Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray

PENGARUH RADIASI GAMMA PADA SIFAT MEKANIK

DAN TERMAL KOMPOSIT UHMWPE-HAp UNTUK TIBIAL

TRAY

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

ABSTRAK

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO. Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) umum digunakan sebagai bantalan (tibial tray) pada sendi lutut buatan. Keausan pada UHMWPE menjadi masalah utama dalam penggunaannya sebagai bantalan tibial sehingga perlu memodifikasi UHMWPE untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya. Tujuan penelitian ini adalah membuat komposit UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis dan kempa panas sebagai bahan baku bantalan tibial serta memodifikasi sifat mekanik dan termal komposit menggunakan sinar gamma. Komposit dibuat dengan komposisi HAp beragam, yaitu sebesar 5, 10, dan 15%. Film komposit diradiasi dengan sinar gamma dengan dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy. Pengaruh tambahan HAp dan radiasi gamma pada sifat mekanik dan termal bahan bantalan tibial diamati dengan berbagai metode (uji kekerasan, uji tarik, difraksi sinar-X, spektroskopi inframerah transformasi Fourier, mikroskopi elektron payaran, analisis dispersif energi sinar-X, dan kalorimetri payaran diferensial). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tambahan HAp mampu meningkatkan kekerasan UHMWPE sebesar 8-15% dan tegangan maksimum meningkat hingga 38%. Pemberian radiasi gamma meningkatkan kristalinitas sebesar 113-172%, titik leleh 0,6-0,7%, serta menurunkan perpanjangan putus komposit 23-48%. Kata kunci: komposit UHMWPE-HAp, radiasi gamma, sifat mekanik, sifat

termal, tibial tray

ABSTRACT

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO. The Effect of Gamma Radiation on Mechanical and Thermal Properties of UHMWPE-HAp Composites for Tibial Tray. Supervised by SRI SUGIARTI and SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is commonly used as a bearing material (tibial tray) on artificial knee joint. Wearing of UHMWPE is a major problem in using it as tibial tray, thus we need to modify UHMWPE to enhance the mechanical strength. The objectives of this research are preparing composites of UHMWPE-HAp by mechanical alloying and hot press method as the raw materials for tibial tray and modifying mechanical and thermal properties of composites using gamma rays. The composites were prepared using various HAp loading ratios at 5, 10, and 15%. The composite films were irradiated using gamma rays at doses of 0, 25, 50, and 75 kGy. The effect of HAp loaded and gamma radiation on mechanical and thermal properties of materials were studied by various methods (hardness test, tensile test, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray analysis, and differential scanning calorimetry). The results showed that the addition of HAp could enhance the hardness of UHMWPE by 8-15% and enhanced the maximum stress up to 38%. Gamma irradiation could enhance the crystallinity by 113-172%, melting point by 0,6-0,7%, and decrease break elongation of composites by 23-48%.

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

PENGARUH RADIASI GAMMA PADA SIFAT MEKANIK

DAN TERMAL KOMPOSIT UHMWPE-HAp UNTUK TIBIAL

TRAY

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul : Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray

Nama : Yusuf Bramastya Apriliyanto NIM : G44100008

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun laporan hasil penelitian

yang berjudul “Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal

Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray_{”. Laporan ini disusun berdasarkan} penelitian yang dilakukan penulis di Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN dalam jangka waktu September 2013 sampai Februari 2014.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sri Sugiarti, PhD selaku pembimbing pertama, Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing kedua, Prof Ir Suminar Setiati Achmadi, PhD, Drs Erijal, Ibu Dian, Bapak Bambang Sugeng, serta segenap staf PSTBM BATAN yang telah membantu dan membimbing selama penelitian ini berlangsung. Terima kasih kepada rekan kerja M Iqbal, M Hamdani, Habibie, Kak Galih atas bantuan yang diberikan sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada ayah, ibu, segenap keluarga, Fatia Izzaty CEP, serta teman-teman kimia 47 yang telah memberikan doa dan dukungan.

Semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan 2

Waktu dan Lokasi 2

Hipotesis 2

METODE 3

Alat dan Bahan 3

Prosedur 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Ciri Komposit UHMWPE-HAp 5

Pengaruh Dosis Radiasi pada Kekerasan Komposit 8 Pengaruh Dosis Radiasi pada Kuat Tarik Komposit 9 Pengaruh Dosis Radiasi pada Sifat Termal Komposit 13

SIMPULAN DAN SARAN 14

DAFTAR PUSTAKA 14

LAMPIRAN 17

DAFTAR GAMBAR

1 Prostetik sendi lutut total 1

2 Keausan pada bantalan tibial 1

3 Difraktogram komposit pada penentuan UHMWPE 6

4 Pengaruh dosis radiasi pada kekerasan komposit 8

5 Pengaruh dosis radiasi pada kristalinitas dan indeks vinilena (IV) komposit 9

6 Pengaruh dosis radiasi pada tegangan maksimum 10

7 Pengaruh dosis radiasi pada perpanjangan putus 10

8 Pengaruh dosis radiasi pada tingkat oksidasi (IO) komposit 11

9 Mikrograf SEM film komposit 12

10 Pengaruh dosis radiasi pada sifat termal komposit 13

DAFTAR TABEL

1 Parameter kisi UHMWPE ortorombik 6

2 Parameter kisi HAp 7

3 Identifikasi PVOH pada komposit 7

4 Hasil EDX film komposit 13

DAFTAR LAMPIRAN

1 Bagan alir penelitian 17

2 Tabel konversi shore D 18

3 Difraktogram sampel 19

4 Data JCPDS 20

5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE 21

6 Perhitungan parameter kisi HAp 26

7 Tabel hasil uji keras 32

8 Spektrum serapan FTIR 33

9 Tabel hasil uji tarik 35

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Persendian merupakan bagian tubuh yang umum mengalami kerusakan. Kerusakan pada sendi dapat disebabkan oleh peradangan (osteoartritis) serta kerusakan akibat benturan mekanik pada kasus kecelakaan. Salah satu upaya yang dapat dilakukan guna mengembalikan fungsi normal dari sendi tersebut adalah dengan operasi penggantian sendi (arthroplasty) (Retno 2011). Persendian yang sering diganti pada umumnya adalah sendi lutut dan pinggul (>90%), selebihnya adalah persendian lain seperti bahu, siku, dan pergelangan kaki (_Šlouf et al. 2007). Secara statistik, kebutuhan endoprostetik sendi lutut lebih banyak dibandingkan dengan kebutuhan endoprostetik persendian lainnya. Prostetik sendi lutut terdiri atas komponen femoral (knee cap), bantalan tibial (tibial tray), dan komponen pendukung bantalan tibial (Gambar 1; Sukaryo et al. 2012b). Biomaterial yang digunakan sebagai bantalan tibial harus memiliki kekuatan mekanik yang baik. Hal ini sesuai dengan fungsi bantalan tibial sebagai bantalan yang menghubungkan antara tulang paha (femur) dan tulang betis (tibia).

Gambar 1 Prostetik sendi lutut total

Selain memiliki kekuatan mekanik yang baik, implan yang digunakan untuk menggantikan fungsi jaringan tubuh harus memiliki masa pakai yang lama sehingga harus terbuat dari material yang sukar terdegradasi (Aydin 2010). Polietilena berbobot molekul ultratinggi (UHMWPE) merupakan polimer yang memiliki sifat tahan aus, sobek, abrasi, benturan, bahan kimia, serta memiliki biokompatibilitas yang baik (Sui et al. 2009). UHMWPE telah lama digunakan sebagai bahan bantalan pada sendi lutut buatan karena memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik (Arifin 2012). Namun, pada penggunaannya pengaruh tekanan dan gesekan yang terus-menerus menyebabkan terjadinya keausan pada material bantalan tibial seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Partikel UHMWPE yang terlepas akibat terjadinya keausan dapat menyebabkan inflamasi pada jaringan sekitar _(Šlouf et al. 2007). Keausan juga dapat memperpendek masa pakai sendi lutut buatan sehingga dibutuhkan upaya untuk mengurangi terjadinya keausan.

