Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron

(1)

SIFAT FISIKOKIMIA BIOKOMPOSIT UHMWPE/HAp

PASCA IRADIASI BERKAS ELEKTRON

NURIANTI SINUR ULI SINURAT

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron adalah benar 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.

Bogor, Mei 2015

Nurianti Sinur Uli Sinurat

(4)

(5)

ABSTRAK

NURIANTI SINUR ULI SINURAT. Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron. Dibimbing oleh IRMA HERAWATI SUPARTO, BAMBANG SUGENG, dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) digunakan sebagai

bantalan tibial pada sendi lutut buatan. Pemilihan UHMWPE daur ulang sebagai alternatif pembuatan bantalan karena lebih murah dibandingkan UHMWPE murni produksi Sigma Aldrich. Tujuan penelitian ini adalah membuat biokomposit UHMWPE-HAp dengan pemaduan mekanis serta memodifikasi sifat fisikokimia biokomposit menggunakan iradiasi berkas elektron. Film biokomposit diiradiasi pada dosis 0, 50, 100, dan 150 kGy. Pengaruh tambahan HAp dan iradiasi pada sifat fisikokimia diamati dengan berbagai metode (uji tarik, uji keras, difraksi sinar-X, spektroskopi inframerah transformasi Fourier, dan kalorimeter diferensial). Hasil penelitian menunjukkan bahwa UHMWPE daur ulang memiliki kemiripan sifat dengan UHMWPE murni. Tambahan HAp dan iradiasi memperlihatkan kekerasan, kristalinitas, dan titik leleh lebih tinggi, serta perpanjangan putus dan tegangan maksimum yang lebih rendah dibandingkan UHMWPE murni. Hasil FTIR menunjukkan terbentuknya ikatan baru.

Kata kunci: biokomposit, HAp, iradiasi berkas elektron, sifat fisikokimia, UHMWPE

ABSTRACT

NURIANTI SINUR ULI SINURAT. Physicochemical Properties of UHMWPE/HAp Biocomposites Post Electron Beam Irradiation. Supervised by IRMA HERAWATI SUPARTO, BAMBANG SUGENG and SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) often used for tibial tray as part of artificial knee joint. The selection of recycled UHMWPE as alternative for manufacturing tibial tray is due to its low cost compared to the pure UHMWPE of Sigma Aldrich. Therefore, the purpose this research is to evaluate physicochemical properties of UHMWPE-HAp biocomposites post electron beam irradiation. Biocomposite films were irradiated at doses of 0, 50, 100 and 150 kGy. The effect of additional HAp and irradiation on physicochemical properties were observed using various methods (tensile test, hardness test, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, and differential calorimeter). The results showed that the recycled and the pure UHMWPE were similar in their properties. However, the addition of HAp and irradiation on the recycled UHMWPE, revealed higher hardness, crystallinity, and melting point, but lower elongation at break and maximum voltage as compared. FTIR results showed the formation of a new bond.

(6)

(7)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

SIFAT FISIKOKIMIA BIOKOMPOSIT UHMWPE/HAp

PASCA IRADIASI BERKAS ELEKTRON

NURIANTI SINUR ULI SINURAT

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(8)

(9)

Judul Skripsi : Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron

Nama : Nurianti Sinur Uli Sinurat NIM : G44100047

Disetujui oleh

Dr dr Irma Herawati Suparto, MS Pembimbing I

Drs Bambang Sugeng

Pembimbing II Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT Pembimbing III

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen

(10)

(11)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang telah memberikan berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun karya ilmiah hasil penelitian yang berjudul “Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron”. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilakukan penulis di Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN dalam jangka waktu September 2014 sampai Februari 2015.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr dr Irma Herawati Suparto MS, Bapak Drs Bambang Sugeng, dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT selaku pembimbing, yang senantiasa memberikan arahan, dorongan semangat, dan doa kepada penulis selama melaksanakan penelitian ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada segenap staf PSTBM BATAN, Bapak Muhammad Farid, Bapak Drs Erijal, serta Ibu Dewi, yang telah membantu dan membimbing selama penelitian berlangsung. Ungkapan terima kasih kepada rekan kerja (Nanda Shabrina, Uli, Zahra, dan Sofie) atas bantuan yang diberikan sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.

Terima kasih tak terhingga penulis sampaikan kepada ibu, ayah (Alm), kakak, abang, dan seluruh keluarga, atas doa, dukungan moral maupun materil, dan kasih sayangnya selama kegiatan penelitian dan tugas akhir. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Nanda Andrian, Ayus, serta teman-teman kimia 47 atas segala doa dan dukungan.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan ilmu pengetahuan.

Bogor, Mei 2015

(12)

(13)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

BAHAN DAN METODE 3

Alat dan Bahan 3

Metode 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 6

Karakteristik UHMWPE Murni dan Daur Ulang 6

Karakteristik Biokomposit UHMWPE-HAp 7

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kuat Tarik 9

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kekerasan 11

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kristalinitas 12

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Sifat Termal 14

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Gugus Fungsi 15

SIMPULAN DAN SARAN 16

Simpulan 16

Saran 17

DAFTAR PUSTAKA 17

(14)

DAFTAR TABEL

1 Parameter kisi UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan

HAp dan iradiasi berkas elektron 7

2 Parameter kisi biokomposit murni dan daur ulang sebelum iradiasi

berkas elektron 8

3 Hasil analisis sifat termal biokomposit murni dan daur ulang 14 4 Hasil analisis gugus fungsi biokomposit murni 15 5 Hasil analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang 16

DAFTAR GAMBAR

1 Prostetik sendi lutut total 1

2 Difraktogram UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan

HAp dan iradiasi berkas elektron 6

3 Difraktogram biokomposit pada penentuan UHMWPE sebelum iradiasi

berkas elektron 8

4 Pengaruh dosis iradiasi pada tegangan maksimum 9 5 Pengaruh dosis iradiasi pada perpanjangan putus 10

6 Pengaruh dosis iradiasi pada kekerasan 12

(15)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Persendian merupakan bagian tubuh yang umum mengalami kerusakan. Kerusakan dapat disebabkan peradangan sendi lutut (osteoarthritis) serta akibat

benturan mekanik (Fang et al. 2003). Salah satu upaya mengembalikan fungsi

normal sendi melalui operasi penggantian sendi menggunakan prostetik. Prostetik sendi lutut terdiri atas tiga bagian yaitu, bagian utama prostetik komponen femoral, bantalan (tibial tray), dan komponen pendukung tibial tray (Musib

2011). Komponen prostetik sendi lutut ditampilkan pada Gambar 1. Biomaterial yang digunakan sebagai tibial tray harus memiliki kekuatan mekanik yang baik.

