“KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI
MATERIAL BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT
(BHA)/AMPAS KOPI/SHELLAC”
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
TAUFIK HIDAYAT I14142024
PROGAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
ii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati, saya persembahkan tulisan ini untuk:
1. Ayah, Ibu dan Kakak tercinta yang telah memberikan doa restu, dan dukungannya.
2. Dosen Pembimbing, Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T dan Bapak Abu Masykur, S.Si., M.Si. yang membimbing dan memantau perkembangan studi yang selama ini saya lakukan.
3. Staf Dosen dan Karyawan Universitas Sebelas Maret yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan ilmunya dan menuntun saya menjadi sarjana.
4. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra, Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam sebuah tim.
5. Teman-teman S1 Non-Reg 2014 yang selama ini menjadi keluarga kedua saya di Universitas Sebelas Maret.
6. Teman-teman Kos Abednego yang selama ini menemani saya baik dalam keadaan senang maupun sedih.
7. Teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan doa dan dukungannya kepada saya.
iii
KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI MATERIAL BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT (BHA)/AMPAS
KOPI/SHELLAC
Taufik Hidayat
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Indonesia
Email: taufik_2904@yahoo.com Abstrak
Angka kejadian patah tulang di Indonesia cukup tinggi sehingga dibutuhkan biomaterial dibidang kesehatan yang bersifat ekonomis dan ramah lingkungan. Limbah tulang sapi dapat dipergunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi atau mengganti tulang serta pemulihan jaringan gigi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah kandungan dari ampas kopi dan shellac akan hilang setelah proses sintering dan bagaimana pengaruh ampas kopi terhadap porositas dan laju degradasi material biokomposit BHA. Penelitian ini menggunakan metode pemanasan kalsinasi dan sintering. Berdasarkan analisa data pengujian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa pengamatan SEM EDX menunjukkan adanya unsur anorganik berupa Ca dan P dengan intensitas tinggi serta Na, Mg, O dan C dengan intesitas rendah. Pengamatan pola difraksi XRD menunjukkan nilai 2θ dari sampel sesuai dengan pola difraksi standar HA JCPDS 9-432. Analisa gugus fungsi FTIR menunjukkan tidak adanya titik puncak utama selain gugus fungsi fosfat (PO43−), karbonat (CO
3
2−) dan hidroksil (OH-). Dari ketiga
hasil pengamatan ini menunjukkan bahwa kandungan dari ampas kopi dan shellac telah menghilang secara sempurna ketika proses sintering dan hanya meninggalkan kandungan dari BHA dan semakin banyak campuran ampas kopi yang digunakan maka akan menurunkan nilai densitas serta meningkatkan jumlah porus dan mempercepat laju degradasi.
iv
CHARACTERIZATION AND BIODEGRADATION PROFILE BIOCOMPOSITE MATERIAL BOVINE HYDROXYAPATITE
(BHA)/COFFEE GROUNDS/SHELLAC Taufik Hidayat
Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University Indonesia
Email: taufik_2904@yahoo.com Abstract
The incidence of fractures in Indonesia is quite high so it needs biomaterials in the field of health that is economical and environmentally friendly. Bovine bone waste can be used for grafting, repairing, replenishing or replacing bones and restoring dental tissue. The purpose of this research is to determine whether the content of the coffee grounds and shellac will disappear after the sintering process, and how the effects of coffee grounds on the porosity and degradation rate of BHA biocomposite materials. This research uses heating method of calcination and sintering. Based on the analysis of test data conducted, it was concluded that SEM EDX observation shows the presence of inorganic elements of Ca and P with high intensity and Na, Mg, O and C with low intensity. Observation of XRD diffraction pattern shows 2θ values of the sample according to the standard diffraction pattern of HA JCPDS 9-432. FTIR functional group analysis showed no major peak points other than phosphate functional groups (𝑃𝑂43−), carbonates (𝐶𝑂32−) and hydroxyl (OH-). From these three observations indicate that the content of coffee and shellac dregs has disappeared completely when the sintering process and leaving only the content of BHA and the more mixture of coffee dregs used will decrease the density value and increase the number of porus and accelerate the degradation rate. Keywords: Biodegradation, Bovine Hydroxyapatite, FTIR, Porosity, SEM, XRD
v
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke
hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala kemudahan-Nya hingga pada akhirnya penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul “Karakterisasi dan profil biodegradasi material biokomposit bovine hidroksiapatit (BHA)/ampas kopi/shellac)”.
