Transparent Wood.docx

TRANSPARENT WOOD (Kayu Transparan) Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia yang diampu oleh Prof. Dr. Sri Atun, M.Si.

OLEH: Rahmita 18708251014

PRODI PENDIDIKAN SAINS PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2019

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah tentang “Transparent Wood”. Makalah yang penulis susun bertujuan untuk pemenuhan mata kuliah Kimia. Penulis menyusun makalah ini dengan keinginan untuk memberikan berbagai pengetahuan maupun informasi terkait penemuan terbaru dalam bidang teknologi dan industri bagi mahasiswa. Makalah ini disusun secara sistematis dan mendapat bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat melancarkan proses pembuatan makalah ini. Untuk itu penulis menyampaikan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini. Harapan yang ditujukan penulis adalah agar penyusunan makalah ini dapat berguna bagi para pembaca untuk menambah pengetahuan maupun informasi dalam berbagai hal tentang transparent wood. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah terdapat banyak kekurangan dan jauh dari kata sempurna, sehingga penulis menerima dan meminta berbagai saran dari para pembaca dan penulis meminta maaf tentang kekurangan yang dilakukan penulis.

Yogyakarta,

April 2019 Rahmita

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ………………………...……………………...……...…. i DAFTAR ISI…………………………………...…………………………...….... ii BAB I PENDAHULUAN………………...……………………………….…….. 1 A. Latar Belakang …………………………………………………………..…... 1 B. Rumusan Masalah ………………………………………………………….... 2 C. Tujuan………………………………………………………..…………......... 2 BAB II Transparent Wood .....………….. ……………………..………..…...... 3 A. Transparent Wood …………………………...….…..….................................. 3 B. Proses Pembuatan dan Bahan Kimia Yang Berperan ….…....….........…........ 6 C. Kelebihan dan Kerkurangan ……….…………..…………………………...... 8 BAB III PENUTUP………………...……………………………..…….……... 12 A. Kesimpulan………………..………………………………………….…...... 12 B. Saran………………………...………………………………………….….. ..12 DAFTAR PUSTAKA……………………………………..………...………..... 13

ii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Seiring dengan perkembangan jaman, penggunaan material kaca menjadi sangat beragam dan mengalami peningkatan yang sangat pesat. Dulu material kaca hanya digunakan sebagai pelengkap atau aksesoris suatu bangunan, namun saat ini penggunaannya lebih luas dan tidak terbatas. Contohnya pada pembangunan rumah atau kantor dan berbagai bangunan lainnya lebih memenggunakan material kaca sebagai dinding karena dinilai dari segi estetika yang lebih menarik. Penggunaan kaca sebagai material bangunan harus dipertimbangkan beberapa dampak negatif dalam pemakaiannya. Kaca merupakan material yang mudah pecah dan jika terkena benturan yang keras akan mengalami retak, material kaca juga tidak dapat diperbaiki ketika telah retak atau pecah. Sinar matahari yang mengenai material kaca dapat masuk kedalam ruangan sebesar 90% yang mengakibatkan suhu suatu ruangan menjadi lebih panas, saat musim hujan mengakibatkan kaca menjadi buram dan menghasilkan noda oksidasi. Dampak negatif lainnya memberikan peningkatan panas bumi akibat pemantulan sinar. Sebuah penelitian baru yang diperkenalkan oleh ilmuwan dari Amerika Serikat yaitu Dr. Liangbing Hu yang berasal dari Departemen Sains Material dan Teknik di University of Maryland. Dr. Liang Hu memperkenalkan hasil temuannya dalam mengembangkan sebuah produk material berbahan kayu tetapi memiliki bentuk dan wujud transparan dan tembus pandang. Hasil penelitiannya telah dipublikasikan di jurnal Advanced Materials. Penemuan ini dapat menggantikan penggunaan material kaca dalam suatu bangunan. Kayu dikenal sebagai bahan alam yang banyak dijumpai, ramah lingkungan dan bersifat berkelanjutan. Kayu sendiri telah menjadi bahan utama pembangunan rumah tradisional karena merupakan material yang unggul. Penemuan transparent wood dapat diproduksi secara massal dan bahan dasarnya merupakan perpaduan antara kayu dan akrilik secara mikroskopis (Jiang et al, 2018).