Hal ini sesuai dengan fungsi tibial tray sebagai bantalan yang menghubungkan

antara tulang paha dan tulang betis. Pada umumnya, bantalan (tibial tray) yang

digunakan terbuat dari material yang sukar terdegradasi dan memiliki masa pakai yang lama, yaitu material dari bahan polimer (Aydin 2010).

Gambar 1 Prostetik sendi lutut total (Musib 2011)

Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) merupakan

polimer yang memiliki sifat tahan abrasi, aus, sobek, benturan, dan bahan kimia (Sui et al. 2009). Berdasarkan sifat tersebut, penggunaan UHMWPE sebagai

bahan bantalan (tibial tray) pada sendi lutut buatan telah lama digunakan, namun

pengaruh tekanan dan gesekan yang terus menerus menyebabkan terjadinya keausan pada material bantalan (tibial tray). Salah satu upaya yang dilakukan

mengurangi keausan adalah menambahkan material yang bersifat biokompatibilitas, yaitu hidroksiapatit (HAp). HAp (Ca10(OH)2(PO4)6 termasuk

material keramik bioaktif yang memiliki bioafinitas tinggi, bersifat biokompatibel karena memiliki kesamaan komposisi dengan tulang yang mampu menggantikan jaringan tulang yang rusak tanpa merusak jaringan lain. Berdasarkan sifat tersebut, HAp dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan biokompatibilitas suatu implan (Sukaryo et al. 2012b). HAp dapat diperoleh dari sisik ikan, tulang-tulang

ikan, cangkang kerang, serta bahan lain yang berbasis kalsium fosfat.

Penelitian yang menggunakan UHMWPE sebagai bantalan tibial dengan memodifikasi metode untuk meningkatkan ketahanan mekanik telah banyak dilakukan, diantaranya pemanasan dengan iradiasi sinar gamma, iradiasi berkas

Komponen femoral

Bantalan (tibialtray)

Komponen

(16)

2

elektron (electron beam) (McKellop et al. 1999), metode iradiasi dengan elektron yang dipercepat (Šlouf et al. 2007), metode kempa panas tanpa iradiasi (Wang

dan Ge 2007), metode kempa panas dengan iradiasi sinar gamma (Sukaryo et al.

2012a), serta pembuatan komposit UHMWPE-alumina dengan teknik pemaduan mekanis (Elmkharram 2013). Iradiasi sinar gamma dan berkas elektron telah lama dimanfaatkan sebagai inisiator pada suatu polimer atau polipaduan. Dosis iradiasi merupakan salah satu variabel yang dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer (Lewis 2001).

Sinar gamma dipancarkan oleh isotop radioaktif (radioisotop) kobalt-60 dan partikel beta atau elektron energi tinggi yang diproduksi oleh mesin akselerator elektron atau mesin berkas elektron (MBE). Partikel alpha dan proton dapat diproduksi melalui akselerator berkas ion (ion beam accelerator). Sinar gamma

maupun berkas elektron termasuk jenis iradiasi pengion. Artinya, interaksi iradiasi pengion dengan materi akan mengakibatkan pembebasan elektron cepat yang selanjutnya menginduksi pembentukan ion positif dan negatif (ionisasi) serta pembentukan molekul interaksi (eksitasi) yang akan menghasilkan radikal bebas. Secara bersama maupun sendiri-sendiri ion-ion molekul tereksitasi dan radikal bebas tersebut menginduksi terjadinya reaksi kimia. Pada bahan polimer reaksi kimia yang terjadi dapat mengakibatkan pembentukan ikatan silang (crosslinking)

dan pemutusan rantai (chain scision). Terjadinya ikatan silang, yaitu terbentuknya

ikatan tiga dimensi pada molekul polimer, sedangkan pemutusan ikatan mengakibatkan molekul polimer terdegradasi, keduanya akan mempengaruhi sifat fisik mekanik polimer (Razzak dan Subki 1998). Sukaryo et al. (2012)

melaporkan bahwa kekerasan UHMWPE meningkat seiring dengan bertambahnya dosis iradiasi (0-150 kGy) dengan kisaran nilai 38 sampai 46 Shore D. Tegangan tarik maksimum menurun seiring bertambahnya dosis iradiasi. Meskipun mengalami penurunan nilai tegangan maksimum, nilai tersebut (29-41 MPa) masih memenuhi syarat produk implan (tegangan maksimum >19 MPa).

Penelitian ini menggunakan UHMWPE daur ulang sebagai bahan dasar pembuatan biokomposit dengan HAp yang menghasilkan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik. Pemilihan UHMWPE daur ulang didasarkan karena mempunyai nilai yang lebih praktis dibandingkan UHMWPE murni yang diproduksi dari Sigma Aldrich. UHMWPE daur ulang mudah diperoleh di Pasar lokal dengan harga jual yang jauh lebih murah dibandingkan UHMWPE murni yang memiliki harga jual yang tinggi. Pemilihan polimer jenis termoplastik jenis polietilena sebagai matriks dalam biokomposit dikarenakan polimer UHMWPE mempunyai titik leleh 125-138 ºC (Fang et al. 2003). UHMWPE daur ulang digunakan

sebagai alternatif lain pembuatan bantalan (tibial tray) dengan alasan pemilihan

yang didasarkan atas kemiripan sifat fisik dan mekanik dengan UHMWPE murni. Berdasarkan kemiripan sifat tersebut, memungkinkan UHMWPE daur ulang dapat digunakan sebagai bahan bantalan. Pembuatan biokomposit UHMWPE daur ulang dengan HAp sebagai pengisi (filler) melalui teknik pemaduan mekanis

(17)

3

BAHAN DAN 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, difraktometer sinar-X (XRD) merk Shimadzu XD 610, alat kempa panas merk Hydroulics tipe Pj16h, alat kempa dingin, cetakan, pemotong

dumbell, mesin berkas elektron (MBE) dinamitron tipe GJ-2, jangka sorong

digital, alat uji tarik merk Toyoseike, alat uji keras Zwick ISO/R 868 Shore A, 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, UHMWPE daur ulang dari Pasar Glodok Jakarta, dan HAp hasil sintesis dari sisik ikan (ukuran partikel 10-20 nm) dari PATIR BATAN.

Metode

Prosedur penelitian terdiri atas 7 tahap, yaitu pembuatan biokomposit daur ulang UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis, pembuatan film biokomposit, iradiasi biokomposit dengan berkas elektron, analisis kristalinitas menggunakan XRD, pengujian kekuatan mekanik, analisis termal, dan analisis gugus fungsi dengan FTIR. Secara umum bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.

