TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Metode Pengeringan Model Kerja
2.6.1 Metode Pengeringan Temperatur Ruang
Reaksi pengerasan bahan gips dipengaruhi oleh temperatur ruang dan temperatur air yang digunakan untuk mencampur bahan gips tersebut. Jika pencampuran bahan gips menggunakan temperatur air yang dinaikkan dari 20o-25oC sampai mencapai temperatur 37,5oC setting time akan lebih cepat. Jika temperatur air dinaikkan lagi di atas 37,5oC maka setting time akan menjadi lebih lebih lama, karena dihidrat menjadi lebih mudah larut dalam air. Normal pengeringan temperatur ruang dalam kondisi ruang AC yaitu 23o±2oC.2 Efek pengeringan pada temperatur ruang setiap bahan gips baik bahan plaster atau stone bervariasi, namun pengeringan dengan temperatur yang lebih tinggi dari 55oC tidak aman terhadap model bahan gips karena akan mengakibatkan pengerutan yang akan menurunkan kekuatan kompresi dan perubahan dimensi model gips tersebut.5,6
Secara teoritis kehilangan sisa air pada model bahan gips adalah sekitar 8,8% dari total kelebihan air dalam proses mengeringnya bahan gips tersebut. Pada pengeringan temperatur ruang apabila hanya kehilangan sisa air sekitar 7%, tidak ada perubahan yang cukup berpengaruh terhadap kekuatan kompresi bahan tersebut. Ketika kehilangan 7,5% dari kelebihan air, kekuatan kompresi semakin meningkat dan ketika semua kelebihan sisa air (8,8%) hilang, kekuatan kompresi bahan tersebut meningkat lebih dari 55 MPa. Jika bahan plaster, dental stone, dan dental stone
high-strength dibiarkan mengering dalam temperatur ruang selama beberapa hari, air akan
diserap oleh udara dan permukaan partikel akan dikonversi ke dihidrat.Pengeringan dengan temperatur ruang kehilangan air hanya melibatkan bagian permukaan model kerja, sehingga masih memiliki kandungan sisa air.23 Kandungan air yang masih tersisa akan memudahkan untuk terjadinya porositas pada bahan gips. Porositas tersebut menyebabkan kohesi antara air dengan gips menjadi rendah, akibatnya kekuatan kompresi juga rendah. Selain itu dengan terperangkapnya air pada kisi kristal gips menyebabkan kristal-kristal gips akan merenggang sehingga dapat menurunkan kekuatan kompresi. Pada kekuatan kompresi pengeringan dengan temperatur ruang yang masih memiliki sisa kadar air, mengakibatkan bentuk kristal
yang dihasilkan semakin besar, jumlah dan jarak antar kristal yang terbentuk selama proses pengerasan semakin besar dan menjadi kurang padat. Hal inilah yang mengakibatkan kekuatan kompresi gips menjadi berkurang.27 Namun hal ini berbeda dengan perubahan dimensi, semua bahan gips akan mengalami adanya pertumbuhan kristal dan ekspansi yang berlangsung terus menerus selama bahan gips yang telah mengeras dibiarkan pada temperatur ruang. Pengeringan dengan temperatur ruang dengan adanya kelebihan air yang terperangkap pada kisi kristal akan meningkatkan ekspansi higroskopis, karena akan menyebabkan pertumbuhan kristal dengan bebas yang menyediakan banyak ruang untuk pembentukan kristal secara terus menerus yang lebih banyak selama proses pengerasan. Adanya air yang terperangkap mengakibatkan ruang antar nukleus semakin besar, sehingga semakin sedikit nukleus kristalisasi per unit volume dan dorongan keluar dari inti kristal semakin kecil yang mengakibatkan ekspansi gips juga mengecil.28 Sesuai dengan teori kristalisasi yaitu terjadi dorongan keluar dari kristal gips pada saat gips mulai setting. Dorongan keluar yang terlalu besar akan menyebabkan setting ekspansi juga semakin besar.10,27
Temperatur dan lama pengeringan bahan gips dapat bervariasi sesuai dengan ukuran partikel dan porositas bahan gips tersebut.5,7 Pengeringan yang dibiarkan pada temperatur ruang dengan waktu yang lama akan memengaruhi perubahan dimensi bahan gips tersebut, karena setting ekspansinya akan terus berlangsung hingga 5 hari.6 Model kerja yang masih mengandung air biasanya memiliki kekuatan yang cukup memadai, dan biasanya harus menunggu 24-48 jam sebelum model tersebut cukup kuat untuk dimanipulasi atau waktu selama 7 hari untuk mencapai kekuatan kompresi yang lebih baik.12