1

Transparent wood dihasilkan dengan menghilangkan bahan kimia yang menjadikan kayu berwarna. Meskipun warna pada kayu dihilangkan, hal tersebut tidak lantas mengurangi karakteristik utama kayu yaitu lebih kuat daripada kaca. Bahkan Dr. Liang Hu menyatakan bahwa transparent wood akan lebih kokoh daripada kayu pada umumnya. Perlu diketahui meskipun penemuan ini sangat revolusioner tetapi para ilmuwan hingga saat ini terus melakukan penelitian lanjutan sebelum digunakan secara luas untuk meminimalisir kelemahan atau dampak negatif dari temuan transparent wood.

B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, penulis merumuskan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini, diantaranya : 1. Apa yang dimaksud dengan transparent wood? 2. Bagaimanakah proses pembuatan transparent wood dan apa sajakah bahan kimia yang berperan dalam produksi transparent wood? 3. Apa sajakah kelebihan dan kekurangan dari penemuan transparent wood?

C. Tujuan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini agar dapat bermanfaat bagi pembaca secara umum. Sedangkan tujuan khusus dari penulisan makalah ini, antara lain : 1. Untuk mengetahui dan mendapatkan informasi terkait penemuan terbaru transparent wood. 2. Untuk mengetahui proses pembuatan transparent wood dan mengetahui bahan kimia yang berperan dalam produksi transparent wood. 3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penemuan transparent wood.

2

BAB II TRANSPARENT WOOD

A. Transparent Wood Kayu merupakan material struktural yang banyak digunakan dan memiliki sifat mekanik yang sangat baik karena struktur unik dari pertumbuhannya secara alami. Kualitas kayu tergantung dari jenis dan geografisnya. Setiap jenis kayu memiliki variasi yang luar biasa (Zhu et al, 2016). Sepanjang sejarah, kayu telah menjadi bahan utama yang digunakan oleh manusia dalam berbagai hal. Kayu merupakan bahan terbarukan yang bersifat mekanis dan memiliki sifat biofungsional (Wu et al, 2019). Saat telah dilakukan penelitian agar kayu dapat menggantikan fungsi dari kaca sebagai salah satu material dalam bangunan dan memiliki bentuk dan wujud yang transparan.

Gambar 1. Transparent Wood (Sumber: Wikipedia).

Transparent wood atau kayu transparan pertama kali dilakukan penelitian pada tahun 1990 oleh sekelompok ilmuwan asal Jerman dengan tujuan penelitian untuk mengungkapkan struktur sel, morfologi kayu dan rongga spesifik dari struktur kayu untuk tujuan analitis (Hu et al, 2017). Ilmuwan asal Amerika Serikat Dr. Liangbing Hu yang berasal dari Departemen Sains Material dan Teknik di University of Maryland memperkenalkan hasil temuannya dalam pengembangan produk material berbahan kayu dengan bentuk dan wujud transparan dan tembus pandang pada tahun 2016. Tim Hu bukan satu-satunya kelompok yang mengembangkan teknik untuk kayu transparan teteapi terdapat pula ilmuwan yang berasal dari Swedia. Dari hasil penelitiannya diketahui bahwa

3

kayu

dapat

diproses

menggunakan

berbagai

senyawa

kimia

sehingga

menyebabkan wujudnya transparan. Penemuan tersebut diharapkan dapat menggantikan dan mengurangi ketergantungan manusia dalam penggunaan bahan yang tidak terbarukan buatan manusia seperti kaca. Peneliti memfokuskan visi penelitiannya dalam rekayasa bahan berbasis kayu di masa depan yang ramah lingkungan dan dapat memenuhi kebutuhan dalam bidang pembangunan (Jiang et al, 2018).

Gambar 2. Transparent Wood (Sumber: Wikipedia).

Kayu transparan adalah material yang lebih kuat dan lebih aman dibanding kaca. Kayu merupakan material yang baik dalam menahan temperatur dingin dan merupakan material hijau yang bisa digantikan kapan saja, dengan istilah lain sangat bisa diperbaharui. Kayu transparan dibuat dari basswood (Tilia) yang mengalami berbagai tingkat delignifikasi sebelum kayu itu impregnasi polimer. Kebanyakan spesies Tilia berupa pohon deciduous berukuran besar, tingginya rata-rata mencapai 20 hingga 40 meter (66 hingga 130 ft), dengan daun-daun berbentuk oblique-cordate bergaris tengah 6 hingga 20 sentimeter (2 hingga 8 in). Ketika kayu transparan di delignifikasi maka beratnya akan berkurang dan warnanya akan berkurang serta tidak merubah sifat utama kayu. Kayu transparan dapat diproduksi sesuai dengan tingkatan tertantu dari segi sifat optik dan mekanik (Wu et al, 2019). Kayu transparan dibuat dengan menghilangkan semua kandungan lignin, serat alami yang terdapat pada kayu. Lignin ditemukan pada dinding sel dari material kayu. Proses penghilangan lignin ini membuat kayu menjadi tampak putih, namun tidak membuatnya menjadi transparan atau tembus pandang. Sebab, kayu sendiri bersifat menahan cahaya. Untuk membuatnya menjadi transparan,