Preparasi Sampel

UHMWPE daur ulang yang berbentuk silinder dikikir atau digergaji sehingga menjadi serbuk seperti UHMWPE Sigma Aldrich.

Pembuatan Biokomposit UHMWPE-HAp dengan Teknik Pemaduan Mekanis (Elmkharram 2013 dengan modifikasi)

Biokomposit UHMWPE yang dibuat memiliki komposisi hidroksiapatit (HAp), yaitu sebesar 15% dengan bobot total 15 g. Serbuk UHMWPE daur ulang dan HAp ditimbang untuk membuat biokomposit. Serbuk campuran dengan bobot 15 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 600 rpm

selama 90 menit. Setiap biokomposit yang telah dihasilkan dari proses penggilingan dimasukkan ke dalam wadah plastik.

Pembuatan Film Biokomposit UHMWPE-HAp (Apriliyanto 2014 dengan modifikasi)

(18)

4

0.5 mm. Serbuk diratakan sehingga memenuhi ruang di dalam cetakan. Cetakan dimasukkan ke dalam alat kempa panas yang telah dipanaskan dengan suhu 180 ºC kemudian ditekan dengan tekanan 140 kg cm-2 selama 8 menit. Setelah itu sampel dikeluarkan dari alat kempa panas dan dipindahkan ke dalam alat kempa dingin selama 8 menit.

Iradiasi Biokomposit dengan Berkas Elektron (Natsir 1998 dengan modifikasi)

Film biokomposit dalam wadah plastik ditempatkan pada konveyor. Selanjutnya dilakukan iradiasi berkas elektron dengan akselerator spesifikasi energi menengah 2 MeV, 10 mA model dinamitron tipe GJ-2 dengan kemampuan penetrasi elektron masing-masing 0.6 mm dan 1.2 mm untuk iradiasi dua sisi dalam bahan yang kerapatannya 1 g/cm3. Pengaturan frekuensi dan kecepatan iradiasi berkas elektron sesuai dengan tabel spesifikasi. Kecepatan konveyor pada dosis 25 kGy sebesar 0.80 m/menit dan frekuensi sebesar 4.61 Hertz dengan arus 2 mA. Iradiasi berkas elektron dilakukan pada dosis 50, 100, dan 150 kGy.

Analisis Kristalinitas Menggunakan XRD (Wulandari 2011 dengan modifikasi)

Film biokomposit dengan dosis 0, 50, 100, dan 150 kGy dengan ukuran tertentu ditempelkan pada sampel dalam alat XRD merk Shimadzu XD 610 dengan perekat ganda yang diletakkan pada goniometer. Kemudian di scanning

pada sudut 2θ antara 10º sampai 40º. Penentuan kristalinitas dapat ditentukan dari difraktogram hasil XRD menggunakan software Grapher 8 melalui persamaan:

Penentuan ukuran kristalit sampel ditentukan dari pola difraksi sampel melalui persamaan Scherrer:

Keterangan:

t = ukuran rata-rata kristalit k = konstanta Scherrer (0.9) λ = panjang gelombang sinar-X

B = lebar puncak pada setengah tinggi maksimum θ = posisi puncak difraksi

Lebar puncak pada setengah tinggi maksimum (B) sampel dicari menggunakan software X’pert High Score, serta dilakukan koreksi pelebaran

(19)

5

Pengujian Kekuatan Mekanik

Uji Tarik dan Perpanjangan Putus (ASTM D 1822-06)

Film biokomposit yang telah dicetak sesuai standar ASTM D 1822-06 diukur ketebalannya kemudian sampel dijepit di antara kedua pendulum alat uji tarik Toyoseiki. Sampel ditarik dengan kecepatan konstan 50 mm menit -1 sehingga diketahui tegangan maksimum dan perpanjangan putusnya. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali.

Uji Keras (ASTM D 2240-05)

Film biokomposit diukur ketebalannya dengan tebal lebih atau sama dengan 6 mm, kemudian diletakkan di atas tempat yang rata. Alat uji kekerasan Zwick ISO/R 868 Shore A diletakkan di atas sampel pada suatu titik kemudian beban dengan bobot 1 kg ditempatkan di atas alat tersebut. Posisi alat dan beban harus tegak lurus dengan sampel; setelah 15 detik, dibaca nilai kekerasan yang ditunjukkan oleh jarum pada alat. Nilai kekerasan berkisar antara 0 dan 100 Shore A. Pengukuran dilakukan pada 3 titik yang berbeda pada sampel. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali. Nilai pada satuan Shore A tersebut kemudian dikonversi dalam satuan Shore D.

Analisis Sifat Termal Menggunakan DSC

Pengaruh iradiasi berkas elektron pada titik leleh biokomposit dapat diamati menggunakan alat Differential Scanning Calorimeter (DSC). Film biokomposit

dengan kadar HAp 15% dan dosis iradiasi 0 dan 150 kGy diletakkan di atas wadah yang terbuat dari kuarsa yan terletak di dalam tungku pemanas pada alat DSC merk Perkin Elmer. Pengukuran dilakukan pada kisaran suhu 25 ºC hingga 200 ºC dengan kecepatan 20 ºC menit-1 dalam hembusan gas nitrogen (20 mL menit-1_{). Data yang dihasilkan dalam bentuk termogram. Titik leleh diperoleh dari}

puncak grafik endoterm, sedangkan kristalinitas ditentukan melalui persamaan berikut:

Analisis Gugus Fungsi Menggunakan FTIR

(20)

6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik UHMWPE Murni dan Daur Ulang

UHMWPE merupakan polimer semikristalin yang memiliki fase kristalin dan amorf. Struktur kristal, ukuran kristalit, dan kristalinitas dari UHMWPE dapat ditentukan dari difraktogram hasil pengujian menggunakan XRD. Pola difraksi untuk setiap zat memiliki pola tertentu, sehingga dapat dianalisis secara kualitatif dengan mencocokkan data difraksi dari pangkalan Joint Committe for Podwer Diffraction Standard (JCPDS). Difraktogram UHMWPE dapat dilihat pada

Gambar 2. Berdasarkan pengamatan pada difraktogram UHMWPE murni (Gambar 2 bagian bawah) memperlihatkan bahwa difraktogram UHMWPE daur ulang (Gambar 2 bagian atas) sebelum penambahan HAp dan iradiasi berkas elektron mempunyai perbedaan intensitas pada puncak difraksinya, walaupun tidak terlalu besar. Namun memiliki pola difraksi yang mirip, yaitu dihasilkan puncak daerah kristalin dan amorf. Puncak daerah kristalin UHMWPE murni dan daur ulang dihasilkan pada posisi sudut 2θ, yaitu 21.5º.