Gambar 2 Keausan pada bantalan tibial

Komponen femoral

Bantalan tibial (tibial tray)

2

Beberapa penelitian telah memodifikasi metode untuk meningkatkan ketahanan mekanik UHMWPE, di antaranya metode iradiasi sinar gamma (penginduksi taut silang) dengan melakukan rekristalisasi pada tekanan tinggi (Pruitt et al. 2005), metode iradiasi dengan elektron yang dipercepat (Šlouf et al. 2007), metode penambahan antioksidan alami (Peltzer et al. 2007), metode kempa panas tanpa iradiasi sinar gamma (Wang dan Ge 2007), metode kempa panas dengan iradiasi sinar gamma (Arifin 2012), pembuatan nanokomposit UHMWPE-HAp (Crowley et al. 2008), dan pembuatan komposit UHMWPE-alumina dengan teknik pemaduan mekanis (Elmkharram 2013). Sifat mekanik dari suatu polimer dapat pula dimodifikasi dengan membuat polipaduan ataupun membuat komposit (Indrani 2012). Radiasi gamma telah lama dimanfaatkan sebagai inisiator taut silang guna memodifikasi kekuatan mekanik dari suatu polimer atau polipaduan.

Prinsip modifikasi melalui pembuatan komposit adalah penambahan pengisi pada matriks untuk menghasilkan komposit dengan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik (Roese et al. 2009). Lapisan antarmuka memberikan pengaruh pada kehomogenan suatu paduan ataupun komposit; hal ini dipengaruhi oleh perbedaan kepolaran dari kedua zat tersebut (Kumar et al. 2013). Kasus paduan yang tidak dapat dicampur karena perbedaan sifat (polaritas) dari bahan penyusunnya dapat diatasi dengan menambahkan sedikit zat pengompatibel (Kemala et al. 2010). Hidroksiapatit termasuk material keramik bioaktif yang memiliki bioafinitas tinggi, bersifat biokompatibel karena memiliki kesamaan komposisi dengan tulang. Berdasarkan sifat tersebut hidroksiapatit dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan biokompatibilitas suatu implan (Sukaryo et al. 2012b). Mengingat pentingnya modifikasi UHMWPE untuk bahan bantalan tibial, maka dibuat komposit UHMWPE-HAp dengan tambahan zat pengompatibel polivinil-alkohol (PVOH) serta dilanjutkan dengan pemberian radiasi gamma agar diperoleh bahan dengan sifat yang lebih baik.

Tujuan

Penelitian bertujuan membuat komposit UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis dan kempa panas sebagai bahan baku bantalan tibial serta memodifikasi sifat mekanik dan termal komposit menggunakan sinar gamma.

Waktu dan Lokasi

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Sintesis dan Preparasi Mekanik, Laboratorium Baterai Terpadu, Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN Gedung 71 kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, serta laboratorium Gedung 41 Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN, Pasar Jumat, Jakarta Selatan. Penelitian ini telah dilaksanakan mulai September 2013 sampai Februari 2014.

Hipotesis

3

radiasi yang diberikan semakin besar jumlah taut silang antar rantai polimer yang terbentuk dalam komposit.

METODE

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah neraca analitik merk Electronic BOSCH SAE 200, vial tahan karat, high energy milling (HEM) tipe PW 700i, alat kempa hidrolik merk Carver, foil alumunium, tanur listrik Indoterm, grind polish, difraktometer sinar-X (XRD) merk Shimadzu XD 610, alat kempa panas merk Hydroulics tipe Pj16h, alat kempa dingin, cetakan, pemotong dumbell, iradiator karet alam, jangka sorong digital, alat uji tarik merk Toyoseiki, alat uji keras Zwick ISO/R 868 Shore A, SEM-EDX Jeol JED-2300, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) merk Shimadzu IRPrestige-21, dan DSC merk Perkin Elmer. Bahan yang digunakan adalah UHMWPE (BM 3 × 106 sampai 6 × 106 gram mol-1) dari Sigma Aldrich, hidroksiapatit (ukuran partikel 10-20 nm) dari PATIR BATAN, dan polivinil-alkohol dari Sigma Aldrich.

Prosedur

Prosedur penelitian terdiri atas 7 tahap yaitu pembuatan komposit UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis, pencirian dengan XRD, pembuatan film komposit, iradiasi komposit dengan sinar gamma, pengujian kekuatan mekanik, analisis gugus fungsi dengan FTIR, dan analisis sifat termal. Secara umum bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.

Pembuatan Komposit UHMWPE-HAp dengan Teknik Pemaduan Mekanis (Elmkharram 2013 dengan Modifikasi)

Komposit UHMWPE-HAp yang dibuat memiliki komposisi hidroksiapatit (HAp) beragam, yaitu sebesar 5, 10, dan 15% dengan bobot total 12 g. Dibuat pula komposit UHMWPE-HAp dengan komposisi HAp 5, 10, dan 15% tetapi dengan menambahkan polivinil-alkohol (PVOH) sebanyak 5% dari bobot total komposit sebesar 12 g. Serbuk UHMWPE, HAp, dan PVOH masing-masing ditimbang untuk membuat komposit dengan komposisi seperti di atas. Serbuk campuran dengan bobot 12 g tersebut dimasukkan ke dalam ball mill. Nisbah antara bobot campuran dengan bobot bola sebesar 1:8. Serbuk campuran selanjutnya digiling menggunakan high energy milling (HEM) PW 700i dengan kecepatan sebesar 1000 rpm selama 90 menit. Setiap komposit yang telah dihasilkan dari proses penggilingan dimasukkan ke dalam wadah plastik.

Pencirian dengan XRD

4

kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 190 °C selama 1 jam. Setelah didinginkan pelet dibersihkan dari lapisan foil alumunium menggunakan alat grind polish. Pelet yang sudah bersih kemudian dicirikan menggunakan XRD merk Shimadzu XD 610 dengan sudut βθ antara 5 dan 55°.

Pembuatan Film Komposit (Arifin 2012 dengan Modifikasi)

Serbuk komposit hasil pemaduan mekanis dengan bobot 12 g dituangkan dalam cetakan berbentuk persegi dengan ukuran 15 cm × 15 cm dengan ketebalan 0,5 mm. Serbuk diratakan sehingga memenuhi ruang di dalam cetakan. Cetakan dimasukkan ke dalam alat kempa panas yang telah dipanaskan dengan suhu 190 °C kemudian ditekan dengan tekanan 140 kg cm-2 selama 5 menit. Setelah itu sampel dikeluarkan dari alat kempa panas dan dipindahkan ke dalam alat kempa dingin selama 5 menit. Film yang dihasilkan (komposit non-PVOH 15% HAp dan komposit dengan tambahan PVOH 15% HAp) dianalisis morfologi permukaan dan homogenitasnya menggunakan SEM-EDX Jeol JED-2300.

Film yang dihasilkan kemudian dicetak menjadi bentuk yang sesuai dengan uji yang akan dilakukan. Film untuk uji tarik dicetak menjadi bentuk dog bone sesuai dengan ASTM D 1822 L sebanyak 5 buah untuk setiap komposit menggunakan alat pencetak dumbell. Cetakan dumbell memiliki panjang 63,5 mm, lebar 10 mm, dan lebar bagian tengah sebesar 3 mm. Film lainnya digunting dengan bentuk sembarang tetapi seragam dengan jumlah 4 buah untuk setiap komposit guna dilakukan uji keras.