4

kayu

putih

perlu

ditambahkan

dengan prepolymerized

methyl

methacrylate (PMMA) (Li et al, 2016). Dengan penambahan polimer pada kayu transparan indeks bias mampu memperoleh transmisi cahaya hingga 90% dan tingkat kekaburan optik hingga 80%. Namun, penambahan polimer ini masih mampu mempertahankan struktur kayu sebagaimana sifat aslinya (Wang et al, 2016).

Gambar 3. Tingkat Transparan Kayu (Sumber: Wang et al, 2016).

Proses pembuatan kayu transparan harus mempertimbangkan sifat mekanisnya. Hasil kayu transparan dan lama prosesnya bergantung pada spesies kayu (termasuk kerapatan, kandungan selulosa, morfologi struktur sel, tahunan) struktur cincin dll.), proses pemotongannya dan struktur kayu anisotropi (Li et al, 2018).

Gambar 4. Proses Transparent Wood (Sumber: Zhu et al, 2016).

5

B. Proses Pembuatan dan Bahan Kimia yang Berperan Kayu transparan dibuat berdasarkan ide menghilangkan komponen penyerap cahaya (terutama lignin) diikuti oleh infiltrasi polimer dengan indeks bias yang cocok dengan substrat kayu. Bahan baru ini dinilai lebih kuat dari plastik, tetapi hanya dalam tahap laboratorium dan eksperimental, dan belum siap untuk penggunaan komersial. Menurut (Zhu et al, 2016 dan Hu et al, 2017), proses pembuatan kayu hingga menjadi transparan harus melalui langkah-langkah sebagai berikut: 1. Pemilihan kayu yang tepat (basswood/kayu linden). 2. Pemotongan kayu dengan ukuran 2 x 2 cm (melawan arah serat). 3. Merendam balok kayu kedalam larutan air deionisasi (DI)/air suling, natrium hidroksida (NaOH) (> 98%, Sigma-Aldrich), natrium sulfit (Na2SO3) (> 98%, Sigma-Aldrich) dan hidrogen peroksida (H2O2) (larutan 30%, EMD Millipore Corporation) pada suhu mendidih selama 12 jam (proses pemutihan kayu dan penghilangan lignin), lignin merupakan komponen dalam kayu yang membuat warna coklat dan kuat, proses menghilangkan lignin tidak membuat kayu menjadi transparan. Pada suhu tinggi, senyawa lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain. Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi.

Gambar 5. Proses Transparent Wood (Sumber: Wikipedia).

4. Pembilasan kayu menggunakan air deionisasi (DI) panas sebanyak 3 kali. 5. Kemudian dilanjutkan proses penghilangan pemutih menggunakan hydrogen peroksida (H2O2) dan air deionisasi (DI), dibiarkan mendidih tanpa diaduk.

6

6. Setelah warna kayu menghilang, sampel dibilas dengan menggunakan air dingin dan disimpan dalam etanol. 7. Perendaman kayu dengan resin epoxy berupa Prepolymerized methyl methacrylate (PMMA) (untuk menghilangkan pelarut gas dan etanol). Epoxy menghasilkan bahan yang memiliki sifat bias transparan dan menambahkan kekuatan kayu, epoxy biasanya digunakan sebagai bahan perekat dan memperkuat material komposit untuk bangunan. Proses ini membutuhkan waktu sekitar 1 jam; dilakukan dengan tujuan menjaga serat nano selulosa. 8. Melakukan penutupan sampel menggunakan penyaringan micropore dan kertas saring. 9. Menempatkan dibawah vakum selama 5 menit dan membiarkan sampel berada pada tekanan atmosfer. Proses diulang sebanyak 3 kali selama 30 menit, 10. Sampel dan resin epoxy ditempatkan secara statis dalam piringan dengan suhu 30° C selama 12 jam, 11. Sampel dilepaskan dari piringan, 12. Dilakukan pengukuran transmisi cahaya dan menganalisis karakteristik, *Panjang proses ditentukan oleh ukuran dan jenis kayu.