Gambar 2 Difraktogram UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan HAp dan iradiasi berkas elektron

(21)

7 Tabel 1 Parameter kisi UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan

HAp dan iradiasi berkas elektron

Sampel a (Å) b (Å) c (Å) V (Å3)

UHMWPE Murni 7.4176 4.9568 2.6831 98.5316

UHMWPE Daur ulang 7.4226 4.9386 2.6555 97.3250 Keterangan: a, b, dan c: parameter kisi; V: volume unit kisi

Berdasarkan Tabel 1, parameter kisi UHMWPE daur ulang memiliki nilai yang tidak jauh berbeda dengan UHMWPE murni, yaitu selisih 0.005 sampai 0.03 Å. Dengan selisih parameter kisi yang kecil, dapat diasumsikan bahwa UHMWPE daur ulang memiliki struktur kristal yang sama dengan UHMWPE murni. Nilai parameter kisi yang didapatkan disesuaikan dengan data JCPDS PE 53-1859, menunjukkan bahwa volume unit sel sampel UHMWPE murni dan daur ulang lebih besar 6.79% dan 5.48% dibandingkan data JCPDS PE.

Penentuan ukuran kristalit UHMWPE murni dan daur ulang melalui persamaan Scherrer. Ukuran kristalit ditentukan dengan membandingkan panjang gelombang sinar-X dan konstanta Scherrer dengan lebar puncak pada setengah tinggi maksimum dan posisi puncak difraksi dari struktur kristal ortorombik. Berdasarkan Lampiran 4, ukuran kristalit UHMWPE murni dan daur ulang dihasilkan sebesar 26.9730 nm dan 33.7180 nm. Perbedaan ukuran kristalit menunjukkan keteraturan rantai polimer antara UHMWPE murni dan daur ulang. Berdasarkan hasil pegujian menggunakan DSC diperoleh titik leleh UHMWPE murni dan daur ulang sebesar 133.79 C dan 129.48 C. Titik leleh yang diperoleh termasuk dalam rentang sifat mekanik titik leleh UHMWPE, yaitu 125-138 C (Fang et al. 2003). Berdasarkan kemiripan sifat tersebut, dapat diasumsikan

UHMWPE murni dapat diganti dengan UHMWPE daur ulang dengan memodifikasi metode untuk meningkatkan sifat mekanik UHMWPE daur ulang dengan mengkorelasikan sifat mekanik UHMWPE murni.

Karakteristik Biokomposit UHMWPE-HAp

(22)

8

Gambar 3 Difraktogram biokomposit pada penentuan UHMWPE sebelum iradiasi berkas elektron

Berdasarkan difraktogram yang dihasilkan, didapatkan grafik yang terdiri dari beberapa puncak. Keberadaan UHMWPE di dalam biokomposit diidentifikasi dengan menganalisis pola difraksi dan membandingkan parameter kisi pada sampel biokomposit (Tabel 2). Munculnya puncak pada sudut 2 serta pola difraksi yang hampir sama dapat dilihat pada Gambar 3. Pola difraksi biokomposit UHMWPE menunjukkan bahwa terdapat senyawa UHMWPE di dalam biokomposit yang telah dibuat. Hal ini ditunjukkan dengan keberadaan puncak HAp pada sudut 2 di dalam biokomposit. Terjadi pergeseran sudut 2 sebesar 0.2918 pada puncak difraksi biokomposit daur ulang dari sudut 2 sebesar 21.5276º biokomposit murni, namun intensitas biokomposit murni lebih besar 51.57% dibandingkan intensitas biokomposit daur ulang.

Tabel 2 Parameter kisi biokomposit murni dan daur ulang sebelum iradiasi berkas elektron

Sampel a (Å) b (Å) c (Å) V (Å3)

Biokomposit Murni 7.4449 4.9537 2.6707 98.4948 Biokomposit Daur ulang 7.3938 4.8795 2.6851 96.8731 Keterangan: a, b, dan c: parameter kisi; V: volume unit kisi

(23)

9 = 521.26 Å. HAp pada biokomposit diidentifikasi dari difraktogram biokomposit dengan bantuan data JCPDS (Lampiran 2). Berdasarkan difraktogram yang dihasilkan (Gambar 3), puncak difraksi sampel menunjukkan adanya HAp di dalam biokomposit dan puncak difraksi HAp _{memiliki sudut 2θ mirip denga}n puncak difraksi pada biokomposit (ditunjukkan dengan tanda *).

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kuat Tarik

Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tarik UHMWPE tanpa HAp dan dengan 15% HAp (Lampiran 5) menunjukkan bahwa nilai tegangan maksimum cenderung menurun dengan peningkatan dosis iradiasi (Gambar 4). Nilai tegangan maksimum UHMWPE tanpa HAp seiring dengan peningkatan dosis iradiasi UHMWPE murni dan UHMWPE daur ulang terletak pada kisaran 35.32 sampai 26.23 MPa dan 26.48 sampai 21.09 MPa (Gambar 4a). Nilai tegangan maksimum yang dihasilkan UHMWPE murni dengan peningkatan dosis iradiasi lebih besar, yaitu 33.38% hingga 24.37% dibandingkan UHMWPE daur ulang. Berdasarkan penelitian Apriliyanto (2014), nilai tegangan maksimum UHMWPE murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy terletak pada kisaran 29.23 sampai 21.40 MPa. Nilai tegangan maksimum yang diperoleh dengan iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron memenuhi standar produk implan sesuai dengan ISO 5834-2 sebesar >19 MPa (Sukaryo et al. 2012).

Gambar 4 Pengaruh dosis iradiasi pada tegangan maksimum: (a) Tanpa HAp; (b) Dengan 15% HAp

Secara umum, nilai tegangan maksimum menurun seiring dengan peningkatan pesentase HAp dalam biokomposit yang disebabkan oleh penurunan persentase UHMWPE yang memberikan sifat lentur dan ulet dalam biokomposit. Berdasarkan Gambar 4b, nilai tegangan maksimum biokomposit murni seiring dengan peningkatan dosis iradiasi terletak pada kisaran 22.69 sampai 18.68 MPa, sedangkan hasil pengujian biokomposit daur ulang menunjukkan nilai tegangan maksimum cenderung fluktuatif, yaitu terletak pada kisaran 17.24 sampai 16.99 MPa pada dosis iradiasi 0 sampai 150 kGy. Titik minimum dihasilkan oleh biokomposit daur ulang pada dosis iradiasi 50 kGy ialah 14.89 MPa. Nilai tegangan maksimum yang dihasilkan biokomposit daur ulang dengan peningkatan dosis iradiasi menurun sekitar 31.61% hingga 9.94% dibandingkan dengan

(24)

10

biokomposit murni. Menurut Apriliyanto (2014), nilai tegangan maksimum biokomposit murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 23.80 sampai 23.61 MPa. Sehingga dapat diasumsikan bahwa iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menurunkan nilai tegangan maksimum bahan seiring dengan peningkatan dosis iradiasi.