Iradiasi Komposit dengan Sinar Gamma

Sampel yang telah dicetak ditempatkan ke dalam wadah yang berbeda untuk setiap komposit. Sampel selanjutnya dimasukkan ke dalam ampul dan diiradiasi dalam kondisi tidak vakum dengan sinar gamma yang bersumber dari radioisotop Co60. Iradiasi dilakukan menggunakan alat iradiator karet alam (IRKA) dengan dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy dengan laju dosis 8 kGy jam-1.

Pengujian Kekuatan Mekanik Uji Tarik

Film komposit yang telah dicetak sesuai standar ASTM D 1822 L diukur ketebalannya kemudian sampel dijepit di antara kedua pendulum alat uji tarik Toyoseiki. Sampel ditarik dengan kecepatan konstan 100 mm menit-1 _sehingga diketahui tegangan maksimum dan perpanjangan putusnya. Pengujian diulang sebanyak 3 kali.

Uji Keras

5

Analisis Gugus Fungsi Menggunakan FTIR (Šlouf et al. 2009)

Film komposit non-PVOH (kadar HAp 5%) dengan dosis radiasi 0, 25, 50, dan 75 kGy dicirikan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) Shimadzu IRPrestige-21 untuk menghitung estimasi indeks oksidasi (IO) serta menentukan indeks vinilena (IV). Nilai IO dan IV dihitung menggunakan persamaan berikut.

Keterangan: A(1720) = Area serapan puncak pada daerah 1720 cm-1 A(2022) = Area serapan puncak pada daerah 2022 cm-1

A(965) = Area serapan puncak pada daerah 965 cm-1.

Serapan pada 1720 cm-1 menunjukkan serapan gugus C=O (keton, aldehid, dan karboksilat), serapan pada 965 cm-1 merupakan serapan gugus C=C (mayoritas trans-vinilena), dan serapan pada 2022 cm-1 _{adalah serapan vibrasi polietilena} baik dalam bentuk amorf maupun kristalin.

Analisis Sifat Termal (Lednický et al. _{2007 dengan Modifikasi)}

Pengaruh radiasi gamma pada titik leleh dan kristalinitas komposit diamati menggunakan alat differential scanning calorimeter (DSC). Film komposit non-PVOH dengan kadar HAp 5% dan dosis radiasi 0, 25, serta 75 kGy diletakkan di atas wadah yang terbuat dari kuarsa yang terletak di dalam tungku pemanas pada alat DSC merk Perkin Elmer. Pengukuran dilakukan pada kisaran suhu 25 °C hingga 200 °C dengan kecepatan 20 °C menit-1 dalam embusan gas nitrogen (20 cc menit-1). Data yang dihasilkan dalam bentuk termogram. Titik leleh diperoleh dari puncak grafik endoterm, sedangkan kristalinitas ditentukan dengan membandingkan entalpi peleburan komposit dengan entalpi peleburan polietilena 100% kristalin (292,5 J g-1).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Ciri Komposit UHMWPE-HAp

6

dicirikan dengan XRD, begitu pula senyawa penyusunnya. Difraktogram komposit pada penentuan UHMWPE dapat dilihat pada Gambar 3.

Berdasarkan difraktogram yang dihasilkan, parameter kisi UHMWPE dihitung dengan bantuan data difraksi dari pangkalan data Joint Committe for Powder Diffraction Standard (JCPDS) (Pratiwi 2011). Data JCDPS untuk setiap bahan ditunjukkan pada Lampiran 4, sedangkan perhitungan parameter kisi ditampilkan pada Lampiran 5 dan 6. Keberadaan UHMWPE di dalam komposit diidentifikasi dengan menganalisis pola difraksi dan membandingkan parameter kisi pada sampel UHMWPE dengan sampel komposit (Tabel 1). Munculnya puncak pada sudut βθ yang hampir sama serta pola difraksi yang hampir sama pada komposit maupun UHMWPE dapat dilihat pada Gambar 3. Berdasarkan Tabel 1, parameter kisi UHMWPE pada komposit juga memiliki nilai yang mendekati parameter kisi UHMWPE. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat senyawa UHMWPE di dalam komposit yang telah dibuat. Terjadi sedikit pergeseran sudut βθ pada puncak difraksi komposit ke nilai yang lebih besar. Hal ini disebabkan oleh penggilingan saat pembuatan komposit. Bahan yang digiling dapat mengalami penurunan ukuran, hal ini dibuktikan dari penurunan volume kisi UHMWPE.

Tabel 1 Parameter kisi UHMWPE ortorombik

Sampel a (Å) b (Å) c (Å) V (Å3)

7

Hidroksiapatit pada komposit juga diidentifikasi dengan cara yang sama seperti sebelumnya. Namun, difraktogram sampel yang digunakan adalah sampel dengan kadar HAp tertinggi. Intensitas pada difraktogram dipotong untuk meminimumkan pengaruh dari puncak matriks UHMWPE, sehingga puncak difraksi HAp dapat dibaca dengan baik. Berdasarkan difraktogram sampel pada penentuan HAp (Lampiran 3), parameter kisi HAp dihitung dengan bantuan data JCPDS. Parameter kisi HAp hasil perhitungan ditampilkan pada Tabel 2. Difraktogram sampel pada penentuan HAp menginformasikan bahwa terdapat puncak difraksi komposit yang memiliki sudut βθ mirip dengan puncak difraksi pada hidroksiapatit meskipun terdapat beberapa puncak difraksi hidroksiapatit yang tidak muncul pada difraktogram komposit. Tidak munculnya beberapa puncak tersebut dapat disebabkan oleh kadar HAp di dalam komposit cukup sedikit sehingga puncak tersebut berintensitas rendah. Parameter kisi HAp pada komposit juga memiliki nilai yang mendekati nilai parameter kisi HAp awal (Tabel 2). Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa terdapat senyawa HAp di dalam komposit.

Tabel 2 Parameter kisi HAp

Sampel a (Å) c (Å) V (Å3)

HAp 9,3539 6,8797 521,2994

UHMWPE + 15% HAp 9,3507 6,8805 520,9964

UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH 9,3489 6,8759 520,4495

Komposit dengan tambahan polivinil-alkohol (PVOH) ditentukan keberadaan PVOH di dalam komposit tersebut. Difraktogram komposit pada penentuan PVOH dapat dilihat pada Lampiran 3. Identifikasi dilakukan secara kualitatif melalui 3 puncak tertinggi pada daerah difraksi PVOH berdasarkan data pada Tabel 3. Penentuan parameter kisi PVOH dalam penelitian ini tidak dilakukan karena kadar PVOH di dalam komposit terlalu kecil. Hasil identifikasi menunjukkan terdapat PVOH di dalam komposit yang masih dalam bentuk awalnya. Berdasarkan identifikasi matriks, bahan pengisi (HAp), dan PVOH dapat disimpulkan bahwa telah terbentuk komposit UHMWPE-HAp dari ketiga bahan tersebut yang berpadu secara fisik.

Tabel 3 Identifikasi PVOH pada komposit

Sampel Puncak tertinggi Intensitas

8 Pengaruh Dosis Radiasi pada Kekerasan Komposit

Berdasarkan hasil pengujian kekerasan komposit (Lampiran 7), dapat diketahui bahwa kekerasan komposit berbanding lurus dengan dosis radiasi (Gambar 4). Nilai kekerasan UHMWPE murni berdasarkan pengujian terletak pada kisaran 42 sampai 43 Shore D. Kekerasan komposit non-PVOH terletak pada kisaran 46 sampai 50 Shore D, sedangkan untuk komposit dengan tambahan PVOH memiliki nilai kekerasan terletak pada kisaran 42 sampai 48 Shore D. Nilai kekerasan komposit lebih besar daripada nilai kekerasan UHMWPE murni. Nilai kekerasan komposit juga lebih besar daripada kekerasan UHMWPE hasil iradiasi gamma dengan dosis 0 sampai 150 kGy hasil laporan Arifin (2012) dengan nilai kekerasan pada kisaran 38 sampai 46 Shore D.