2.6.2 Metode Pengeringan dengan Microwave
Energi microwave adalah suatu bagian dari spektrum elektromagnetik yang bergerak pada kecepatan cahaya dengan panjang gelombang yang berkisar antara 1 mm sampai 1 m yang sesuai dengan batas frekuensi terletak antara 300 MHz sampai 300 GHz (gambar 1). Sebuah microwave domestik beroperasi pada 2450 MHz
(dengan panjang gelombang 12,24 cm). Microwave komersial untuk industri biasanya beroperasi pada 900 MHz (dengan panjang gelombang 32.68 cm).18,29
Gambar 1. Frekuensi microwave29
Aplikasi proses microwave bermanfaat meliputi: dehidrasi, sterilisasi, pasteurisasi, tempering (thawing), blanching dan cooking. Dehidrasi, tujuan utamanya adalah untuk menghilangkan air. Pasteurisasi dan sterilisasi sistem
microwave dirancang untuk menaikkan temperatur ke tingkat tertentu untuk
menghancurkan patogen.30 Energi microwave dapat juga digunakan untuk dekontaminasi makanan, alat-alat laboratorium, alat-alat kedokteran gigi, alat-alat kesehatan rumah tangga dan lain-lain. Dalam kedokteran gigi, energi microwave banyak digunakan untuk beberapa tujuan diantaranya: pembersihan sikat gigi, alat pembersih lidah, alat bur dan alat poles, sterilisasi dan desinfeksi gigi tiruan berbasis resin akrilik serta pengeringan model kerja bahan gips. Salah satu aplikasi utama
microwave dalam kedokteran gigi adalah untuk sterilisasi gigi tiruan. Sejumlah besar
penelitian dalam tahun terakhir ini meneliti mengenai efektivitas dan telah mengidentifikasikan bahwa paparan microwave dapat memengaruhi kekerasan permukaan resin akrilik, dan bahan pelapisan ulang gigi tiruan.18
Metode pengeringan microwave dalam beberapa tahun terakhir ini telah mendapatkan popularitas sebagai metode pengeringan alternatif untuk beberapa macam bahan gips.31 Pengeringan microwave terhadap bahan gips telah diuji efeknya pada ketahanan terhadap fraktur (Hersek dkk, 2002) dan kekerasan (Luebke & Chandra, 2011) serta karakteristik bahan gips lainnya, seperti ketahanan terhadap
abrasi dan perubahan dimensi bahan gips. Luebke dan Chandra (2011) melaporkan bahwa terjadi peningkatan kekerasan permukaan beberapa model kerja bahan gips setelah dilakukan pengeringan dengan menggunakan microwave.18 Anaraki dkk (2013) mengatakan bahwa pengeringan gips dengan microwave 900 W selama 5 menit akan menyerap air yang berlebih dan terjadi peningkatan compressive strength dan diametral tensile strength pada gips tipe III dan IV.9,21 Sharma dkk (2013) mengatakan dengan pengeringan microwave 600 W selama 10 menit dapat meningkatkan kekuatan kompresi gips tipe III dan IV serta mempersingkat waktu kerja para tekniker. Sharma dkk (2013) juga mengatakan bahwa pengeringan bahan gips dengan microwave 600 W selama 5 menit dapat diterima sebagai metode pengeringan gips tipe IV.11 Sudhakar dkk (2014) mengatakan bahwa pengeringan dengan miccrowave lebih baik bila dibandingkan dengan 1 jam pengeringan temperatur ruang.22 Pengeringan bahan gips terhadap karakteristiknya hanya dapat dipertahankan pada tingkat energi yang rendah daripada tingkat energi yang lebih tinggi.32 Apabila terjadi penurunan kekuatan kompresi dan munculnya retakan atau porositas pada permukaan model kerja tersebut, mungkin terjadi akibat gips terkena energi dengan daya yang tinggi yaitu sebesar 1450 W.9,13
Mekanisme pengeringan dengan energi gelombang mikro sangat berbeda dari pengeringan oven konvensional. Penggunaan gelombang mikro sebagai sumber energi saat ini berkembang pesat dan memiliki banyak keuntungan. Oleh karena itu, pengeringan microwave telah menunjukkan keunggulan dibandingkan dengan metode pengeringan oven konvensional termasuk mengacu pada tingkat dan distribusi pemanasannya, dalam hal efisiensi energi, laju reaksi yang lebih tinggi dan penghematan waktu yang besar serta harga yang lebih murah dari oven konvensional (tabel 2).18,31 Dalam pengeringan oven konvensional, panas ditransfer ke permukaan material dengan konduksi dan konveksi sedangkan pada bagian dalam material panas tersebut ditransfer secara konduksi termal, sehingga merupakan proses pengeringan yang lama. Pengeringan oven konvensional juga membutuhkan suhu eksternal yang tinggi untuk menghasilkan kualitas yang baik.18 Berbeda dengan pengeringan