Nilai kekuatan tarik yang semakin menurun dengan meningkatnya dosis iradiasi terjadi karena adanya pemutusan rantai akibat rantai polimer yang semakin lama semakin pendek. Pemutusan rantai dapat meningkatkan kekerasan biokomposit karena terbentuk kristal gabungan hasil pemutusan ikatan C-C yang berikatan dengan oksigen. Penurunan kekuatan tarik terjadi tidak signifikan karena pemutusan rantai juga terjadi secara perlahan pada kisaran dosis iradiasi yang digunakan. Persentase berkurangnya nilai tegangan maksimum biokomposit murni dan daur ulang masing-masing sebesar 55.66% dan 53.59%. Hal ini disebabkan oleh kandungan HAp yang cukup besar akan meningkatkan pengaruh sifat HAp (kaku dan mudah patah) dalam biokomposit (Alothman et al. 2013).

Nilai perpanjangan putus juga menunjukkan hal yang sama, yaitu semakin meningkat dosis iradiasi yang diberikan, maka semakin menurun nilai perpanjangan putus (Gambar 5). Nilai perpanjangan putus UHMWPE tanpa HAp seiring dengan peningkatan dosis iradiasi UHMWPE murni dan UHMWPE daur ulang terletak pada kisaran 259.93 sampai 115.4% dan 590.43 sampai 235% (Gambar 5). Menurut Apriliyanto (2014), nilai perpanjangan putus UHMWPE murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 174 sampai 136.23%. Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menurunkan nilai perpanjangan putus bahan seiring dengan peningkatan dosis iradiasi. Nilai perpanjangan putus yang dihasilkan UHMWPE daur ulang dengan peningkatan dosis iradiasi meningkat sebesar 100% dari UHMWPE murni. Nilai perpanjangan putus yang dihasilkan UHMWPE daur ulang termasuk dalam rentang sifat mekanik perpanjangan putus UHMWPE, yaitu 350 sampai 525% (Fang et al. 2003).

Gambar 5 Pengaruh dosis iradiasi pada perpanjangan putus untuk UHMWPE tanpa HAP dan tambahan 15% HAp

(25)

11 Nilai perpanjangan putus pada biokomposit juga mengalami penurunan yang signifikan. Hasil pengujian biokomposit murni menunjukkan nilai perpanjangan putus terletak pada kisaran 134.5 sampai 42.43% pada dosis iradiasi 0 sampai 150 kGy (Gambar 5). Titik minimum dengan perpanjangan putus pada biokomposit murni sebesar 41.3% pada dosis iradiasi 100 kGy. Nilai perpanjangan putus pada biokomposit daur ulang juga mengalami penurunan yang fluktuatif dengan peningkatan dosis iradiasi terletak pada kisaran 41.83 sampai 28.2%. Titik minimum dengan perpanjangan putus pada biokomposit daur ulang terletak pada dosis iradiasi 50 kGy dengan nilai sebesar 5.56%. Namun, nilai perpanjangan putus biokomposit murni dengan peningkatan dosis iradiasi lebih besar 100 sampai 50% dibandingkan biokomposit daur ulang. Menurut Apriliyanto (2014), nilai perpanjangan putus biokomposit murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 135.20 sampai 105.90%. Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menyebabkan nilai perpanjangan putus biokomposit yang menurun. Hal ini menunjukkan bahwa biokomposit semakin getas akibat adanya pemutusan rantai dan 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).

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kekerasan

Kekerasan merupakan salah satu sifat bahan yang penting dan digunakan sebagai indikator untuk ketahanan aus polimer. Pengujian kekerasan menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kekerasan dengan meningkatnya dosis iradiasi (Wang dan Ge 2007). Sukaryo et al. (2012) melaporkan nilai kekerasan UHMWPE hasil

(26)

12

Gambar 6 Pengaruh dosis iradiasi pada kekerasan: (a) Tanpa HAp; (b) Dengan 15% HAp

Nilai kekerasan juga meningkat seiring dengan penambahan HAp dalam biokomposit. Berdasarkan hasil pengujian nilai kekerasan biokomposit murni terletak pada kisaran 39 sampai 40 Shore D, sedangkan untuk biokomposit daur ulang terletak pada kisaran 38.6 sampai 41.8 Shore D (Gambar 6b). Nilai kekerasan biokomposit daur ulang lebih besar daripada biokomposit murni. Menurut Apriliyanto (2014), nilai kekerasan biokomposit murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 47.84 sampai 49.60 Shore D. Penambahan HAp pada matriks UHMWPE mampu meningkatkan nilai kekerasan dan biokompatibilitas suatu implan. HAp merupakan senyawa mineral apatit yang memiliki kesamaan komposisi kimia dengan jaringan tulang asli. Semakin tinggi kadar HAp di dalam biokomposit, semakin tinggi nilai kekerasan biokomposit.

Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menyebabkan terbentuknya ikatan silang dan pemutusan rantai akibatnya nilai kekerasan polimer meningkat. Ikatan silang menyebabkan susunan rantai acak yang berada di daerah amorf menjadi teratur sehingga polimer menjadi lebih keras. Pemutusan rantai juga dapat meningkatkan kekerasan karena oksigen menangkap radikal bebas hasil iradiasi berkas elektron sehingga polimer mengalami suatu proses oksidasi dan menghasilkan senyawa hidroperoksida yang dapat menyebabkan putusnya ikatan C-C dan membentuk kristal baru (Stephens 2009). Kristal-kristal inilah yang menyebabkan kekerasan semakin meningkat. Nilai kekerasan UHMWPE murni lebih besar daripada UHMWPE daur ulang dengan peningkatan dosis iradiasi. Namun, pada penambahan HAp nilai kekerasan biokomposit daur ulang lebih besar daripada biokomposit murni. Hal ini memungkinkan terbentuknya ikatan silang lebih banyak sehingga pemutusan rantai yang terjadi lebih banyak seiring bertambahnya dosis iradiasi.

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kristalinitas

Kekerasan biokomposit juga dipengaruhi oleh kristalinitas dari biokomposit tersebut. Bahan dengan kristalinitas yang tinggi akan membuat bahan tahan terhadap pelarut, menjadi kaku, dan lebih kuat, tetapi mudah getas (Sukaryo et al.