Keterangan: ; ; ;

Gambar 4 Pengaruh dosis radiasi pada kekerasan: (a) Komposit non-PVOH; (b) Komposit dengan tambahan PVOH

Nilai kekerasan juga meningkat seiring dengan bertambahnya kadar hidroksiapatit dalam komposit (Gambar 4). Hidroksiapatit merupakan material keramik bioaktif yang struktur dan kekuatannya mirip dengan tulang. Tambahan hidroksiapatit pada matriks UHMWPE mampu meningkatkan nilai kekerasan dan biokompatibilitas dari UHMWPE. Semakin tinggi kadar hidroksiapatit di dalam komposit, semakin tinggi pula nilai kekerasan komposit. Akan tetapi pada komposit dengan tambahan PVOH nilai kekerasannya lebih rendah daripada komposit tanpa tambahan PVOH. Hal tersebut menunjukkan bahwa tambahan PVOH menurunkan kekerasan pada komposit. Penurunan ini disebabkan oleh sifat PVOH yang jauh lebih kenyal dibandingkan dengan UHMWPE (Nasar et al. 2009). Kekerasan komposit juga dipengaruhi oleh derajat kristalinitas dari komposit tersebut. Kristalinitas bahan yang tinggi akan membuat bahan menjadi tahan terhadap pelarut, membuat bahan menjadi kaku, dan lebih kuat (Sukaryo et al. 2012a).

Kristalinitas komposit meningkat seiring dengan meningkatnya dosis radiasi (Gambar 5a). Radiasi menyebabkan pemotongan rantai dan taut silang, taut silang sebagian besar terjadi di daerah amorf sedangkan pemotongan rantai banyak terjadi di bagian lipatan rantai polimer. Rantai yang terputus pada daerah lipatan dapat berperan dalam kristalisasi tambahan (penebalan dan penyempurnaan kristal

9

lamela). Struktur UHMWPE dengan lamela tebal akan memiliki kristalinitas yang lebih tinggi (Šlouf et al. 2009). Keberadaan taut silang pada komposit dibuktikan dengan munculnya serapan gugus vinilena pada spektrum FTIR komposit (Lampiran 8). Jumlah taut silang pada komposit dinyatakan dalam indeks vinilena (IV) yang diperoleh berdasarkan perhitungan pada spektrum FTIR komposit. Pengaruh radiasi gamma pada IV ditampilkan pada Gambar 5b. Berdasarkan Gambar 5b, nilai IV cenderung meningkat seiring bertambahnya dosis radiasi. Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan semakin banyak taut silang serta pemotongan rantai polimer yang terjadi dan hal ini berujung pada peningkatan nilai kekerasan komposit.

Gambar 5 Pengaruh dosis radiasi pada: (a) Kristalinitas; (b) Tingkat taut silang (IV) komposit non-PVOH (5% HAp)

Pengaruh Dosis Radiasi pada Kuat Tarik Komposit

Hasil pengujian tarik komposit tanpa tambahan PVOH (Lampiran 9) menunjukkan bahwa nilai tegangan maksimum komposit cenderung menurun seiring dengan peningkatan dosis radiasi. Titik optimum beragam berdasarkan persentase HAp. Titik tertinggi dihasilkan oleh komposit dengan 5% HAp pada dosis radiasi 25 kGy ialah 37 MPa. Hasil pengujian komposit dengan tambahan PVOH menunjukkan nilai tegangan maksimum cenderung fluktuatif dan tidak membentuk pola yang khas. Titik maksimum untuk komposit dengan kadar HAp 5% dan 15% terletak pada dosis radiasi 25 kGy dengan nilai berturut-turut sebesar 21 dan 20 MPa, sedangkan pada titik ini komposit dengan kadar HAp 10% mengalami titik minimum.

Secara umum, nilai tegangan maksimum menurun seiring dengan peningkatan persentase HAp dalam komposit (Gambar 6) yang disebabkan oleh penurunan persentase UHMWPE yang memberikan sifat lentur dan ulet dalam komposit. Akan tetapi komposit tanpa tambahan PVOH memiliki tegangan maksimum yang lebih besar dibandingkan dengan UHMWPE murni walaupun komposit memiliki kandungan HAp. Hal ini menunjukkan bahwa pembuatan komposit dan modifikasi dengan sinar gamma mampu meningkatkan tegangan maksimum dibandingkan dengan UHMWPE murni, walaupun hal tersebut tidak berlaku pada komposit dengan tambahan PVOH.

10

Gambar 6 Pengaruh dosis radiasi pada tegangan maksimum: (a) Komposit non-PVOH; (b) Komposit dengan tambahan PVOH

Nilai perpanjangan putus komposit, baik dengan tambahan PVOH maupun tanpa tambahan PVOH, secara umum menurun seiring dengan meningkatnya dosis radiasi (Gambar 7). Titik dengan perpanjangan putus tertinggi (264%) pada komposit non-PVOH diperoleh dengan penambahan 5% HAp pada dosis radiasi 25 kGy. Sama seperti nilai tegangan maksimum untuk komposit dengan tambahan PVOH, nilai perpanjangan putus juga fluktuatif dan nilainya lebih kecil dibandingkan dengan yang dimiliki UHMWPE murni. Perpanjangan putus komposit tanpa tambahan PVOH (5% dan 10% HAp) lebih besar dibandingkan dengan perpanjangan putus UHMWPE murni. Namun, perpanjangan putus UHMWPE murni masih lebih besar daripada komposit tanpa tambahan PVOH dengan persentase HAp sebesar 15%. Hal ini disebabkan oleh kandungan HAp yang cukup besar akan meningkatkan pengaruh sifat HAp (kaku dan mudah patah) dalam komposit (Alothman et al. 2013). Berdasarkan Gambar 6 dan 7, nilai tegangan maksimum dan perpanjangan putus komposit tanpa tambahan PVOH berturut-turut terletak pada kisaran 24 sampai 37 MPa dan 106% sampai 264%.

Keterangan: ; ; ;

Gambar 7 Pengaruh dosis radiasi pada perpanjangan putus: (a) Komposit tanpa tambahan PVOH; (b) Komposit dengan tambahan PVOH

(a) (b)

11

Kenaikan dosis radiasi menurunkan perpanjangan putus komposit yang disebabkan oleh meningkatnya jumlah taut silang. Jumlah taut silang yang meningkat mengakibatkan rantai polimer tidak mudah bergerak satu dengan yang lain ketika ditarik sehingga menghasilkan perpanjangan putus yang rendah (Alothman et al. 2013). Nilai IV pada dosis 25 kGy jauh lebih rendah dibandingkan nilai IV pada dosis lainnya (Gambar 5b), hal inilah yang menyebabkan perpanjangan putus komposit 5% HAp pada 25 kGy paling tinggi daripada perpanjangan putus pada dosis lainnya (Gambar 7). Kenaikan dosis radiasi juga menurunkan tegangan maksimum komposit akibat degradasi komposit pada tingkat dosis tertentu. Radikal makroalkil yang dihasilkan akibat paparan sinar gamma dapat berinteraksi dengan oksigen, hal ini mengakibatkan degradasi polimer (Arifin 2012). Tingkat oksidasi komposit dinyatakan dalam indeks oksidasi (IO) (Gambar 8).

