Isi
Bab 2: Struktur Kayu
Sifat kayu yang berserat sangat memengaruhi cara penggunaannya. Secara khusus, kayu sebagian besar terdiri dari sel-sel berongga, memanjang, berbentuk gelendong yang tersusun sejajar satu sama lain di sepanjang batang pohon. Saat kayu dipotong dari pohon, karakteristik sel-sel berserat ini dan susunannya memengaruhi sifat-sifat seperti kekuatan dan penyusutan, serta serat dan pola kayu.
Deskripsi singkat beberapa elemen struktur anatomi diberikan dalam bab ini.
Gambar 1 menunjukkan penampang melintang batang pohon oak putih. Labelnya mewakili: A, Lapisan kambium (mikroskopik) berada di dalam kulit bagian dalam dan membentuk kayu dan sel-sel kulit. B, Kulit bagian dalam lembap, lembut, dan mengandung jaringan hidup. Membawa makanan olahan dari daun ke semua bagian pohon yang tumbuh. C, Kulit bagian luar yang mengandung lapisan gabus tersusun dari jaringan mati yang kering. Memberikan perlindungan umum terhadap cedera eksternal. Kulit bagian dalam dan luar dipisahkan oleh kambium kulit. D, Kayu gubal, yang mengandung jaringan hidup dan mati, adalah kayu berwarna terang di bawah kulit. Membawa getah dari akar ke daun. E, Kayu teras (inaktif) terbentuk oleh perubahan bertahap pada kayu gubal. F, Empulur adalah jaringan lunak tempat pertumbuhan kayu pertama terjadi pada ranting yang baru terbentuk. G, Sinar kayu menghubungkan berbagai lapisan dari empulur ke kulit untuk penyimpanan dan pemindahan makanan.
Kulit Kayu, Kulit Kayu dan Empulur
Potongan melintang dari sebuah pohon menunjukkan ciri-ciri yang jelas berikut ini secara berurutan dari luar ke tengah: (1) Kulit kayu, yang dapat dibagi menjadi bagian luar, seperti gabus, bagian mati yang sangat bervariasi ketebalannya pada berbagai spesies dan usia pohon, dan bagian dalam yang tipis dan hidup; (2) kayu, yang pada pohon-pohon yang dapat diperdagangkan dari sebagian besar spesies dibedakan dengan jelas menjadi kayu gubal dan kayu teras; (3) empulur, ditunjukkan oleh inti tengah yang kecil, seringkali berwarna lebih gelap, yang merupakan pertumbuhan primer yang terbentuk ketika batang atau cabang berkayu memanjang.
Sebagian besar cabang berasal dari empulur, dan pangkalnya tumbuh di antara kayu batang selama cabang tersebut masih hidup. Pangkal cabang yang hidup ini membentuk simpul yang tumbuh di antara kayu. Setelah cabang mati, pangkalnya terus dikelilingi oleh kayu batang yang sedang tumbuh. Bagian cabang mati yang tertutup seperti itu membentuk simpul yang longgar atau terbungkus. Setelah cabang yang mati rontok, tunggul yang mati menjadi terlalu besar dan, selanjutnya, terbentuklah kayu yang bening. Pada pohon, bagian yang berisi simpul yang tumbuh di antara kayu membentuk silinder, yang memanjang sepanjang pohon; bagian yang berisi simpul yang longgar membentuk silinder berongga, yang memanjang dari tanah hingga pangkal tajuk hijau. Kayu yang bening membentuk silinder luar yang menutupi ujung cabang yang tumbuh di antara kayu. Pada pohon yang tumbuh kedua, zona bening dan bahkan zona simpul yang longgar mungkin tidak ada.
