue-bond quality, modulus of elasticity (MOE) and modulus of rupture (MOR) during laminated veneer lumber (LVL) production should be also important by considering that the increasing of lathe check on the veneer would lead to lower glue bond quality and bending strength (MOE and MOR). Veneer with more frequent lathe checks may result in a higher incidence of delamination. To avoid delamination, the LVL may be typically produced by increasing the adhesive spread rate. Although increasing the adhesive spread rate is a common practice, however a question on how lathe checks affect the LVL gluebond and bending strength would exist. Investigation of lathe check characteristics of veneer from fast growing jabon and its LVL glue-bond and bending strength, gets less concern. Therefore it requires such study. The objectives of this study were 1) To determine the effects of wood juvenility and pretreatment on lathe checks, surface roughness and contact angle of the 3.00 mm rotary-cut jabon (A. cadamba) veneer; and 2) To analyze the impact of lathe checks frequency on the LVL gluebond and bending strength. 100 Materials and Methods Wood sample Tree sample used in this study was jabon (Anthocephalus cadamba). Wood samples were taken from 28 cm diameter of 5 years old stem which growth at Sukabumi, West Java, Indonesia. Veneer quality Logs preparation for rotary cutting Jabon log sections (bolts) in length of 60 cm were taken from each tree. Four bolts of about 28 cm in diameter were selected. The first two bolts were soaked in water at room temperature as control, and the other two bolts were subjected to boiling process in hot water at 75 °C for 4 h. Subsequently, the bolts were peeled off to obtain veneers in the thickness of 3.00 mm. The other factors such as knife angle, peeling angle, nose bar pressure, log temperature, peeling speed were kept constant in the study. A specified 1 cm width of radial increment was made from pith to bark on the cross section of logs and numbered consecutively (No. 1 - 7) as shown in Figure 1. The logs were peeled using a spindle less rotary lathe. The bolts were peeled up to core diameter of 10 cm. Veneer in each radial increment was measured for characterizing the thickness variation, lathe checks frequency and surface roughness. Measurements of thickness variation Veneer sheets produced from each radial increment were collected and clipped to (10x60) cm2 veneer specimens. Three test specimens were used for the measurements of thickness variation. Six points of thickness measurements were marked on the side of each test specimen. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 7 6 5 Stressfield: Bolt 4 Roller nosebar 3 2 1 Compression Tension Cor e Lathe check Veneer’s loose side Knife 20o Figure 1 Peeling diagram on the cross section of logs to produce veneers from segmented rings number 1 to 7, and stress (tension and compression) occurring during the peeling (Darmawan et al. 2015). Measurements of lathe check frequency The test specimen was kept in the green condition. In order to be able to observe lathe checks clearly (improve contrast), red ink was stained on loose side of veneer samples. Then an optical video microscope was used to capture images from the surface of veneer's loose side. The images then were analyzed using motic image software to count the lathe checks frequency, length (l) and depth (d) (Figure 2). Frequency of lathe check was presented as the number of lathe check per 10 cm length of veneer. d l Lathe check Veneer 1 mm Figure 2 Veneer presenting the lathe checks. The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 101 Surface roughness measurement A portable surface roughness tester TR200 was used for roughness evaluation of the samples. A total of 10 roughness measurements were conducted according to JIS standard 2001 by using the roughness tester. Measurements were performed on each surface roughness test specimen across the grain orientation of the veneer. Measurements were repeated whenever the stylus tip fell into the pores. The calibration of the instruments was checked in every 100 measurements by using a standard reference plate with Ra values of 7 μm. Average roughness (Ra) values were recorded to evaluate surface roughness. Measurements of contact angle Liquid wettability of wood usually evaluated by contact angle measurement. Water and PVAc were dropped by using pipette on loose side of veneer (Figure 3). Pictures were taken during three minutes period (started from 10 seconds after initial drop, until 180 second after initial drop). Those images were analyzed by motic image software to measure their contact angles. Then, a equilibrium contact angle was determined by PROC NLIN from SAS. LVL production, glue bond bending strength measurements and LVL production The