Gambar 8 Pengaruh dosis radiasi pada tingkat oksidasi (IO) komposit non-PVOH dengan kadar HAp 5%

IO pada dosis 75 kGy tidak teramati ketika dianalisis menggunakan FTIR. Hal ini disebabkan oleh kristalinitas komposit yang meningkat hingga 172% (Gambar 5a) sehingga mengganggu proses analisis. Namun, tingginya oksidasi pada dosis tersebut dapat diamati dari warna komposit yang jauh lebih kuning dibandingkan dengan warna komposit lainnya. Semakin tinggi tingkat oksidasi, warna dari material tersebut akan semakin menguning (Arifin 2012). Berdasarkan Gambar 8, nilai IO meningkat seiring bertambahnya dosis radiasi. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi degradasi pada komposit. Degradasi inilah yang menyebabkan turunnya tegangan maksimum komposit ketika dosis radiasi meningkat.

12

HAp

HAp

Hal ini disebabkan oleh aglomerasi antar partikel HAp. Aglomerasi terjadi akibat kecenderungan partikel HAp untuk menurunkan luas kontak dengan matriks (Alothman et al. 2013).

Tidak homogennya komposit juga dapat dilihat dari sebaran unsur di dalam komposit (Tabel 4). Komposit dengan tambahan PVOH lebih tidak homogen dibandingkan dengan komposit tanpa tambahan PVOH. Hal ini dibuktikan dengan besarnya nilai standar deviasi keberadaan unsur penyusun pada 3 titik yang berbeda di dalam komposit tersebut. Sifat HAp yang lebih mirip PVOH daripada matriks UHMWPE menyebabkan partikel HAp pada komposit dengan tambahan PVOH lebih terlokalisasi. Aglomerasi pada komposit tanpa tambahan PVOH (Gambar 9) juga dapat dibuktikan dengan nilai standar deviasi keberadaan unsur yang cukup besar (Tabel 4). HAp yang cenderung berkumpul di suatu titik dan tidak terdispersi dengan baik ke seluruh bagian matriks menyebabkan keberadaan unsur Ca, P, dan O di suatu titik berbeda dengan titik yang lain di dalam komposit.

13 Tabel 4 Hasil EDX film komposit dengan kadar HAp 15%

Komposit Titik _{(% atom)} C _{(% atom)} O _{(% atom)} P _{(% atom)} Ca _{(% atom)} Na

Pengaruh Dosis Radiasi pada Sifat Termal Komposit

Dosis radiasi juga memengaruhi titik leleh dan entalpi peleburan pada komposit (Lampiran 10). Titik leleh dan entalpi peleburan komposit meningkat seiring peningkatan dosis radiasi (Gambar 10). Peningkatan tersebut disebabkan oleh peningkatan taut silang dan kristalinitas komposit. Titik leleh bergantung pada ukuran dan kesempurnaan suatu kristal, semakin besar dan sempurna kristal tersebut semakin tinggi titik lelehnya (Lednický et al. 2007). Tingkat taut silang yang tinggi akan menurunkan derajat kebebasan antarrantai, sehingga energi yang diperlukan untuk mengubah fase padatan menjadi fase cairan akan semakin besar. Selain itu energi yang diperlukan untuk meleburkan susunan kristalin lebih tinggi daripada partikel amorf (Alothman et al. 2013). Semakin tinggi derajat kristalinitas dan tingkat taut silang, maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk mengubah komposit tersebut dari padat menjadi cair.

Gambar 10 Pengaruh dosis radiasi pada sifat termal komposit non-PVOH dengan kadar HAp 5%: (a) Titik leleh; (b) Entalpi peleburan

14

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa penambahan HAp meningkatkan kekerasan UHMWPE sebesar 8-15% dan tegangan maksimum meningkat hingga 38%. Pemberian radiasi pada komposit meningkatkan kristalinitas sebesar 113-172%, titik leleh sebesar 0,6-0,7%, serta menurunkan perpanjangan putus sebesar 23-48%. Penggunaan PVOH sebagai zat pengompatibel tidak mampu menghasilkan komposit dengan sifat mekanik yang baik.

Saran

Saran yang dapat diberikan agar komposit yang diperoleh memiliki sifat yang jauh lebih baik adalah menambahkan zat pengompatibel yang memiliki sifat nonpolar lebih tinggi daripada sifat polarnya. Penggunaan zat pengompatibel selain PVOH diharapkan mampu menjembatani interaksi antara matriks dengan pengisi sehingga terbentuk komposit yang lebih homogen. Tegangan maksimum komposit dapat ditingkatkan dengan meradiasi komposit dalam kondisi vakum untuk meminimumkan tingkat oksidasi komposit. Perlu ditambahkan uji keausan untuk membuktikan peningkatan ketahanan aus UHMWPE setelah ditambahkan HAp dan dimodifikasi menggunakan sinar gamma.

DAFTAR PUSTAKA

Alothman OY, Almajhdi FN, Fouad H. 2013. Effect of gamma radiation and accelerated aging on the mechanical and thermal behavior of HDPE/HA nano-composites for bone tissue regeneration. BioMed Eng OnLine. 12(95):1-15.doi:10.1186/1475-925X-12-95.

Arifin NL. 2012. Pengaruh radiasi gamma terhadap sifat mekanik UHMWPE untuk tibial tray [skripsi]. Yogyakarta (ID): Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN.

Aydin E. 2010. Biodegradable polymer-hydroxyapatite nanocomposites for bone plate applications [tesis]. Ankara (TR): Middle East Technical University. Crowley J, Chalivendra VB, Rice J. 2008. Dynamic constitute behavior of

UHMWPE-HAP nanocomposites. Di dalam: [editor tidak diketahui]. Proceedings of the XIth International Congress and Exposition on Experimental and Applied Mechanics [Internet]; 2008 Jun 2-5; Orlando, USA. Bethel (US): Society for Experimental Mechanics, Inc. [halaman tidak diketahui]; [diunduh 2013 Sep 22]. Tersedia pada: http://sem-

15

Elmkharram HMA. 2013. Mechanically processed alumina reinforced ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) matrix composites [tesis]. Blacksburg (US): Virginia Polytechnic Institute and State University.

Indrani DJ. 2012. Komposit hidroksiapatit kalsinasi suhu rendah dengan alginat Sargassum duplicatum atau Sargassum crassifolium sebagai material scaffold untuk pertumbuhan sel punca masenkimal [disertasi]. Depok (ID): Bidang Ilmu Material Universitas Indonesia.

Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan polistiren-pati. Jurnal Sains Materi Indonesia. 12(1):30-35.

Kumar A, Negi YS, Bhardwaj NK, Choudhary V. 2013. Synthesis and characterization of cellulose nanocrystals/PVA based bionanocomposite. Adv Mater Lett. 12:2-11.doi:10.5185/amlett.2012.12482.

Lednický F, Šlouf M, Kratochvíl I, Baldrian J, Novotná D. β007. Crystalline character and microhardness of gamma-irradiated and thermally treated UHMWPE. J Macromol Sci, Part B: Phys. 46:521-531.doi:10.1080/ 00222340701257778.

Mulyaningsih NN. 2007. Karakterisasi hidroksiapatit sintetik dan alami pada suhu 1400°C [skripsi]. Bogor (ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor. Nasar G, Khan MS, Khalil U. 2009. Structural study of PVOH composites with

inorganic salts by x-ray diffraction. J Pak Mater Soc. 3(2): 67-70.

Peltzer M, Wagner JR, Jiménez A. 2007. Thermal characterization of UHMWPE stabilized with natural antioxidants. J Therm Anal Calorim. 87(2):493-497. Pratiwi N. 2011. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit scaffold [skripsi]. Bogor

(ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.