elektromagnetik, yang diperoleh dari generator yang disebut sebagai magnetron. Pemanasan microwave terjadi disebabkan karena kemampuan material untuk menyerap energi elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi yang tinggi dan mengubah energi listrik tersebut menjadi panas endotermik dengan waktu yang relatif lebih singkat.12,33 Reaksi gelombang elektromagnetik terhadap model bahan gips yaitu gelombang elektromagnetik dapat ditransmisikan, dipantulkan dan diserap atau kombinasi dari ketiga interaksi tersebut tergantung dari bahan yang berinteraksi terhadap gelombang mikro tersebut.16
Tabel 2. Perbedaan pemanasan oven konvensional dengan microwave18
Pemanasan microwave sering dikenal sebagai pemanasan dielektrik. Pemanasan dielektrik mengacu pada pemanasan melalui medan listrik (E-field) yang merupakan komponen dari radiasi elektromagnetik frekuensi tinggi, karena kehadiran dipol listrik dalam molekul polar. Sebagai contoh, pemanasan air dalam microwave adalah pemanasan dielektrik karena polarisasi dipolar. Selain E-field, microwave juga memiliki medan magnet (H-field) yang juga merupakan pasangan komponen dengan beberapa bahan untuk menginduksi pemanasan.16 Microwave memiliki beberapa komponen utama, salah satunya adalah magnetron. Magnetron adalah sejenis tabung hampa penghasil gelombang mikro. Fungsi magnetron adalah memancarkan gelombang mikro ke dalam ruang pemanas microwave. Gelombang mikro yang dipancarkan magnetron ke dalam ruang microwave akan terperangkap di dalamnya karena terlindung oleh dinding microwave yang terbuat dari logam. Logam merupakan konduktor panas yang baik, tetapi pecahan energi microwave akan
Pemanasan Oven Konvensional Pemanasan Microwave
Waktu reaksi panjang (jam) Waktu reaksi singkat (menit)
Perpindahan panas, konduksi panas rendah Perpindahan panas, konduksi panas tinggi
Efisiensi pemanasan hampir tidak diperoleh Efisiensi pemanasan tinggi
Sumber pemanasan : bahan bakar Sumber pemanasan : daya listrik
diabsorpsi dan dengan cepat akan dipantulkan kembali karena molekul bahan logam yang tersusun rapat sehingga tidak bisa ditembus oleh energi microwave. 18,30
Gambar 2. Prinsip pemanasan microwave29
Prinsip pemanasan dari microwave yaitu microwave dapat menyebabkan molekul polar menyebar karena molekul elektrik tidak seimbang.17 Ketika gelombang mikro berhadapan dengan molekul air yang terdapat pada model kerja bahan gips, molekul-molekul tersebut akan menyerap energi elektromagnetik yang ada pada
microwave sesuai dengan reaksi gelombang elektromagnetik yang telah dijelaskan
sebelumnya. Sebagai gelombang elektromagnetik, gelombang mikro membawa medan listrik dan medan magnet. Molekul-molekul air memiliki dua buah muatan di kedua ujungnya yaitu muatan positif dan negatif. Gaya listrik yang diakibatkan oleh medan listrik gelombang mikro akan memutar molekul-molekul air yang disebut dengan rotasi dipol (gambar 2) hingga molekul-molekul air tersebut dapat bergerak. Pergerakan molekul-molekul air ini kemudian akan menyebabkan molekul-molekul air saling bertubrukan. Tubrukan-tubrukan inilah yang akan meningkatkan temperatur molekul air dan menghasilkan panas secara merata.17,18 Pengeringan microwave dengan tingkat energi yang rendah, panas endotermik yang dihasilkan energi
microwave menyerap sisa kadar air sampai seluruh daerah model bahan gips secara
merata, dan tidak mengubah atau menghancurkan struktur molekul bahan tersebut, tetapi akan meningkatkan kualitas bahan gips yang akan memengaruhi kekuatan kompresi dan perubahan dimensi.16-18,28 Pengeringan microwave dengan daya energi