Cincin Pertumbuhan
Di antara kulit kayu dan kayu terdapat lapisan sel hidup berdinding tipis yang disebut kambium, yang tidak terlihat tanpa mikroskop, tempat sebagian besar pertumbuhan ketebalan kulit kayu dan kayu muncul melalui pembelahan sel. Tidak ada pertumbuhan diameter atau panjang yang terjadi pada kayu yang sudah terbentuk; pertumbuhan baru murni merupakan penambahan sel-sel baru, bukan perkembangan lebih lanjut dari sel-sel lama. Sel-sel kayu baru terbentuk di bagian dalam dan sel-sel kulit kayu baru di bagian luar kambium. Saat diameter batang berkayu bertambah, kulit kayu terdorong keluar, dan lapisan kulit kayu terluar menjadi teregang, retak, dan beralur dalam pola yang sering kali menjadi ciri khas suatu spesies. Kambium kulit kayu terbentuk dari sel-sel hidup dan jaringan ini memisahkan kulit kayu luar dari kulit kayu bagian dalam.
Pada sebagian besar spesies di daerah beriklim sedang, terdapat perbedaan yang cukup antara kayu yang terbentuk lebih awal dan yang terbentuk di akhir musim tanam untuk menghasilkan lingkaran pertumbuhan tahunan yang jelas. Usia pohon pada tunggul atau usia pada setiap penampang batang dapat ditentukan dengan menghitung lingkaran-lingkaran ini (gbr. 2-2). Jika pertumbuhan diameter pohon terganggu oleh kekeringan atau pengguguran daun oleh serangga, lebih dari satu lingkaran dapat terbentuk pada musim yang sama. Dalam kejadian seperti itu, lingkaran bagian dalam biasanya tidak memiliki batas yang jelas dan disebut lingkaran palsu. Pohon yang hanya memiliki tajuk yang sangat kecil atau yang secara tidak sengaja kehilangan sebagian besar dedaunannya mungkin hanya membentuk lapisan pertumbuhan yang tidak lengkap, kadang-kadang disebut lingkaran terputus-putus, hingga tajuk dipulihkan.
Lingkaran pertumbuhan paling mudah terlihat pada spesies dengan kontras tajam antara kayu awal dan kayu akhir, seperti kayu keras asli yang berpori seperti kayu ash dan oak, dan sebagian besar kayu lunak kecuali pada pinus lunak. Pada beberapa spesies lain, seperti water tupelo, sweetgum, dan soft maple, perbedaan pertumbuhan awal dan akhir sedikit, dan lingkaran pertumbuhan tahunan sulit dikenali. Di beberapa daerah tropis, pertumbuhan mungkin berlangsung terus menerus sepanjang tahun, dan tidak terbentuk lingkaran tahunan yang jelas.
Kayu Awal dan Kayu Akhir
Bagian dalam lingkaran pertumbuhan yang terbentuk pertama kali pada musim tanam disebut kayu awal atau kayu musim semi, dan bagian luar yang terbentuk kemudian pada musim tanam disebut kayu akhir atau kayu musim panas. Waktu pembentukan sebenarnya dari dua bagian lingkaran ini dapat bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan dan cuaca. Kayu awal dicirikan oleh sel-sel yang memiliki rongga yang relatif besar dan dinding yang tipis. Sel-sel kayu akhir memiliki rongga yang lebih kecil dan dinding yang lebih tebal. Transisi dari kayu awal ke kayu akhir dapat berlangsung secara bertahap atau tiba-tiba, tergantung pada jenis kayu dan kondisi pertumbuhan pada saat kayu tersebut terbentuk. Pada beberapa spesies, seperti maple, gum, dan yellow-poplar, ada sedikit perbedaan dalam penampilan bagian kayu awal dan kayu akhir dari lingkaran pertumbuhan.
Bila lingkaran pertumbuhan menonjol, seperti pada kebanyakan kayu lunak dan kayu keras berpori-cincin, kayu awal sangat berbeda dari kayu akhir dalam sifat fisik. Kayu awal lebih ringan, lebih lunak, dan lebih lemah daripada kayu akhir; kayu ini menyusut lebih sedikit melintang dan lebih memanjang di sepanjang serat kayu. Karena kepadatan kayu akhir lebih besar, proporsi kayu akhir terkadang digunakan untuk menilai kualitas atau kekuatan kayu. Metode ini berguna untuk spesies seperti pinus selatan, cemara Dougias, dan kayu keras berpori-cincin - abu, hickory, dan ek.