Pruitt La, Simis KS, Bistolfi A, Bellare A. 2005.The role of microstructure on the fatigue and fracture properties of medical grade ultra high molecular weight polyethylene. Di dalam: [editor tidak diketahui]. International Congress on Fracture, ICF 11 [Internet]; 2005 Mar 20-25; Turin, Italia. Cassino (IT): Gruppo Italiano Frattura. [halaman tidak diketahui]; [diunduh 2013 Sep 22]. Tersedia pada: http://www.gruppofratura.it/ocs/index.php/ICF/ICF11/paper/ viewfile/10432/9791.

Retno W. 2011. Modifikasi permukaan polimer UHMWPE dan HDPE dengan iradiasi gamma untuk meningkatkan kekuatan mekanik tibial tray [skripsi]. Bogor (ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.

Roese PB, Amico SC, Júnior WK. 2009. Thermal and microestructural characterization of epoxy-infiltrated hydroxyapatite composite. Mater Res. 12(1):107-111.

Šlouf M, Mikesova J, Fencl J, Stara H, Baldrian J, Horak Z. 2009. Impact of dose-rate on rheology, structure and wear of irradiated UHMWPE. J Macromol Sci, Part B: Phys. 48:587–603.doi:10.1080/ 00222340902837824.

16

Sui G, Zhong WH, Ren X, Wang XQ, Yang XP. 2009. Structure, mechanical properties and friction behavior of UHMWPE/HDPE/carbon nanofibers. Mat Chem Phys. 115(1):404–412.doi:10.1016/ j.matchemphys.2008.12.016. Sukaryo SG, Kusumawati DR, P Maria C, Marnada N. 2012a. Pengaruh radiasi

gamma terhadap sifat HDPE untuk tibial tray. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop dan Radiasi. 8(2):73-82.

Sukaryo SG, Nurchamid J, Sugeng B, Sitompul A, Yuswono. 2012b. Pembuatan prototip prostetik sendi lutut. Di dalam: Karmiadji DW, Notosudjono D, Nurzal ER, Syafarudin, Djarot I, Wicaksono H, Saufi A, editor. Membangun Sinergi Riset Nasional untuk Kemandirian Teknologi. Prosiding Seminar Insentif Riset SINas [Internet]; 2012 Nov 29-30; Bandung, Indonesia. Jakarta (ID): Asdep Relevansi Program Riptek, Kemenristek. hlm KO175-KO180; [diunduh 2013 Sep 22]. Tersedia pada: http://insentif.ristek.go.id/PROSIDING2012/file-KO-Word_31.pdf.

17

Serbuk campuran dengan tambahan 5% PVOH (5, 10, 15% HAp) dan serbuk campuran non PVOH (5,10,15% HAp) (bobot total 12 g)

1. Dicetak dengan alat kempa panas (190°C; 140 kg cm-2_{; 5 menit)}

18

20

Lampiran 4 Data JCPDS

21 Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE

Ortorombik :

θ

a). UHMWPE

βθ (deg) βθ (rad) θ (deg) θ (rad) h k l sin2θ 2 _{(Å) d}2 _(Å2_{) 1/d}2 _(Å-2₎

21,2000 0,3700 10,6000 0,1850 1 1 0 0,0338 2,3104 17,0695 0,0586

23,5500 0,4110 11,7750 0,2055 2 0 0 0,0416 2,3104 13,8699 0,0721

29,8000 0,5201 14,9000 0,2601 2 1 0 0,0661 2,3104 8,7360 0,1145

39,3010 0,6859 19,6505 0,3430 0 1 1 0,1131 2,3104 5,1076 0,1958

hkl 1/d2 A0 B0 C0 a0 (Å) b0 (Å) c0 (Å) A B C a (Å) b (Å) c (Å)

200 0,0721 4/a2 0 0 7,4485 4/a2 0 0 7,4179

110 0,0586 0,0180 1/b2 _{0 7,4485 4,9654 0,0182 1/b}2 _{0 7,4179 4,9746} 210 0,1145 4/a2 0,0406 0 7,3566 4,9654 0,0727 1/b2 0 7,4179 4,8927

011 0,1958 0 0,0406 1/c2 _{4,9654 2,5382 0 0,0411 1/c}2 _{4,9336 2,5425} Rerata 7,4179 4,9654 2,5382 Rerata 7,4179 4,9336 2,5425 Volume unit sel = a × b × c

22

Volume unit sel = a × b × c

= 7,3866 × 4,9115 × 2,5416 = 96,6022 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE b). UHMWPE + 5% HAp

βθ (deg) βθ (rad) θ (deg) θ (rad) h k l sin2θ 2 _{(Å) h}2 _k2 _l2 _d2 _(Å2_{) 1/d}2 _(Å-2₎

21,4000 0,3735 10,7000 0,1868 1 1 0 0,0345 2,3104 1 1 0 16,7556 0,0597 23,7500 0,4145 11,8750 0,2073 2 0 0 0,0423 2,3104 4 0 0 13,6406 0,0733 29,8500 0,5210 14,9250 0,2605 2 1 0 0,0663 2,3104 4 1 0 8,7074 0,1148 36,2000 0,6318 18,1000 0,3159 0 2 0 0,0965 2,3104 0 4 0 5,9843 0,1671 39,6000 0,6912 19,8000 0,3456 0 1 1 0,1147 2,3104 0 1 1 5,0338 0,1987 40,3500 0,7042 20,1750 0,3521 3 1 0 0,1189 2,3104 9 1 0 4,8559 0,2059 41,0000 0,7156 20,5000 0,3578 1 1 1 0,1226 2,3104 1 1 1 4,7095 0,2123 43,7000 0,7627 21,8500 0,3814 2 2 0 0,1385 2,3104 4 4 0 4,1699 0,2398 54,3490 0,9486 27,1745 0,4743 3 1 1 0,2086 2,3104 9 1 1 2,7692 0,3611

hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å) 200 0,0733 4/a2 _{0 0 7,3866 4,9175}

110 0,0597 0,018328 1/b2 0 7,3866

210 0,1148 0,073311 1/b2 _{0 7,3866 4,9068}

020 0,1671 0 4/b2 0 4,8926

310 0,2059 0,164949 1/b2 _{0 4,8926 2,5222} 220 0,2398 0,073311 4/b2 _{0 7,3866 4,9395}

011 0,1987 0 0,0415 1/c2 7,3866 4,9115 2,5603 111 0,2123 0,018328 0,0415 1/c2 _{7,3866 4,9014}

23 Volume unit sel = a × b × c

= 7,4020 × 4,8976 × 2,5372 = 91,9787 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE c). UHMWPE + 15% HAp

βθ (deg) βθ (rad) θ (deg) θ (rad) h k l sin2_θ 2 (Å2) h2 k2 l2 d2 (Å2) 1/d2 (Å-2)

21,4500 0,3744 10,7250 0,1872 1 1 0 0,0346 2,3104 1 1 0 16,6785 0,0600 23,7000 0,4136 11,8500 0,2068 2 0 0 0,0422 2,3104 4 0 0 13,6974 0,0730 29,9500 0,5227 14,9750 0,2614 2 1 0 0,0668 2,3104 4 1 0 8,6507 0,1156 36,1000 0,6301 18,0500 0,3150 0 2 0 0,0960 2,3104 0 4 0 6,0163 0,1662 39,7000 0,6929 19,8500 0,3464 0 1 1 0,1153 2,3104 0 1 1 5,0095 0,1996 40,3000 0,7034 20,1500 0,3517 3 1 0 0,1187 2,3104 9 1 0 4,8674 0,2054 41,0000 0,7156 20,5000 0,3578 1 1 1 0,1226 2,3104 1 1 1 4,7095 0,2123 43,6000 0,7610 21,8000 0,3805 2 2 0 0,1379 2,3104 4 4 0 4,1881 0,2388 54,3990 0,9494 27,1995 0,4747 3 1 1 0,2089 2,3104 9 1 1 2,7645 0,3617

hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å) 200 0,0730 4/a2 0 0 7,4020 4,8967