yang lebih tinggi yaitu dengan 1450 W akan menyebabkan pembentukan retakan atau porositas pada permukaan bahan gips sehingga akan mengakibatkan penurunan kekuatan kompresi dan mengakibatkan fraktur pada model kerja bahan gips.9,13
Efek pengeringan microwave terhadap kekuatan kompresi yaitu: penyerapan sisa kadar air pada seluruh bagian model bahan gips sehingga bentuk partikel gips semakin padat, jarak antar kristal semakin dekat, luas permukaan gips akan lebih kecil serta jumlah pori air lebih sedikit sehingga menyebabkan kekuatan kompresi semakin meningkat.5,27 Selain itu terjadi pertumbuhan kristal yang progresif berhubungan dengan struktur interlocking kristal yang meningkat selama pemanasan.14,18 Winkler dkk menunjukkan bahwa konversi kalsium sulfat hemihidrat menjadi kalsium sulfat dihidrat yaitu ditandai dengan perubahan kristal bahan gips mulai dari hemihidrat yang berbentuk prismatik hingga menjadi seperti jarum, terjadi pertumbuhan kristal yang semakin bebas, dan tubrukan-tubrukan kristal yang saling berdekatan sehingga mengakibatkan jarak antar kristal lebih dekat. Hal inilah yang dapat meningkatkan kekuatan kompresi bahan gips pada pengeringan microwave.6
Berbeda dengan perubahan dimensi gips, pengeringan dengan microwave yang merupakan pemanasan dielektrik. Ketika gelombang mikro berhadapan dengan molekul air, molekul air tersebut akan menyerap energi elektromagnetik dan terjadi rotasi dipol. Rotasi dipol pada molekul air mengakibatkan pergerakan molekul sehingga mengakibatkan gesekan antar molekul sampai mereka saling bertubrukan hingga jutaan kali per detik. Hasil tubrukan-tubrukan tersebut akan menghasilkan panas yang akan menyerap seluruh sisa kadar air secara merata. Hasil akhir penyerapan air tersebut mengakibatkan bentuk kristal semakin padat dan jarak antar kristal semakin dekat sehingga menyebabkan sedikitnya air terperangkap pada kisi kristal. Sedikitnya air yang terperangkap menyebabkan jarak antar kristal semakin dekat, nukleus kristalisai per unit volume semakin banyak sehingga dorongan inti kristal keluar semakin besar yang mengakibatkan ekspansi gips juga membesar.5 Penurunan ekspansi linier juga dapat disebabkan oleh perubahan morfologi kristal gips yang kemudian akan menghasilkan suatu tekanan atau dorongan kristal-kristal gips untuk keluar dan menghasilkan ekspansi massa keseluruhan yang besar sehingga
akan memengaruhi perubahan dimensi gips tersebut sesuai dengan temuan Hatim dkk (2007).35 Pada saat reaksi pengerasan, kristal dapat bertumbuh lebih bebas dan akan memengaruhi kekuatan kompresi dan perubahan dimensi model kerja bahan gips. Perubahan dimensi dapat dilihat selama proses pengerasan. Michalakis dkk (2010) menyatakan bahwa perubahan dimensi akan berlangsung secara terus menerus hingga mencapai 5 hari.10 Namun, apabila temperatur pengeringan semakin tinggi dengan waktu yang lama akan menyebabkan penyusutan bahan gips yang memengaruhi
setting ekspansi gips menjadi besar. Sweeney dan Taylor juga mengatakan bahwa
kombinasi antara penyimpanan model kerja dengan periode waktu yang lama, seperti temperatur tinggi dan kelembaban udara yang rendah dapat menyebabkan penyusutan model kerja bahan gips sehingga akan mengakibatkan setting ekspansi gips tersebut semakin membesar.6,36 Abass dkk (2011) mengatakan bahwa pengeringan bahan gips dengan microwave 850 W selama 10 menit akan memiliki efek negatif terhadap perubahan dimensi.20 Sharma dk (2012) mengatakan bahwa terdapat perbedaan antara pengeringan temperatur ruang dengan microwave 600 W selama 5 menit terhadap perubahan dimensi bahan gips. Michalakis dkk (2012) mengatakan penyimpanan model gips berkepanjangan selama 2 minggu atau lebih akan memiliki efek negatif pada nilai ekspansinya.6 Oleh karena itu, agar dapat menghasilkan model kerja yang akurat, setting ekspansi dari bahan gips harus tetap dikendalikan dan diusahakan seminimal mungkin.