Kayu gubal dan kayu teras
Kayu gubal terletak di sebelah kambium. Kayu gubal hanya mengandung beberapa sel hidup dan berfungsi terutama dalam penyimpanan makanan dan pengangkutan mekanis getah. Lapisan kayu gubal dapat bervariasi dalam ketebalan dan jumlah lingkaran pertumbuhan yang terkandung di dalamnya. Kayu gubal umumnya berkisar antara 11,5 hingga 2 inci dalam ketebalan radial. Pada spesies tertentu, seperti catalpa dan black locust, kayu gubal mengandung sangat sedikit lingkaran pertumbuhan dan terkadang tidak melebihi setengah inci tebalnya. Pohon maple, hickory, ash, beberapa pinus selatan, dan pinus ponderosa mungkin memiliki kayu gubal setebal 3 hingga 6 inci atau lebih, terutama pada pohon pertumbuhan kedua. Sebagai aturan, pohon yang tumbuh lebih kuat dari suatu spesies memiliki lapisan kayu gubal yang lebih lebar. Banyak pohon pertumbuhan kedua dengan ukuran yang dapat dipasarkan sebagian besar terdiri dari kayu gubal.
Kayu teras terdiri dari sel-sel tidak aktif yang telah sedikit berubah, baik secara kimia maupun fisik, dari sel-sel cincin kayu gubal bagian dalam. Dalam kondisi ini sel-sel ini berhenti mengalirkan getah.
Rongga sel kayu teras juga dapat berisi endapan berbagai bahan yang sering kali memberikan warna yang jauh lebih gelap pada kayu teras. Akan tetapi, tidak semua kayu teras berwarna gelap. Spesies yang kayu terasnya tidak terlalu gelap meliputi cemara (kecuali cemara Sitka), hemlock, cemara sejati, Port-Orford-cedar, basswood, cottonwood, dan buckeye. Infiltrasi atau bahan yang diendapkan dalam sel kayu teras biasanya membuat kayu lebih tahan lama saat digunakan dalam situasi yang terbuka. Kecuali jika diolah, semua kayu gubal tidak tahan lama saat terkena kondisi yang mendukung pembusukan.
Pada beberapa spesies, seperti pohon ash, hickory, dan pohon oak tertentu, pori-porinya menjadi tersumbat sebagian atau seluruhnya oleh pertumbuhan ke dalam, yang dikenal sebagai tyloses, sebelum perubahan ke kayu teras selesai. Kayu teras yang pori-porinya tertutup rapat oleh tyloses, seperti pada pohon oak putih, cocok untuk pembuatan tong kayu yang rapat.
Kayu teras memiliki kandungan ekstraktif yang lebih tinggi daripada kayu gubal, dan karena itu, menunjukkan berat jenis yang lebih tinggi. Bagi sebagian besar spesies, perbedaannya sangat kecil sehingga tidak terlalu penting. Berat dan kekuatan kayu lebih dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan pohon pada saat kayu terbentuk daripada oleh perubahan dari kayu gubal menjadi kayu teras. Dalam beberapa kasus, seperti pada kayu merah, cedar merah barat, dan locust hitam, sejumlah besar material yang terinfiltrasi dapat sedikit meningkatkan berat kayu dan ketahanannya terhadap kerusakan.