(27)

13 Penentuan kristalinitas ditentukan dari difraktogram hasil XRD dengan membandingkan luas fraksi amorf dengan luas fraksi total (Lampiran 7). Selain dari difraktogram hasil XRD, kristalinitas juga dapat diuji menggunakan hasil pengujian differential scanning calorimeter (DSC). Kristalinitas ditentukan

dengan membandingkan entalpi peleburan biokomposit dengan entalpi peleburan polietilena 100% kristalin (292.5 J/g).

Gambar 7 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian XRD: (a) Murni+15% HAp; (b) Daur ulang+15% HAp

Kristalinitas biokomposit meningkat seiring dengan meningkatnya dosis iradiasi. Persentase kristalinitas dengan pengujian menggunakan XRD pada biokomposit murni terletak pada kisaran 39.53 sampai 44.53%, sedangkan pada biokomposit daur ulang terletak pada kisaran 37.95 sampai 44.06% pada dosis 0 sampai 150 kGy (Gambar 7). Persentase kristalinitas biokomposit murni lebih besar dari biokomposit daur ulang. Hal ini menunjukkan bahwa biokomposit murni lebih kaku dari biokomposit daur ulang. Hasil analisis kristalinitas biokomposit murni dan daur ulang menggunakan DSC ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian DSC pada Murni+15% HAp dan Daur ulang+15% HAp

(28)

14

Berdasarkan Gambar 8, persentase kristalinitas dengan pengujian DSC pada biokomposit murni terletak pada kisaran 30.19% dan 50.64% dengan dosis iradiasi 0 dan 150 kGy, sedangkan pada biokomposit daur ulang terletak pada kisaran 32.64% dan 46.94% dengan dosis iradiasi 0 dan 150 kGy. Kristalinitas biokomposit murni lebih besar 7.88% dibandingkan biokomposit daur ulang. Hal ini menunjukkan bahwa biokomposit murni lebih keras. Menurut Apriliyanto (2014), kristalinitas biokomposit murni penambahan 5% HAp dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0, 25, dan 75 kGy diperoleh masing-masing sebesar 18.57, 39.55, dan 50.43%. Dapat diasumsikan bahwa kristalinitas meningkat dengan iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron seiring dengan peningkatan dosis iradiasi.

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Sifat Termal

Analisis termal adalah pengukuran fisika suatu bahan terhadap perubahan suhu yang digunakan untuk mengetahui ketahanan dan kestabilan polimer terhadap panas. Pengukuran analisis termal menggunakan DSC (Differential Scanning Calorimeter). Analisis termal DSC dilakukan untuk mengetahui

fase-fase transisi pada biokomposit murni dan daur ulang. Sampel yang digunakan untuk pengujian ini adalah UHMWPE dengan HAp dosis 0 kGy dan 150 kGy (Lampiran 8). Hasil analisis sifat termal biokomposit ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3 Hasil analisis sifat termal biokomposit murni dan daur ulang

Sampel Dosis Biokomposit Daur ulang 0 128,78 95,4487 32,63 150 129,98 143,1645 46,94

Dosis iradiasi juga mempengaruhi titik leleh dan entalpi peleburan pada biokomposit. Titik leleh dan entalpi peleburan biokomposit meningkat seiring peningkatan dosis iradiasi. Titik leleh yang dihasilkan pada biokomposit murni lebih besar 3.41 sampai 5.77% dibandingkan biokomposit daur ulang pada dosis 0 dan 150 kGy. Peningkatan titik leleh tersebut, disebabkan oleh peningkatan taut silang dan kristalinitas. Tingkat taut silang yang tinggi akan menurunkan derajat kebebasan antar rantai, sehingga energi yang diperlukan untuk mengubah fase padatan menjadi fase cairan akan semakin besar. Alothman et al. (2013)

(29)

15

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Gugus Fungsi

Analisis gugus fungsi dapat ditentukan melalui instrumen FTIR dengan memanfaatkan absorbansi dari biokomposit terhadap gelombang inframerah yang dipancarkan. Analisis ini bertujuan mengetahui interaksi yang terjadi pada gugus fungsi yang disebabkan oleh dosis iradiasi yang semakin besar pada penyusun film biokomposit UHMWPE daur ulang-HAp. Menurut Janaki et al. (2008)

spektrum FTIR HAp menunjukkan adanya pita serapan daerah 1450 cm-1 (regang gugus CO3-2), serta 866 cm-1, 604 cm-1, dan 565 cm-1 (gugus PO4-). Berdasarkan

hasil spektrum FTIR (Lampiran 9) berikut merupakan gugus fungsi yang ada pada biokomposit murni dan daur ulang (Tabel 4 dan Tabel 5).

Tabel 4 Analisis gugus fungsi biokomposit murni Sampel Dosis iradiasi (kGy) Bilangan

gelombang (cm-1) 1468.3108 Regang CO3-2

1032.3338

1466.6656 Regang CO3-2

(30)

16

Tabel 5 Analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang Sampel Dosis iradiasi (kGy) Bilangan

gelombang (cm-1) 1462.8269 Regang CO3-2

1035.0758 yang ditandai dengan adanya interaksi dengan oksigen pada bilangan gelombang 3755, 3574, dan 1032 cm-1. Selain itu, terjadi peristiwa ikatan silang yang ditandai dengan munculnya serapan gugus vinilena pada bilangan gelombang 961 cm-1_.

Pada hasil analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang pada dosis iradiasi 0 kGy terjadi degradasi yang menghasilkan radikal sehingga berinteraksi dengan oksigen, namun tidak muncul serapan gugus fungsi untuk HAp. Pada dosis iradiasi 150 kGy, biokomposit daur ulang mengalami degradasi dan terjadi ikatan silang dengan munculnya serapan gugus vinilena. Tingginya oksidasi dapat diamati dari perubahan warna komposit yang semakin kuning dengan meningkatnya dosis iradiasi.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

(31)

17

Saran

Perlu dilakukan analisis morfologi UHMWPE daur ulang setelah ditambahkan HAp sebagai bahan bantalan untuk mengetahui homogenitas. Perlu dilakukan uji ESR untuk mengetahui jenis radikal dan jumlah radikal yang tersisa pada bahan. Perlu dilakukan penentuan densitas dan bobot molekul dari UHMWPE daur ulang untuk mengetahui berat molekul. Selain itu, diduga HAp akan lebih biokompatibel bila dilapiskan pada permukaan UHMWPE sesuai sifat HAp, yaitu meningkatkan biokompatibilitas sekitarnya.

DAFTAR PUSTAKA

Alothman OY, Almajhdi FN, Fouad H. 2013. Effect of gamma radiation and acceerated aging on the mechanical and thermal behavior of HDPE/HA nano-composites for bone tissue regeneration. Bio Med Eng. 12(95):1-15.