Berbagai pihak telah ikut berperan serta membantu penulis dalam rangka menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan, bimbingan, dan motivasi. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku pembimbing I Tugas Akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis.
2. Bapak Dr. Abu Masykur, S.Si., M.Si., selaku pembimbing II Tugas Akhir yang telah membimbing, mengarahkan dan selalu memberikan motifasi kepada penulis.
3. Bapak, Ibu, dan Kakak yang tidak henti-hentinya memberikan doa, semangat, dan dukungannya sehingga Tugas Akhir dapat terselesaikan dengan baik. 4. Bapak Dr. Eko Surojo, S.T., M.T., Bapak Nurul Muhayat, S.T., M.T., Bapak
Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan saran kepada penulis.
5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
6. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir. 7. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta, yang telah banyak memberikan ilmu dan pelajaran berharga. 8. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra,
Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam sebuah tim.
9. Teman-teman S1 Teknik Mesin Transfer Nonreguler angkatan 2014 yang telah menyediakan waktu untuk menyemangati, membagi ilmu, dan gurauan mereka ketika penulis memiliki permasalahan.
vi
10. Teman-teman KKN UNS Wakatobi yang telah menyediakan waktu untuk menyemangati dan membagi ilmu dalam bermasyarakat.
11. Teman-teman kos Jarwo, Rois, Mamet, Bang Pijhon, Wisnu, Nanda yang telah selalu mengingatkan penulis untuk tidak malas mengerjakan skripsi. 12. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.
Surakarta, Juli 2017
vii DAFTAR ISI HALAMAN PERSEMBAHAN... ii ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... ix DAFTAR GAMBAR ... x DAFTAR LAMPIRAN ... xi BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3 1.6 Sistematika Penelitian... 4
BAB II DASAR TEORI... 5
2.1 Tinjauan Pustaka... 5 2.2 Dasar Teori ... 6 2.2.1 Tulang Sapi ... 6 2.2.2 Hidroksiapatit ... 8 2.2.3 Shellac ... 9 2.2.4 Kopi ... 10 2.2.5 Kalsinasi ... 10 2.2.6 Proses Sintering ... 11
2.2.7 Karakterisasi Material Hidroksiapatit ... 13
2.2.8 Hipotesis ... 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 19
3.1 Tempat Penelitian ... 19
3.2 Alat dan Bahan ... 19
3.2.1 Alat ... 19 3.2.2 Bahan ... 25 3.3 Prosedur Penelitian ... 26 3.3.1 Persiapan ... 26 3.3.2 Proses Homogenisasi ... 28 3.3.3 Proses Kompaksi ... 29 3.3.4 Proses Sintering ... 29 3.4 Variabel Penelitian... 29 3.5 Tahap Pengamatan ... 30 3.6 Tahap Analisa ... 30 3.7 Perencanaan Penelitian ... 31 3.8 Diagram Alir ... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33
4.1 Pengaruh Suhu Kalsinasi Terhadap Serbuk Tulang Sapi ... 33
4.2 Hasil Proses Sintering Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas Kopi/Shellac Berbagai Variasi Campuran ... 34
viii
4.3 Pengujian Densitas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas
Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ... 35
4.4 Pengujian Porositas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ... 36
4.5 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) ... 37