Sel Kayu
Sel-sel kayu yang menyusun elemen struktural kayu memiliki berbagai ukuran dan bentuk serta tumbuh dengan cukup kuat. Sel-sel kayu kering mungkin kosong atau sebagian terisi dengan endapan, seperti getah dan resin, atau dengan tilosa. Sebagian besar sel memanjang dan meruncing di ujungnya: sel-sel ini biasanya disebut serat atau trakeid. Panjang serat kayu sangat bervariasi dalam satu pohon dan di antara spesies. Serat kayu keras rata-rata panjangnya sekitar seperduapuluh lima inci (1 mm); serat kayu lunak (disebut trakeid) berkisar antara seperdelapan hingga sepertiga inci (3 hingga 8 mm).
Selain seratnya, kayu keras memiliki sel-sel dengan diameter relatif besar yang dikenal sebagai pembuluh. Pembuluh ini membentuk arteri utama dalam pergerakan getah. Kayu lunak tidak memiliki pembuluh khusus untuk mengalirkan getah secara longitudinal di pohon; fungsi ini dilakukan oleh trakea.
Baik kayu keras maupun kayu lunak memiliki sel-sel (biasanya dikelompokkan ke dalam struktur) yang berorientasi horizontal ke arah dari empulur ke arah kulit kayu. Struktur ini mengalirkan getah secara radial melintasi serat dan disebut sinar atau sinar kayu. Sinar ini paling mudah terlihat pada permukaan yang digergaji seperempat. Ukurannya sangat bervariasi pada spesies yang berbeda. Pada pohon ek dan sycamore, sinar ini mencolok dan menambah fitur dekoratif kayu.
Kayu juga memiliki sel-sel lain, yang dikenal sebagai sel parenkim longitudinal, atau aksial, yang berfungsi terutama untuk penyimpanan makanan.
Komposisi Kimia Kayu
Dry wood is made up chiefly of the following substances, listed in decreasing order of amounts present: Cellulose, lignin, hemicelluloses, extractives, and ash-forming minerals.
Cellulose, the major constituent, comprises approximately 50 percent of wood substance by weight. It is a high-molecular weight linear polymer that, on chemical degradation by mineral acids, yields the simple sugar glucose as the sole product. During growth of the tree, the linear cellulose molecules are arranged into highly ordered strands called fibrils, which in turn are organized into the larger structural elements comprising the cell wall of wood fibers. The intimate physical, and perhaps partially chemical, association of cellulose with lignin and the hemicelluloses imparts to wood its useful physical properties. Delignified wood fibers have great commercial value when re- constituted into paper. Moreover, they may be chemically altered to form synthetic textiles, films, lacquers, and explosives.
Lignin comprises 23 to 33 percent of soft-woods, but only 16 to 25 percent of hardwoods. It occurs in the wood largely as an intercellular material. Like cellulose, it has a macromoleculal chemical structure, but its three-dimensional network is far more complex and not yet completely worked out. As a chemical, lignin is an intractable, insoluble material, probably bonded at least loosely to the cellulose. To remove it from the wood on a commercial scale requires vigorous reagents, high temperatures, and high pressures. Such conditions greatly modify the lignin molecule, producing a complex mixture of high-molecular- weight phenolic compounds.
To the paper industry, lignin is difficult to solubilize and is a sometimes troublesome by- product. Theoretically, it might be converted to a variety of chemical products but, practically, a large percentage of the lignin removed from wood during pulping operations is burned for heat and recovery of pulping chemicals. One sizable commercial use for lignin is in the formulation of drilling muds, used in the drilling of oil wells, where its dispersant and metal- combining properties are valuable. It has found use also in rubber compounding and as an air-entraining agent in concrete mixes. Lesser amounts are processed to yield vanillin for flavoring purposes and to product solvents such as dimethyl sulfide and dimethyl sulfoxide.