Apriliyanto YB. 2014. Pengaruh iradiasi gamma pada sifat mekanik dan termal komposit UHMWPE-HAp untuk tibial tray [skripsi]. Bogor (ID): Institut

Pertanian Bogor.

[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2010. Tensile-Impact Energy to Break Plastics and Electrical Insulating Materials. Philadelphia: ASTM; (ASTM Standard: D1822-06).

[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2010. Rubber Property-Durometer Hardness. Philadelphia: ASTM; (ASTM Standard: D2240-05). Aydin E. 2010. Biodegradable polymer-hydroxyapatite nanocomposites for bone

plate applications [tesis]. Ankara (TR): Middle East Technical University. Elmkharram HMA. 2013. Mechanically processed alumina reinforced ultrahigh

molecular weight polyethylene (UHMWPE) matrix composites [tesis]. Blacksburg (US): Virginia Polytechnic Institute and State University.

Fang HW, Hsu SM, Sengers JV. 2003. Ultra high molecular weight polyethylene wear particle effects on bioactivity. Mater Sci Eng. 1002: 1-279.

Field LD, Sternhel S. 2008. Organic Structures from Spectra 4th Edition.

Chechester (GB): John Wiley&Sons.

Janaki K, Elamathi S, Sangeetha D. 2008. Development and characterization of polymer ceramic composites for orthopedic applications. Trends Biomater: Artif Organs. 22(3): 169-178.

Lednický F, Šlouf M, Kratochvil I, Baldrian J, Novotná D. 2007. Crystalline character and microhardness of gamma-irradiated and thermally treated UHMWPE. Macromol Sci, Part B: Phys. 46: 521-531.

Lewis G. 2001. Properties of crosslinked ultra high molecular weight polyethylene. Biomaterials. 22: 371-401.

Mc Kellop H, Shen FW, Lu B, Campbell P, Salovey R. 1999. Development of an extremely wear resistant ultra high molecular polyethylene for total hip replacement. J Orthop Res. 17(2):157-167.

Musib MK. 2011. A review of the history and role of UHMWPE as a component in total joint replacements. Inter Bio Eng.

(32)

18

Natsir M. 1998. Teknologi dan aplikasi pemercepat elektron. Di dalam: Sahadi F, editor. Risalah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan Radiasi; 18-19 Februari 1998, Jakarta, Indonesia. Jakarta (ID):

Badan Tenaga Atom Nasional, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi. (2): 37-45.

Šlouf M, Synkova H, Baldrian J, Marek A, Kovarova J, Schmidt P, Dorschner H, Stephen M, Gohs U. 2007. Structural changes of uhmwpe after e-beam irradiation and thermal treatment. Biomed Mater Res: Appl Biomat.

85:240-251.doi:10.1002/ jbm.b.30942.

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 iradiasi gamma terhadap sifat HDPE untuk tibial tray. J Ilmiah Aplikasi Isotop Iradiasi. 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.

Sukaryo SG, Arifin NL, Sudaryo, Sudirman. 2012. Pengaruh iradiasi gamma terhadap sifat mekanik UHMWPE untuk tibial tray. J Kimia Kemasan.

34(2):271-280.

Stepens CP. 2009. Morphological characterization of irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) [disertasi]. Knoxville (US): University of Tennessee.

Wang S, Ge S. 2007. The mechanical property and tribological behavior of UHMWPE: effect of molding pressure. Wear. 263(7-12):949-956.

Wulandari R. 2011. Modifikasi polimer UHMWPE dan HDPE dengan iradiasi gamma untuk meningkatkan kekuatan mekanik tibial tray [skripsi]. Bogor

(33)

19

LAMPIRAN

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Serbuk Campuran UHMWPE + HAp

Milling

Biokomposit

Film biokomposit Difraktogram

biokomposit

Pencirian dengan XRD

XRD Uji Tarik Uji Keras DSC FTIR

 Difraktogram  Kekuatan Tarik  Shore D

 Titik leleh dan Entalpi Peleburan  Spektrum Gugus Fungsi

(34)

20

(35)

21 Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE

Ortorombik:

a) UHMWPE Murni

2θ (deg) θ (deg) θ (rad) h k l d (Å) d2 (Å2) 1/d2 (Å-2) 10.8759 5.4379 0.0949 0 1 0 8.1283 66.0695 0.0151 21.5476 10.5485 0.1841 1 1 0 4.1207 16.9805 0.0588 23.9411 11.9705 0.2089 2 0 0 3.7139 13.7931 0.0725 30.1340 15.067 0.2629 2 1 0 2.9632 8.7809 0.1138 36.2374 18.1187 0.3162 0 2 0 2.4769 6.1352 0.1629 38.1157 19.0578 0.3326 0 1 1 2.3591 5.5653 0.1796

Hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å)

200 0.0725 4/a2 0 0 7.4278

110 0.0588 0.0181 1/b2 0 7.4278 4.9568 210 0.1138 4/a2 0.0407 0 7.3972 4.9568

011 0.1796 0 0.0407 1/c2 4.9568 2.6831

Rerata 7.4176 4.9568 2.6831

Volume unit sel

(36)

22

Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE b) UHMWPE Daur ulang

2θ (deg) θ (deg) θ (rad) h k l d (Å) d2 (Å2) 1/d2 (Å-2) 10.8833 5.4416 0.0949 0 1 0 8.1227 66.9792 0.0151 21.5991 10.7995 0.1884 1 1 0 4.1110 16.9005 0.0591 23.9467 11.9783 0.2090 2 0 0 3.7130 13.7868 0.0725 30.1328 15.0664 0.2629 2 1 0 2.9633 8.7816 0.1138 36.4332 18.2166 0.3179 0 2 0 2.4640 6.0717 0.1646 38.4644 19.2332 0.3356 0 1 1 2.3384 5.4681 0.1828

Hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å)

200 0.0725 4/a2 0 0 7.4278

110 0.0591 0.0181 1/b2 0 7.4278 4.9386 210 0.1138 4/a2 0.0401 0 7.4124 4.9386

011 0.1828 0 0.0401 1/c2 4.9386 2.6555

Rerata 7.4226 4.9386 2.6555

Volume unit sel

(37)

23 Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE

c) UHMWPE Murni + 15% HAp

2θ (deg) θ (deg) θ (rad) h k l d (Å) d2 (Å2) 1/d2 (Å-2₎

11.0660 5.5330 0.0965 0 1 0 7.9891 63.8257 0.0156 21.5276 10.7638 0.1878 1 1 0 4.1245 17.0115 0.0587 23.9050 11.9525 0.2086 2 0 0 3.7194 13.8339 0.0722 29.9997 14.9998 0.2617 2 1 0 2.9764 8.8577 0.1128 31.6823 15.3411 0.2764 2 1 0 2.8219 7.9631 0.1255 33.9899 16.9949 0.2966 3 0 0 2.6354 6.9453 0.1439 36.2871 18.1435 0.3166 0 2 0 2.4736 6.1186 0.1634 38.2563 19.1281 0.3338 0 1 1 2.3507 5.5257 0.1809