veneer specimens were conditioned at relative humidity (RH) of 85% and temperature of 25 °C to an air-dry moisture content of 12%. Water based polymer PVAc resin adhesive was used for producing 20 mm thick of LVL panels. The PVAC resin had a viscosity of 90-110 poise at 23 °C, pH 4-5, solid material 50+1% and a density of 1.23 g cm-3. LVL panels with dimension of (20x20x500) mm3 were manufactured by 3mm veneer thick (7-ply) at each segmented rings. The spread volume of the PVAc resin was 260 g m-2 on single bonding surface of the veneers as recommended by the manufacture. The glue was uniformly spread on the surface of veneers by hand brushing. Assembled samples were pressed in a cold press at a pressure of 2.5 kg cm-2 for 45 min. The resulting LVL panels were allowed to a stable condition for 72 h before cutting into test specimens. b Figure 3 Contact angle of water (a) and PVAc as adhesive (b). 102 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Glue bond and bending strength test The glue bond and bending strength test were conducted for the LVL specimen. Prior to the testing, the specimens were conditioned for 2 weeks at 25 °C and 85% relative humidity to air dry moisture content (±12%). The glue bond and bending tests were carried out on an INSTRON universal testing machine. Perpendicular to the fiber and glue line (flatwise) and two point bending test for modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE) tests were carried out according to EN standard (EN 789). Specimen size for the bending tests was 400 mm long by 20 mm wide by 20 mm thick of LVL. Glue-bond tests were also carried out according to JAS SE 11. The dimension of test samples was 50 mm length by 20 mm width by 20 mm thick. A loading rate of 10 mm min-1 was used in all tests according to the JAS SE 11. Loading on the glue bond test was continued until separation between the surfaces of the specimens occurred. Results and Discussion Veneer quality Variation of veneer thickness Thickness of veneer (mm) Uniformity of veneer thickness is a very important factor affecting the quality of glue bond strength in LVL or plywood. The result in Figure 4 shows that thickness variations of rotary cut jabon veneers are occurred. The thickness of jabon veneer peeled from some bolts, which was intended to be 3.00 mm, ranged from a minimum of 2.50 mm to a maximum of 3.38 mm. Due to our spindle less rotary lathe was not able to peel 3.00 mm veneer, so that the targeted 3.00 mm veneer thickness was not accomplished. However, the uniformity of veneer thickness variation from pith to bark was reached. Coefficient of variations of the veneer thickness from pith to bark calculated was 1.02% for the veneers from control log and 2.17% for the veneers from boiled veneers. By considering the coefficient of variations was less than 6%, the bolts of jabon were correctly peeled to maintain the thickness regularity. Lathe check frequency, depth and length Figure 5 shows average values of frequency of lathe check per 10 cm of veneer length taken from the loose side of the veneer. The average frequency of lathe check tended to decrease from pith to bark of the veneers. The veneers near the pits showed larger frequency of lathe check. Several researchers also observe the same trend on 2.00 mm jabon and sengon veneers (Kabe et al. 2013, Darmawan et al. 2015). 4.0 Control Boiled 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial increment from pith to bark Figure 4 Variation of veneer thickness from pith to bark. The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 103 Number of lathe check per 10 cm veneer length Control Boiled 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Radial increment from pith to bark 7 Figure 5 Variation of lathe check frequency from pith to bark for the 3mm jabon veneer. Higher lignin content of the wood near the pith could be responsible for high frequency of lathe check of the veneers taken from the inner parts of the jabon logs. Juvenile wood is an important wood quality attribute because it have lower density, larger fibril angle, and higher lignin content and slightly lower cellulose content than mature wood (Bao et al. (2001). Higher frequency of lathe check near the pith could be also caused by smaller radius of its natural curvature in the bolt, which imposed greater tension during the flattening. The results in Figure 4 also reveal that veneers with lower average frequency of lathe checks are produced by bolts boiled for 4 h at temperature of 75 °C, when compare to control bolts. This result gave an indication that boiling at a higher temperature resulted in better surface properties of the veneers. It could be announced that jabon bolts boiled for 4 h at 75 °C could be proposed before manufacturing veneers from the jabon wood. The boiling of jabon bolts at the temperatures and periods is considered to soften the jabon bolts during the peeling process. A softening process does temporarily alter the microstructure of the wood, making it more plastic due to thermal expansion of cellulose, and softening of lignin in the cell wall (Jorgensen 1968). 