4.5.1 Pengamatan Foto Scanning Electron Microschopy (SEM) ... 37
4.5.2 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) dengan Energy Dispersive X-Ray (SEM EDX) ... 42
4.6 Pengamatan Laju Degradasi ... 44
4.7 Analisa Pola Difraksi XRD (X-Ray Diffraction) ... 45
4.8 Analisa Gugus Fungsi dengan FTIR (Fourier Transform Infrared)... 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51
5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Anatomi kerangka tulang sapi ... 7
Gambar 2.2 (a) Tulang femur (b) bagian dalam tulang femur ... 8
Gambar 2.3 Proses Sintering ... 12
Gambar 2.4 Skema pengujian densitas ... 13
Gambar 2.5 Skema difraksi hukum Bragg ... 17
Gambar 3.1 Mortar dan alu ... 19
Gambar 3.2 Gelas kimia ... 20
Gambar 3.3 Magnetic stirrer ... 20
Gambar 3.4 Proses pemotongan tulang ... 20
Gambar 3.5 Mesin crusher ... 21
Gambar 3.6 Mesh ... 21
Gambar 3.7 Cetakan ... 22
Gambar 3.8 Timbangan digital ... 22
Gambar 3.9 Mesin press ... 22
Gambar 3.10 Dapur pemanas (furnace) ... 23
Gambar 3.11 Mesin XRD (X-Ray Diffraction) ... 23
Gambar 3.12 Mesin FTIR (Fourier Transform Infrared) ... 24
Gambar 3.13 Scanning Electron Microscopy ... 24
Gambar 3.14 Proses perendaman spesimen biodegradasi ... 25
Gambar 3.15 Tulang sapi bagian femur ... 25
Gambar 3.16 Larutan PBS SIGMA P-5368 ... 26
Gambar 3.17 Proses pengekstrakan hidroksiapatit ... 27
Gambar 3.18 Ampas kopi mesh 60 (250µm) ... 28
Gambar 3.19 Larutan shellac ... 28
Gambar 3.20 Diagram alir penelitian ... 32
Gambar 4.1 Perubahan warna serbuk tulang sapi ... 33
Gambar 4.2 Hasil pengujian densitas BHA/ampas kopi/shellac ... 36
Gambar 4.3 Hasil pengujian porositas BHA/ampas kopi/shellac ... 37
Gambar 4.4 Foto SEM perbesaran 100x ... 38
Gambar 4.5 Foto SEM perbesaran 200x ... 39
Gambar 4.6 SEM EDX BHA murni ... 41
Gambar 4.7 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac sebelum proses sintering ... 41
Gambar 4.8 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac setelah proses sintering . 41 Gambar 4.9 Laju degradasi selama 8 minggu ... 43
Gambar 4.10 Pola difraksi XRD BHA murni ... 44
Gambar 4.11 Pola difraksi XRD BHA/ampas kopi/shellac ... 45
Gambar 4.12 Pola difraksi XRD standard HA JCPDS 9-432 ... 45
Gambar 4.13 Spektrum dan gugus fungsi BHA murni dan BHA/ampas kopi/shellac ... 47
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat fisik dan kimia ampas kopi ... 10 Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran BHA/ampas kopi/shellac 29 Tabel 4.1 Perubahan warna sebelum dan sesudah proses sintering ... 34 Tabel 4.2 Perbandingan titik puncak tertinggi dari BHA murni,
BHA/ampas kopi/shellac dan HA JCPDS 9-432 ... 46 Tabel 4.3 Spektrum hasil uji FTIR dari sampel BHA murni dan
xi DAFTAR PERSAMAAN Persamaan 2.1 ... 13 Persamaan 2.2 ... 14 Persamaan 2.3 ... 14 Persamaan 2.4 ... 15
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data pengujian densitas aktual Lampiran 2 Perhitungan densitas teori Lampiran 3 Perhitungan porositas
Lampiran 4 Data pengujian laju degradasi Lampiran 5 Pola difraksi XRD BHA murni
Lampiran 6 Pola difraksi XRD BHA/ampas kopi/shellac Lampiran 7 Pola difraksi spektrum FTIR BHA murni