110 0,0600 0,018252 1/b2 0 7,4020

210 0,1156 0,073007 1/b2 0 7,4020 4,8455

020 0,1662 0 4/b2 0 4,9056

310 0,2054 0,164265 1/b2 0 4,9056 2,5163 220 0,2388 0,073007 4/b2 0 7,4020 4,9278

011 0,1996 0 0,0417 1/c2 7,4020 4,8976 2,5616 111 0,2123 0,018252 0,0417 1/c2 7,4020 4,9123

24

Volume unit sel = a × b × c

= 7,1782 × 4,8891 × 2,5257 = 88,6393 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE d). UHMWPE + 5% HAp + 5% PVOH

βθ (deg) βθ (rad) θ (deg) θ (rad) h k l sin2θ 2 _(Å2_{) h}2 _k2 _l2 _d2 _(Å2_{) 1/d}2 _(Å-2₎

22,0500 0,3848 11,0250 0,1924 1 1 0 0,0366 2,3104 1 1 0 15,7936 0,0633 24,4500 0,4267 12,2250 0,2134 2 0 0 0,0448 2,3104 4 0 0 12,8818 0,0776 30,4500 0,5315 15,2250 0,2657 2 1 0 0,0690 2,3104 4 1 0 8,3754 0,1194 36,8000 0,6423 18,4000 0,3211 0 2 0 0,0996 2,3104 0 4 0 5,7972 0,1725 40,2000 0,7016 20,1000 0,3508 0 1 1 0,1181 2,3104 0 1 1 4,8907 0,2045 41,2500 0,7199 20,6250 0,3600 3 1 0 0,1241 2,3104 9 1 0 4,6551 0,2148 41,5500 0,7252 20,7750 0,3626 1 1 1 0,1258 2,3104 1 1 1 4,5910 0,2178 43,6500 0,7618 21,8250 0,3809 2 2 0 0,1382 2,3104 4 4 0 4,1790 0,2393 54,8990 0,9582 27,4495 0,4791 3 1 1 0,2125 2,3104 9 1 1 2,7182 0,3679

hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å) 200 0,0776 4/a2 _{0 0 7,1782 4,7722}

110 0,0633 0,019407 1/b2 0 7,1782

210 0,1194 0,077629 1/b2 _{0 7,1782 4,8930}

020 0,1725 0 4/b2 0 4,8155

310 0,2148 0,174666 1/b2 _{0 4,8155 2,4797} 220 0,2393 0,077629 4/b2 _{0 7,1782 4,9904}

011 0,2045 0 0,0418 1/c2 7,1782 4,8891 2,5272 111 0,2178 0,019407 0,0418 1/c2 _{7,1782 4,9742}

25 Volume unit sel = a × b × c

= 7,1638 × 4,9455 × 2,5438 = 90,1232 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE e). UHMWPE + 15% HAP + 5% PVOH

βθ (deg) βθ (rad) θ (deg) θ (rad) h k l sin2_θ 2 h2 k2 l2 d2 (Å-2) 1/d2 (Å-2)

22,2000 0,3875 11,1000 0,1937 1 1 0 0,0371 2,3104 1 1 0 15,5836 0,0642 24,5000 0,4276 12,2500 0,2138 2 0 0 0,0450 2,3104 4 0 0 12,8300 0,0779 29,9500 0,5227 14,9750 0,2614 2 1 0 0,0668 2,3104 4 1 0 8,6507 0,1156 36,7500 0,6414 18,3750 0,3207 0 2 0 0,0994 2,3104 0 4 0 5,8124 0,1720 40,3000 0,7034 20,1500 0,3517 0 1 1 0,1187 2,3104 0 1 1 4,8674 0,2054 41,2500 0,7199 20,6250 0,3600 3 1 0 0,1241 2,3104 9 1 0 4,6551 0,2148 41,6000 0,7261 20,8000 0,3630 1 1 1 0,1261 2,3104 1 1 1 4,5805 0,2183 43,6000 0,7610 21,8000 0,3805 2 2 0 0,1379 2,3104 4 4 0 4,1881 0,2388 54,1490 0,9451 27,0745 0,4725 3 1 1 0,2072 2,3104 9 1 1 2,7882 0,3587

hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å) 200 0,0779 4/a2 0 0 7,1638 4,7306

110 0,0642 0,019486 1/b2 0 7,1638

210 0,1156 0,077942 1/b2 0 7,1638 5,1533

020 0,1720 0 4/b2 0 4,8218

310 0,2148 0,17537 1/b2 0 4,8218 2,4651 220 0,2388 0,077942 4/b2 0 7,1638 5,0347

011 0,2054 0 0,0409 1/c2 7,1638 4,9455 2,5162 111 0,2183 0,019486 0,0409 1/c2 7,1638 4,9871

26

Lampiran 6 Perhitungan parameter kisi HAp

Heksagonal: θ = Cα + B + A a). UHMWPE + 15% HAp

βθ

(deg) (rad) βθ (deg) θ (rad) θ h k l α sin2βθ sin2θ α sin2θ sin2θ sin2θ α2 2 2 α α

27 Lanjutan Lampiran 6 Perhitumgan parameter kisi HAp

42,35 0,74 21,18 0,37 1 3 1 13,00 1,00 4,19 0,45 0,13 1,70 0,13 0,59 169,00 1,00 20,59 13,00 59,00 4,54 42,95 0,75 21,48 0,37 3 0 2 9,00 4,00 4,64 0,46 0,13 1,21 0,54 0,62 81,00 16,00 21,55 36,00 41,78 18,57 43,85 0,77 21,93 0,38 1 1 3 3,00 9,00 4,80 0,48 0,14 0,42 1,25 0,67 9,00 81,00 23,03 27,00 14,40 43,19 44,65 0,78 22,33 0,39 4 0 0 16,00 0,00 4,94 0,49 0,14 2,31 0,00 0,71 256,00 0,00 24,39 0,00 79,02 0,00 45,55 0,79 22,78 0,40 2 0 3 4,00 9,00 5,10 0,51 0,15 0,60 1,35 0,76 16,00 81,00 25,97 36,00 20,38 45,86 46,95 0,82 23,48 0,41 2 2 2 12,00 4,00 5,34 0,53 0,16 1,90 0,63 0,85 144,00 16,00 28,52 48,00 64,08 21,36 48,30 0,84 24,15 0,42 1 3 2 13,00 4,00 5,57 0,56 0,17 2,18 0,67 0,93 169,00 16,00 31,08 52,00 72,47 22,30 48,90 0,85 24,45 0,43 2 3 0 19,00 0,00 5,68 0,57 0,17 3,25 0,00 0,97 361,00 0,00 32,25 0,00 107,89 0,00 49,75 0,87 24,88 0,43 2 1 3 7,00 9,00 5,83 0,58 0,18 1,24 1,59 1,03 49,00 81,00 33,93 63,00 40,78 52,43 50,85 0,89 25,43 0,44 2 3 1 19,00 1,00 6,01 0,60 0,18 3,50 0,18 1,11 361,00 1,00 36,17 19,00 114,26 6,01 51,85 0,90 25,92 0,45 1 4 0 21,00 0,00 6,18 0,62 0,19 4,01 0,00 1,18 441,00 0,00 38,24 0,00 129,86 0,00 52,29 0,91 26,15 0,46 4 0 2 16,00 4,00 6,26 0,63 0,19 3,11 0,78 1,22 256,00 16,00 39,17 64,00 100,14 25,03 53,20 0,93 26,60 0,46 0 0 4 0,00 16,00 6,41 0,64 0,20 0,00 3,21 1,29 0,00 256,00 41,11 0,00 0,00 102,58 54,40 0,95 27,20 0,47 1 0 4 1,00 16,00 6,61 0,66 0,21 0,21 3,34 1,38 1,00 256,00 43,71 16,00 6,61 105,78