104 According to Darmawan et al. (2015), the thicker veneer peel from the logs tends to produce larger frequency of lathe check compare to thinner veneer. The frequency of lathe check per 10 cm veneer length near pith was 59 and 50 for jabon control and boiled logs, subsequently. While, at near bark were 20 (for control log) and 21 (for boiled log). Kabe et al. (2013) finds the frequency of lathe check for 2.0 mm jabon veneers were 26 (for control logs) and 14 (for boiled logs) The second variable that is important in determining the veneer quality is deep or shallow lathe check. The depth of lathe check in percent of veneer thickness increased from pith to bark (Figure 6). The lathe check frequency of veneers near pith was approximately twice larger than near the bark. It can be considered that lathe check on the loose side of veneer was generated due to tensile stress in bending at the rake face of the knife (Figure 1). Then, further unbending process during for flattening the veneer from its natural curvature caused the increase of lathe check. Surface tension generated by unbending process would increase with veneer thickness, and much more cutting splits occurred during peeling and so it would generate deeper and longer lathe check (Figure 6 and 7). J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial increment from pith to bark Depth of lathe check (percent of veneer thick) Depth of lathe check (mm) Control Boiled 2 Control Boiled 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial increment from pith to bark Length of lathe check (mm) Figure 6 The progress of depth of lathe check from pith to bark. Control Boiled 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial increment from pith to bark Figure 7 The progress of length of lathe check from pith to bark. The thicker the veneer peeled, the deeper the lathe check will be. The depth of lathe check near pith were 0.65 mm (control log) and 0.52 mm (boiled log), while near bark were 0.96 mm (control log) and 0.94 mm (boiled logs). Kabe et al. (2013) states that the depth of 2.00 mm jabon veneer is 0.58 mm. The other lathe check measured in determining veneer quality was length of lathe check. The length of lathe check tended to slightly fluctuate from pith to bark. The length of lathe check followed the behaviors of the depth of lathe check. The average lathe check length for control and boiled veneers were 1.21 and 1.11 mm, respectively. Surface roughness The average Ra values tended to decrease from pith to bark of the veneers. The veneers near pits showed larger Ra values. Further Tanritanir et al. (2006) investigate the effect of steaming time on surface roughness of beech veneer and they also found that the roughness of veneer sheets taken from heartwood (near pith) had higher values than those of sapwood (near bark). Average Ra values of the samples manufactured from the logs with a temperature of 75 °C from pith to bark were 13.5 µm. These values were significantly lower than those of the samples soaked in cold water (control). Findings in this study suggest that surface roughness of the veneer improved with increasing log temperature. This result corresponded with Aydin et al. (2005), who discovered the same trend on spruce veneer. Hecker (1995) reported that heating time and log temperature influenced significantly The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 105 surface characteristics of veneer samples. It seems that higher temperature resulted in better surface properties of the samples based on the results of the tests. This finding would also contribute to reduced resin consumption during the gluing and making veneer more plastic during the peeling so that veneer with enhanced surface quality can be produced without any defects. Wettability – contact angle We could conclude that jabon veneers had lower wettability when PVAc was dropped into veneer loose side when compare to water (Figure 8). It was due to PVAc had higher viscosity than water so that adhesive was slower and more difficult penetrating jabon veneers. Surface wettability decrease as fluid viscosity increase (Gavrilovic-Grmusa et al. 2012). The correlation between Water 80 60 160 7 control 4 control 2 control 7 boiled 4 boiled 2 boiled PVAc 140 Contact angle (°) Contact angle (°) 100 equilibrium contact angle and lathe check frequency and surface roughness were made. The results were shown on Table 1. On jabon boiled, surface roughness did not show negative effect on equilibrium contact angle. We suspected that there were alteration in jabon wood microstructure caused by boiling pretreatment. So that, equilibrium contact angle was not only influenced by lathe check frequency and surface roughness, but also wood structure. In line with Shi and Gardner (2001) who state that liquid penetration in the phase of wetting is mainly related to the wood structure.Though in general, from those linear regressions, we could conclude that veneers from boiled logs had better wettability than veneers from control logs. This characteristic would contribute to LVL glue bond and bending strength. 