Hkl 1/d2 (Å-2) A B C a (Å) b (Å) c (Å)

200 0.0722 4/a2 0 0 7.4432

110 0.0587 0.0180 1/b2 0 7.4432 4.9568 210 0.1128 4/a2 0.0407 0 7.4483 4.9568

011 0.1809 0 0.0407 1/c2 _4.9568 _2.6707

Rerata 7.4449 4.9537 2.6707

Volume unit sel

(38)

24

Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE d) UHMWPE Daur ulang + 15% HAp

2θ (deg) θ (deg) θ (rad) h k l d (Å) d2 (Å2) 1/d2 (Å-2₎

11.0553 5.5276 0.0964 0 1 0 7.9967 63.9472 0.0156 21.8194 10.9097 0.1904 1 1 0 4.0700 16.5649 0.0603 24.0840 12.0420 0.2101 2 0 0 3.6922 13.6323 0.0733 261398 13.0699 0.2281 0 0 2 3.4063 11.6028 0.0861 30.2795 15.1397 0.2642 2 1 0 2.9493 8.6983 0.1149 32.0109 16.0054 0.2793 1 1 2 2.7936 7.8042 0.1281 34.2479 17.1239 0.2988 2 0 2 2.6161 6.8439 0.1401 36.5238 18.2619 0.3187 0 2 0 2.4581 6.0426 0.1654 38.2840 19.1420 0.3340 0 1 1 2.3521 5.5323 0.1807

Hkl 1/d2 _(Å-2_{) A} _B _C _{a (Å)} _{b (Å)} _{c (Å)}

200 0.0733 4/a2 0 0 7.3871

110 0.0603 0.0183 1/b2 0 7.3871 4.8795 210 0.1149 4/a2 0.0420 0 7.4074 4.8795

011 0.18087 0 0.0420 1/c2 4.8795 2.6851

Rerata 7.3938 4.8795 2.6851

Volume unit sel

(39)

25 Lampiran 4 Perhitungan ukuran kristalit

Sampel Dosis Keterangan: FWHM: full width at half maximum; t: ukuran kristalit

Contoh perhitungan UHMWPE Murni pada dosis iradiasi 0 kGy:

(40)

26

Lampiran 5 Tabel hasil uji tarik

Sampel Parameter Rerata SD

UHMWPE Murni; 0 kGy

Ketebalan (mm) 0.72 0.005

Tegangan Maks (MPa) 35.32 1.96 Perpanjangan Putus (%) 259.93 22.12 UHMWPE Daur ulang;

0 kGy

Tegangan Maks (MPa) 26.48 0.76 Perpanjangan Putus (%) 590.43 5.53 UHMWPE Murni + 15%

HAp; 0 kGy

Tegangan Maks (MPa) 22.69 1.49 Perpanjangan Putus (%) 134.50 6.84 UHMWPE Daur ulang +

15% HAp; 0 kGy

Tegangan Maks (MPa) 17.24 0.70 Perpanjangan Putus (%) 41.38 12.83 UHMWPE Murni; 50

kGy

50 kGy

HAp; 50 kGy

Tegangan Maks (MPa) 19.54 0.77 Perpanjangan Putus (%) 72.36 8.58 UHMWPE Daur ulang + Perpanjangan Putus (%) 163.83 55.28 UHMWPE Daur ulang;

100 kGy

HAp; 100 kGy

15% HAp; 100 kGy

(41)

27 Lanjutan Lampiran 5 Tabel hasil uji tarik

Sampel Parameter Rerata SD

UHMWPE Murni; 150 kGy

150 kGy

Tegangan Maks (MPa) 21.09 1.17 Perpanjangan Putus (%) 235 81.52 UHMWPE Murni + 15%

HAp; 150 kGy

15% HAp; 150 kGy

(42)

28

Lampiran 6 Tabel hasil uji keras

Sampel Rerata

(Shore A) (Shore D) Rerata

UHMWPE Murni; 0 kGy 90,33 39,46

UHMWPE Daur ulang; 0 kGy 89,67 38,60

UHMWPE Murni + 15% HAp; 0 kGy 90,00 39,00

(43)

29 Lampiran 7 Tabel hasil perhitungan kristalinitas menggunakan XRD

Sampel Dosis

Contoh perhitungan UHMWPE murni pada dosis iradiasi 0 kGy: Kristalinitas (%)

(44)

30

Lampiran 8 Termogram DSC

UHMWPE Murni + 15% HAp; 0 kGy

UHMWPE Murni + 15% HAp; 150 kGy

Contoh perhitungan kristalinitas biokomposit murni pada dosis iradiasi 0 kGy:

(45)

31 Lanjutan Lampiran 8 Termogram DSC

UHMWPE Daur ulang + 15% HAp; 0 kGy

(46)

32

(47)

33 Lanjutan Lampiran 9 Spektrum serapan FTIR

(48)

34

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lumban Lobu pada tanggal 11 Oktober 1992 dari pasangan Marisi Tua Sinurat dan Linceria br Hutahaean. Penulis adalah anak keenam dari enam bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Swasta Bintang Timur I (SMA BTB) Balige. Pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun ajaran 2014-2015. Penulis aktif sebagai anggota dari Unit Kegiatan Mahasiswa Persekutuan Mahasiswa Kristen Komisi Pelayanan Siswa pada tahun 2011-2015. Penulis juga pernah menjadi koordinator dan pengajar Agama Kristen di Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) PGRI 3 Bogor pada tahun 2011-2012. Selain itu, penulis juga pernah mendapatkan beasiswa ASTAGA pada tahun 2010 dan beasiswa IPB pada tahun 2013-2014.

Selama melaksanakan penelitian di Pusat Studi Teknologi Bahan Maju Badan Tenaga Nuklir Nasional (PSTBM BATAN), pada bulan Oktober 2014 penulis berkesempatan mengikuti kegiatan _“International Conference on Material Science and Technology (ICMST) 2014 in Conjuction with International School on Solid State Ionics (International Collaboration on Batteray Research)”, yang

diselenggarakan oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional, Serpong, Indonesia. Pada bulan Maret 2015, penulis juga mengikuti kegiatan “Pelatihan Instrumen”, yang diselenggarakan oleh Kepala bagian PSTBM BATAN. Penulis juga berkesempatan mengikuti kegiatan _“Workshop tentang Biomaterial”, yang