The hemicelluloses are intimately associated with cellulose in nature and, like cellulose, are polymeric units built up from simple sugar molecules. Unlike cellulose, however, the hemi- celluloses yield more than one type of sugar on acid cleavage. Also, the relative amounts of these sugars vary markedly with species. Hard- woods contain an average of 20 to 30 percent hemicelluloses with xylose as the major sugar. Lesser amounts of arabinose, mannose, and a sugar acid are also attached to the main polymer chain. Softwoods contain an average of 15 to 20 percent hemicelluloses, with mannose as the main sugar unit. Xylose, arabinose, and the sugar acid are again present at lower levels. The hemicelluloses play an important role in fiber-to-fiber bonding in the papermaking process. The component sugars of hemicellulose are of potential interest for conversion into chemical products.
Unlike the major constituents just discussed, the extractives are not part of the wood structure. However, they do contribute to such properties of wood as color, odor, taste, decay resistance, strength, density, hygroscopicity, and flammability. They include tannins and other poly-phenolics, coloring matters, essential oils, fats, resins, waxes, gums, starch, and simple metabolic intermediates. They can be removed from wood by extraction with such inert neutral solvents as water, alcohol, acetone, benzene, and ether. In quantity, the extractives may range from roughly 5 to 30 percent, depending on such factors as species, growth conditions, and time of year the tree is cut.
Ash-forming minerals comprise from 0.1 to 3 percent of wood substance, although considerably higher values are occasionally reported. Calcium, potassium, phosphate, and silica are common constituents. Due to the uniform distribution of these inorganic materials throughout the wood, ash often retains the micro-structural pattern of wood.
A significant dollar value of nonfibrous products is produced from wood including naval stores, pulp byproducts, vanillin, ethyl alcohol, charcoal, extractives, and bark products.
Identification
Many species of wood have unique physical, mechanical, or chemical properties. Efficient utilization dictates that species should be matched to use requirements through an understanding of properties. This requires identification of the species in wood form, independent of bark, foliage, and other characteristics of the tree. Field identification can often be made on the basis of readily visible characteristics such as color, presence of pitch, or grain pattern. Sometimes odor, density, or splitting tendency is helpful. Where more positive identification is required, a laboratory investigation of the microscopic anatomy of the wood can be made. Detailed descriptions of identifying character- istics are given in texts such as "Textbook of Wood Technology" by Panshin and de Zeeuw.
Bibliography
Bratt, LC 1965. Tren dalam produksi silvikimia di Amerika Serikat dan luar negeri. Tappi 48(T) : 46A-49A. Tech. Assoc. Pulp and Paper Indus.
Brauns, FE, dan Brauns, DA 1360. Kimia suplemen lignin volume, 804 hlm. Academic Press.
Browning, BL 1963. Kimia kayu. 689 hlm. Interscience Publishers, NY
Freudenberg, K. 1965. Lignin: Konstitusi dan pembentukannya dari alkohol p-hidroksi-sinamil. Sci. 148: 595-600.
Hamilton, JK, dan Thompson, NS 1959. Perbandingan karbohidrat pada kayu keras dan kayu lunak. Tappi 42: 752-760. Tech. Assoc. Pulp and Paper Indus.
Ott, E., Spurlin, HM, dan Grafflin, MW 1954. Selulosa dan turunan selulosa. Volume V. Bagian I, II, dan III (1966) Polimer Tinggi. 1601 hlm. Interscience Publishers, NY
Panshin, AJ, dan de Zeeuw, C. 1970. Buku teks teknologi kayu. Volume 1. Edisi 3. McGraw-Hill.
Wise, LE, dan Jahn, EC 1952. Kimia kayu. Jilid I dan II, 1259 hlm. Reinhold.
Bacaan lebih lanjut
Konten saat ini tersedia di Perpustakaan Digital Hathi Trust dan di sini .
Informasi Bibliografi
Dikumpulkan oleh: Laboratorium Produk Hutan (AS), 1974, "Buku Pegangan Kayu: Kayu sebagai Material Teknik", Laboratorium Produk Hutan, USDA.
Bab 2: Struktur Kayu dari "Wood Handbook: Wood as an Engineering Material" diadaptasi oleh Chris Ruest dan Steven Vickers.
Informasi Hak Cipta
Domain Publik.