40 20 120 100 7 control 4 control 2 control 7 boiled 4 boiled 2 boiled 80 60 0 40 0 50 100 150 Time (seconds) 200 0 50 100 150 Time (seconds) 200 Figure 8 Average contact angle on veneer loose side from pith to bark when being dropped by water and PVAc as adhesive. 106 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Table 1 Multiple linear regression equation and correlation coefficients (Y = contact angle, X1 = frequency of lathe check, X2 = surface roughness, R2 = determination coefficient) Linear regression R2 Control Y= 114.20 – 0.088X1 – 0.19 X2 98% Boiled Y= 25.38 – 1.65 X1 + 10.21 X2 90% coefficients according to the lines in Figure 9b are summarized in Table 2. The glue bond strengths of veneer glueline on the LVL increased from pith to bark for LVL from control and boiled veneers (Figure 9a). The results suggest that increasing proportion of veneer near the pith would decrease the glue-line's capacity to withstand concentrated shear stresses, thus resulting in higher amounts of glue-line failure and a reduction in percent wood failure. However, as the proportion of veneer near bark at the tight-side glue-line increased, percent glue-line failure decreased. This was attributed to an interaction between the juvenility (Figure 9a) and the frequency of lathe check (Figure 9b). The glue bond strength had a statistically significant, negative correlation to lathe check frequency, and its correlation Lathe check frequency was the first variable analyzed to explain the glue bond strength. As lathe check frequency of veneers in between the glue line increased, the amount of bridging wood material between each lathe check decreases. This decrease would reduce contact between the layers resulting in a weak glue line and low glue bond strength of the LVL. This result was in agreement with DeVallance et al. (2007), who reported that a high frequency of lathe checks results in lower strength. The LVL failures after glue bond test were observed and evaluated visually. The specimens failed mainly along a line delineated by the propagation of fracture of lathe checks within the veneer itself. This failure confirmed to the results of Rohumaa et al. (2013). 80 70 60 50 40 30 20 10 0 a Control Boiled 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial increment from pith to bark Glue bond strength (kg cm-2) Glue bond strength (kg cm-2) Effect of lathe check on glue bond and bending strength b 70 60 50 40 30 20 10 0 control Boiled 0 50 Frequency of lathe check per 10 cm veneer length 100 Figure 9 The effect of juvenility (a) and lathe check (b) on the LVL glue bond strength. The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 107 Table 2 Linear regression equation and correlation coefficients according to figure 9b (Y = glue bond strength, X = frequency of lathe check, R2 = determination coefficient) Linear regression R2 Control y = 51.77 - 0.29X 60% Boiled y = 58.85 - 0.38X 70% 80 Control Boiled 10000 5000 MOR (Mpa) MOE (MPa) 15000 60 40 Control Boiled 20 0 0 15 15 35 55 Frequency of lathe check per 10 cm veneer length 35 55 Freqency lathe check per 10 cm veneer length Figure 10 The effect of lathe check on the LVL bending strength. 80 Control Boiled 10000 5000 MOR (MPa) MOE (MPa) 15000 Control Boiled 60 40 20 0 0 25 35 45 55 Glue bond strength (kg cm-2) 25 35 45 55 -2 Glue bond strength (kg cm ) Figure 11 Relation between glue bond strength with LVL MOE and MOR. Both the MOR and MOE seem to be influenced by the lathe check (Figure 10). This suggests the lathe checks may cause a great deal of local stresses on tensile side of the bending specimen, and determine the bending failure of LVL when the lathe checks are situated under the maximum bending moment. The lack of proper connection among the fiber elements is the reason of the frequent rupture on the tensile side. 108 The results in Figure 11 show that both MOE and MOR increased with an increase in glue bond strength. The MOE and MOR of jabon LVL from the bending test decreased with increasing in the lathe check frequency of the veneers. Higher glue bond strengths were also obtained for jabon LVL manufactured from veneers having lower frequency of lathe checks. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015 Conclusion In general, 3.00 mm jabon veneers from 5-years-old boiled jabon logs had better veneer quality (lower lathe check frequency, better surface roughness and better wettability) than control logs. The frequency, depth and length of lathe check, surface roughness and contact angle were influenced by juvenility. The frequency of lathe check, surface roughness and contact angle decreased from pith to bark, whilst for length and depth of lathe check, the values increased. The glue bond strength, MOE and MOR of jabon LVL were decreased as the frequency of lathe check increased. References Aydin I, Colakoglu G, Hiziroglu S. 2005. Surface characteristics of Spruce veneers and shear strength of plywood as a function of log temperature in peeling process. Int J Solids Structures 43(2006):6140-6147 Bao FC, Jiang ZH, Jiang XM, Lu XX, Lou XQ, Zhang SY. 2001. Differences in wood properties between juvenile wood and mature wood in 10 species grown in China. J Wood Sci Technol. 35 (4):363-375 Darmawan W, Nandika D, Massijaya Y, Kabe A, Rahayu I, Denaud L, Ozarska B. 2015. Lathe check characteristics of fast growing sengon veneers and their effect on LVL gluebond and bending strength. J Materials Process Technol. 215:181188 Daoui A, Descamps C, Marchal R, Zerizer A. 2011. Influence of veneer quality on beech LVL mechanical properties. Maderas Ciencia Tecnology 13(1):69-83 DeVallance DB, Funck JW, Reeb JE. 2007. Douglas-fir plywood gluebond quality as influenced by veneer roughness, lathe checks, and annual ring characteristics. For Prod J. 57(1/2):21-28 Dundar T, Akbulut T, Korkut S. 2008. The effects of some manufacturing factors on surface roughness of sliced Makore´ (Tieghemella heckelii Pierre Ex A.Chev.) and rotary-cut beech (Fagus orientalis L.) Veneers. Build Environ. 43:469–474 Gavrilovic-Grmusa I, Dunky M, Miljkovic J, Djiporovic M. 2012. Influence of the viscosity of UF resins on the radial and tangential penetration into Poplar wood and the shear strength of adhesive joints. Holzforschung. 66(7):849-856. Doi:10.1515/hf-2011-0177 Hecker M. 1995. Peeled veneer from Douglas fir influence of round wood storage, cooking and peeling temperature on surface roughness. In: The Proceedings of the 12th International Wood Machining Seminar; Kyoto, October 1-10, 1995. Japan [JAS] Japanese Agricultural Standard SE 11 No. 237. 2003. Japanese Agricultural Standard for structural laminated veneer lumber. Japanese Agricultural Standard Association [JIS] Japanese Industrial Standard. 2001. Geometric Product Specification: Surface Texture Profile Method. Jorgensen RN. 1968. Steam bending of Hickory. Forest Products Laboratory, U.S. Department of Agriculture Jung J, Day J. 1981. Strength of Fasteners in Paralel Laminated Veneer. Forest Product Laboratory. Research Paper FPL report No 389. The Effect of Jabon Veneer Quality on LVL Glue Bond and Bending Strength Istie Rahayu, Wayan Darmawan, Naresworo Nugroho, Remy Marchal 109 United State of Agricultur USA. Department of Kabe A, Darmawan W, Massijaya MY. 2013. Characteristics of jabon rotary cut veneers. J Ilmu Pertanian Indonesia 18(3):133-139. ISSN 0853-4217. Kollmann F, Kuenzi EW, Stamm AJ. 1975. Principles of wood science and technology II: wood based materials. Springer Berlin Heidelberg. New York. pp. 123-132. Palubicki B, Marchal R, Butaud JC, Denaud LE, Bléron L, Collet R, Kowaluk G. 2010. A method of lathe check measurement; SMOF device and its software. Euro J Wood Prod. 68: 151-159 Rahayu I, Darmawan W, Nugroho N, Nandika D, Marchal R. 2014. Demarcation point between juvenile and mature wood Sengon (Falcataria moluccana) and Jabon (Anthocephalus cadamba). J Trop For Sci. 26(3):331-339 Rohumaa A, Hunt CG, Hughes M, Frihart CR, Logern J. 2013. The influence of lathe check depth and orientation on the bond quality of 110 phenol-formaldehyde bonded birch plywood. Holzforschung. http://dx. doi.org/10.1515/hf-2012-0161 [November 26, 2015] Shi SQ, Gardner DJ. 2001. Dynamic adhesive wettability of wood. Wood Fiber Sci. 33(1):58-68 Sulaiman O, Salim N, Hashim R, Yusof LHM, Razak W, Yunus NYM, Hashim WS, Azmy MH. 2009. Evaluation in the suitability of some adhesives for laminated veneer lumber from oil palm trunks. Mat Design. 30:3572-3580 Tanritanir E, Hiziroglu S, As N. 2006. Effect of steaming time on surface roughness of beech veneer. Build Environ. 41:1494–1497 Wang X, Ross RJ, Brashaw BK, Verney SA, Forsman JW, Erickson JR. 2003. Flexural properties of LVL manufactured from ultrasonically rated red maple veneer. FPL Res. Note FPL-RN-0288. United State Department of Agriculture USA. Riwayat naskah: Naskah masuk (received):21 Desember 2014 Diterima (accepted): 15 Februari 2015 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol.13 No.2 Juli 2015