Total 34,61 16,72 17,62 3158,00 988,00 595,18 479,00 1174,17 557,51

α θ α α α ; α = ( ) ; V = θ α ; =

θ α _{; = 10 sin}2_βθ 2 _(Å2_{) a a}2 _(Å2_{) c c}2 _(Å2_{) V (Å}3₎

28

Lanjutan Lampiran 6 Perhitumgan parameter kisi HAp b). UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH

βθ

(deg) (rad) βθ (deg) θ (rad) θ h k l α sin2βθ sin2θ α sin2θ sin2θ sin2θ α2 2 2 α α Β

10,80 0,19 5,40 0,09 1 0 0 1,00 0,00 0,35 0,04 0,01 0,01 0,00 0,00 1,00 0,00 0,12 0,00 0,35 0,00

16,85 0,29 8,43 0,15 1 0 1 1,00 1,00 0,84 0,08 0,02 0,02 0,02 0,02 1,00 1,00 0,71 1,00 0,84 0,84

18,90 0,33 9,45 0,16 1 1 0 3,00 0,00 1,05 0,10 0,03 0,08 0,00 0,03 9,00 0,00 1,10 0,00 3,15 0,00

29 Lanjutan Lampiran 6 Perhitumgan parameter kisi HAp

45,55 0,79 22,78 0,40 2 0 3 4,00 9,00 5,10 0,51 0,15 0,60 1,35 0,76 16,00 81,00 25,97 36,00 20,38 45,86 46,95 0,82 23,48 0,41 2 2 2 12,00 4,00 5,34 0,53 0,16 1,90 0,63 0,85 144,00 16,00 28,52 48,00 64,08 21,36 48,30 0,84 24,15 0,42 1 3 2 13,00 4,00 5,57 0,56 0,17 2,18 0,67 0,93 169,00 16,00 31,08 52,00 72,47 22,30 48,90 0,85 24,45 0,43 2 3 0 19,00 0,00 5,68 0,57 0,17 3,25 0,00 0,97 361,00 0,00 32,25 0,00 107,89 0,00 49,75 0,87 24,88 0,43 2 1 3 7,00 9,00 5,83 0,58 0,18 1,24 1,59 1,03 49,00 81,00 33,93 63,00 40,78 52,43 50,85 0,89 25,43 0,44 2 3 1 19,00 1,00 6,01 0,60 0,18 3,50 0,18 1,11 361,00 1,00 36,17 19,00 114,26 6,01 51,85 0,90 25,92 0,45 1 4 0 21,00 0,00 6,18 0,62 0,19 4,01 0,00 1,18 441,00 0,00 38,24 0,00 129,86 0,00 52,29 0,91 26,15 0,46 4 0 2 16,00 4,00 6,26 0,63 0,19 3,11 0,78 1,22 256,00 16,00 39,17 64,00 100,14 25,03 53,20 0,93 26,60 0,46 0 0 4 0,00 16,00 6,41 0,64 0,20 0,00 3,21 1,29 0,00 256,00 41,11 0,00 0,00 102,58 54,40 0,95 27,20 0,47 1 0 4 1,00 16,00 6,61 0,66 0,21 0,21 3,34 1,38 1,00 256,00 43,71 16,00 6,61 105,78

Total 34,46 16,71 17,53 3158,00 988,00 592,16 479,00 1169,67 557,16

; α = ( ) ; V = _{; =}

; = 10 sin2_βθ 2 _(Å2_{) a (Å) a}2 _(Å2_{) c (Å) c}2 _(Å2_{) V (Å}3₎

30

Lanjutan Lampiran 6 Perhitumgan parameter kisi HAp c). HAp

βθ

(deg) (rad) βθ (deg) θ (rad) θ h k l α sin2βθ sin2θ α sin2θ sin2θ sin2θ α2 2 2 α α Β

31 Lanjutan Lampiran 6 Perhitumgan parameter kisi HAp

45,55 0,79 22,78 0,40 2 0 3 4,00 9,00 5,10 0,51 0,15 0,60 1,35 0,76 16,00 81,00 25,97 36,00 20,38 45,86 46,85 0,82 23,43 0,41 2 2 2 12,00 4,00 5,32 0,53 0,16 1,90 0,63 0,84 144,00 16,00 28,33 48,00 63,87 21,29 48,30 0,84 24,15 0,42 1 3 2 13,00 4,00 5,57 0,56 0,17 2,18 0,67 0,93 169,00 16,00 31,08 52,00 72,47 22,30 48,95 0,85 24,48 0,43 2 3 0 19,00 0,00 5,69 0,57 0,17 3,26 0,00 0,98 361,00 0,00 32,34 0,00 108,06 0,00 49,70 0,87 24,85 0,43 2 1 3 7,00 9,00 5,82 0,58 0,18 1,24 1,59 1,03 49,00 81,00 33,83 63,00 40,72 52,35 50,95 0,89 25,48 0,44 2 3 1 19,00 1,00 6,03 0,60 0,19 3,52 0,19 1,12 361,00 1,00 36,37 19,00 114,59 6,03 51,75 0,90 25,88 0,45 1 4 0 21,00 0,00 6,17 0,62 0,19 4,00 0,00 1,17 441,00 0,00 38,03 0,00 129,51 0,00 52,30 0,91 26,15 0,46 4 0 2 16,00 4,00 6,26 0,63 0,19 3,11 0,78 1,22 256,00 16,00 39,19 64,00 100,17 25,04 53,20 0,93 26,60 0,46 0 0 4 0,00 16,00 6,41 0,64 0,20 0,00 3,21 1,29 0,00 256,00 41,11 0,00 0,00 102,59 54,45 0,95 27,23 0,48 1 0 4 1,00 16,00 6,62 0,66 0,21 0,21 3,35 1,39 1,00 256,00 43,82 16,00 6,62 105,91

Total 34,56 16,72 17,59 3158,00 988,00 594,10 479,00 1172,71 557,37

_{; α = (} ) ; V = ; =

; = 10 sin2_βθ 2 _(Å2_{) a (Å) a}2 _(Å2_{) c (Å) c}2 _(Å2_{) V (Å}3₎

32

Lampiran 7 Tabel hasil uji keras

33

Lampiran 8 Spektrum serapan FTIR

35

Lampiran 9 Tabel hasil uji tarik

36

Lanjutan Lampiran 9 Tabel hasil uji tarik

37

Lanjutan Lampiran 9 Tabel hasil uji tarik

38

39

Dosis (kGy)

Titik leleh

(°C) ΔH (J/g) ΔH 100% PE

kristalin (J/g) Kristalinitas %

0 136,64 54,32 292,50 18,57

25 137,49 115,69 292,50 39,55

40

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Wonogiri pada tanggal 24 April 1992 dari pasangan Sodirin Hadi Sumanto dan Yarni Wijayanti. Penulis adalah anak pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 112 Jakarta dan melanjutkan studi di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia B (2012-2013), asisten praktikum Kimia Dasar I (2013), asisten praktikum Kimia Dasar II (2013-2014), asisten Praktikum Kimia Anorganik (2014), dan asisten praktikum Kimia Biologis II (2014). Penulis pernah aktif sebagai staf Departemen Service Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) FORCES tahun 2011 hingga 2013. Bulan Maret 2013 penulis mengikuti kegiatan SUIJI Service Learning Program: “Searching for Sustainability in the Relationship between Urban & Rural

Communities in Japan”, yang diselenggarakan oleh Ehime University di

Matsuyama, Jepang. Penulis juga berkesempatan melaksanakan Praktik Lapangan di Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTBIN-BATAN) Serpong pada bulan Juli-Agustus 2013.