Gambar 6. Proses Transparent Wood (Sumber: Yaddanapudi et al, 2017).

7

Gambar 7. Gambaran Transparent Wood (Sumber: Wikipedia).

Jadi secara singkat bahan kimia yang berperan dalam proses transparent wood, yaitu: 1. Air Deionisasi/air suling (H2O) 2. Natrium Hidroksida (NaOH) 3. Natrium Sulfit (Na2SO3) 4. Hidrogen Peroksida (H2O2) 5. Asam Format (CH2O2) 6. Metanol (CH3OH) 7. Asam Asetat (C2H4O2) 8. Aseton (CH3COCH3) 9. Vanillin (C8H8O3) 10. Etanol (C2H5OH) 11. Epoxy berupa Prepolymerized methyl methacrylate (C5O2H8)n

C. Kelebihan dan Kekurangan 1. Kelebihan a. Bersifat Biodegradable Ketika bahan-bahan ini tersedia secara komersial, manfaat yang signifikan diharapkan karena sifat biodegradable yang melekat karena itu

8

adalah kayu. Bahan-bahan ini secara signifikan lebih mudah terurai dibanding kaca dan plastic (Jiang et al, 2018) b. Bersifat ramah lingkungan dan berkelanjutan (Jiang et al, 2018)

Gambar 8. Perbandinan transparent wood dan limbah plastik (Sumber: Jiang et al, 2018).

c. Dimanfaatkan untuk sel surya Kayu transparan menunjukkan kualitas transmisi yang tinggi dan dapat berpotensi digunakan dalam sel surya; yang mengubah energi matahari menjadi listrik. Dia mengatakan “Jika kita menempatkan kayu transparan di depan sel surya, jumlah cahaya yang diserap akan lebih tinggi dan efisiensi meningkat menjadi 18 % (Li et al, 2018). d. Dimanfaatkan untuk solar sel Jika digunakan untuk solar sel, material ini bisa menggantikan material kaca yang berbasis silika. Silika masih membiarkan banyak cahaya bisa tembus (Yaddanapudi et al, 2017). e. Lebih kuat daripada kaca Sifat kayu transparan mirip dengan sifat kayu alami. Namun, kayu transparan lebih tahan air karena ada komponen polimer nya. Kayu transparan juga jauh lebih kuat dan tidak mudah pecah daripada kaca karena adanya struktur sel dan serat alami dalam kayu tersebut (Wang et al, 2016). f. Memberikan isolasi termal Kayu transparan memberikan isolasi termal yang lebih baik dan memungkinkan cahaya matahari untuk masuk dengan intensitas yang

9

hampir sama seperti kaca. Selain itu, material ini dapat menghilangkan silau dan menyediakan pencahayaan dalam ruangan secara konsisten. Kayu transparan memungkinkan cahaya masuk ke rumah. Meskipun agak lebih sedikit daripada kaca, panel bangunan dari kayu transparan memiliki panas yang lebih rendah konduktivitas (Li et al, 2018). g. Membuat ruangan lebih nyaman Material kayu ini mengarahkan cahaya untuk menembus material, tetapi struktur sel kayu tersebut masih tetap memantulkan cahaya didalam kayu. Sifat material tersebut bernama haze. Ini berarti cahaya tidak langsung menuju ke mata kita, sehingga kondisi ruangan lebih nyaman untuk dilihat (Wu et al., 2019).

Gambar 9. Ilustrasi Cahaya yang mengenai transparent wood (Sumber: (Jiang et al, 2018).

2. Kekurangan a. Keterbatasan ukuran blok kayu Sejauh ini, sampel kayu transparan dilaporkan kecil dan memiliki ketebalan rendah. Hal ini karena dengan ketebalan yang lebih tinggi, cahaya mengalami perambatan yang lebih lama di dalam kayu transparan di mana redaman cahaya terjadi (penyerapan dan hamburan cahaya), yang menyebabkan lebih sedikit transmisi cahaya (Li et al, 2018). b. Hasil transparan tidak 100% Hasil penelitian menunjukkan transparansi kayu tidak 100% sehingga masih sedikit buram. Ketebalan kayu juga membuat proses

10

transparansi kayu menjadi lama dan hasil transparannya tdk maksimal (Fink, 1992).

Gambar 10. Hasil Tranparent Wood (Sumber: Jiang et al, 2018).

c. Harganya yang mahal Salah satu kendalanya adalah pada harganya yang mahal karena hanya diproduksi dalam laboratorium dan belum dijual secara komersial (Zhu et al, 2016).

11

BAB III PENUTUP

A. Kesimpulan Berdasarkan pembahasan diatas, dapat disimpulkan beberapa point penting, antara lain : 1. Transparent wood merupakan produk material berbahan kayu dengan bentuk dan wujud transparan dan tembus pandang. Transparent wood dirancang dengan visi menggantikan penggunaan material kaca dalam suatu bangunan. 2. Prosedur pembuatan transparen wood dimulai dengan pembersihan lignin pada kayu pada suhu mendidih, selanjutnya dilakukan pembilasan, kemudian dilanjutkan

proses

penghilangan

pemutih,

sampel

dibilas

dengan

menggunakan air dingin dan disimpan dalam etanol kemudian ditutup, selanjutnya ditempatkan dibawah vakum dan berada pada tekanan atmosfer, sampel dan resin epoxy ditempatkan secara statis dalam piringan hingga 12 jam. Adapun bahan kimia yang berperan dalam proses transparent wood yaitu air deionisasi, natrium hidroksida, natrium sulfit, hidrogen peroksida, asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanillin, etanol, epoxy berupa prepolymerized methyl methacrylate. 3. Kelebihan transparent wood yaitu bersifat biodegradable yang mudah terurai, ramah lingkungan dan bersifat berkelanjutan, dapat dimanfaatkan untuk sel surya, dimanfaatkan untuk solar sel, lebih kuat, memberikan isolasi termal, dan membuat ruangan lebih nyaman. Sedangkan kekurangan transparent wood yaitu keterbatasan ukuran blok kayu, hasil transparan tidak 100%, dan harganya mahal.

B. Saran Adapun saran yang dapat penulis berikan yakni semoga dengan disusunnya makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan menambah khazanah pengetahuan khususnya terkait penemuan terbaru dibidang teknologi dan industri transparent wood.

12

DAFTAR PUSTAKA

Fink, S. (1992). Transparent Wood – A New Approach in the Functional Study of Wood Structure. Holzforschung, 46 (5), 403–408. https://doi.org/10.1515/hfsg.1992.46.5.403 Hu, L., Wang, Y., Li, T., Yao, Y., Minus, M. L., Xu, L., Zhu, M. (2017). Anisotropic, Transparent Films with Aligned Cellulose Nanofibers. Advanced Materials, 29 (21), 1–8. https://doi.org/10.1002/adma.201606284 Jiang, F., Li, T., Li, Y., Zhang, Y., Gong, A., Dai, J., Hu, L. (2018). Wood-Based Nanotechnologies toward Sustainability. Advanced Materials, 30(1), 1–39. https://doi.org/10.1002/adma.201703453 Li, Y., Fu, Q., Yang, X., & Berglund, L. (2018). Transparent wood for functional and structural applications. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 376 (2112). https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0182 Li, Y., Fu, Q., Yu, S., Yan, M., & Berglund, L. (2016). Optically Transparent Wood from a Nanoporous Cellulosic Template: Combining Functional and Structural Performance. Biomacromolecules, 17 (4), 1358–1364. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.6b00145 Wang, Y., Zhu, M., Yao, Y., Li, T., Hu, L., Dai, J., Davis, C. S. (2016). Transparent and haze wood composites for highly efficient broadband light management in solar cells. Nano Energy, 26, 332–339. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.05.020 Wu, J., Wu, Y., Yang, F., Tang, C., Huang, Q., & Zhang, J. (2019). Impact of delignification on morphological, optical and mechanical properties of transparent wood. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 117 (November 2018), 324–331. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.12.004 Yaddanapudi, H. S., Hickerson, N., Saini, S., & Tiwari, A. (2017). Fabrication and characterization of transparent wood for next generation smart building applications. Vacuum, 146, 649–654. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.01.016 Zhu, M., Song, J., Li, T., Gong, A., Wang, Y., Dai, J., Hu, L. (2016). Highly Anisotropic, Highly Transparent Wood Composites. Advanced Materials, 28(26), 5181–5187. https://doi.org/10.1002/adma.201600427

13