Pengaruh Penambahan Pengisi Nanopartikel Cangkang Telur Ayam Terhadap Sifat-Sifat Mekanik Komposit Resin Akrilik Pada Basis Gigi Tiruan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 BASIS GIGI TIRUAN RESIN

Basis gigi tiruan adalah bagian dari gigi tiruan yang berbentuk jaringan lunak dan bukan merupakan giginya. Sebelum tahun 1940 basis gigi tiruan yang sering digunakan adalah vulkanisasi dari polimer karet alam. Densitas sambung silang dari karet alam menyebabkan produk cenderung menjadi kurang higienis dikarenakan penyerapan air liur. saat ini resin akrilik digunakan secara universal untuk konstruksi basis gigi tiruan. Terdapat dua metode pada proses pencetakan bahan basis gigi tiruan, metode yang pertama dikenal dengan metode cetakan adonan resin, dan metode yang kedua dikenal dengan metode pencetakan adonan resin dengan injeksi. Akan tetapi metode pencetakan adonan resin dengan injeksi jarang dilakukan dikarenakan sulit untuk mengontrol bentuk basis gigi yang diinginkan. Gambar 2.1 menunjukkan penampilan gigi tiruan akrilik. Basis gigi tiruan terdiri dari area berwarna merah muda yang dibuat di laboratorium gigi menggunakan campuran cairan dan bubuk bahan dasar gigi tiruan akrilik [15].

Gambar 2.1 Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik

mengakibatkan, prodak menjadi kelelahan. Ada banyak studi yang telah dilakukan peneliti tentang kekuatan mekanik bahan resin dan mereka dibagi dalam dua pendekatan berikut. Pendekatan pertama adalah untuk meningkatkan kekuatan dari basis gigi tiruan polimer dengan menambahkan cross-link agent berupa monomer dari poli-fungsional seperti Polietilenglikol dimetakrilat. Pendekatan kedua adalah menambahkan serat atau batang untuk meningkatkan kekuatan dari basis gigi tiruan polimer [17].

Resin akrilik sampai saat ini masih merupakan pilihan untuk pembuatan basis gigi tiruan lepasan oleh karena harganya relatif murah, mudah direparasi, proses pembuatan gigi tiruan mudah dan menggunakan peralatan sederhana, warna stabil, dan mudah dipulas.1 Resin akrilik hybrid yang berkembang saat ini juga sangat efektif, praktis, mempunyai dua aktivator yaitu kimia dan panas serta proses curing cepat hanya 20 menit suhu 100°C. Lama proses curing tersebut sangat singkat dibandingkan dengan proses curing resin akrilik terdahulu. Selain itu resin akrilik dapat dilakukan proses curing menggunakan gelombang mikro yang hanya memerlukan waktu 15 menit sehingga waktu kerja lebih efisien. Kekurangan resin akrilik adalah mudah patah, dan patahnya basis gigi tiruan dapat terjadi di luar mulut yaitu jatuh pada tempat yang keras [30].

2.2 RESIN AKRILIK

Sejak tahun 1930-an, berbagai macam jenis resin telah diaplikasikan ke dalam perawatan gigi untuk konstruksi protesa pada gigi tiruan dan kecocokan bahan jenis resin sebagai bahan konstruksi pada gigi tiruan diperlihatkan pada sifat fisik, sifat kimia dan sifat biologi pada pengaplikasiannya. Namun, salah satu faktor utama yang membatasi penggunaan bahan jenis resin ini adalah biokompatibilitas mereka. Biokompatibilitas dapat didefinisikan sebagai penerimaan (atau penolakan) dari suatu bahan terhadap penambahan bahan lain yang berdampak terhadap kekuatanbahan tersebut [18]. Definisi ini menunjukkan interaksi antara matriks dengan material pengisi haruslah sesuai dengan yang diharapkan untuk mengahasilkan prodak yang diinginkan. Terdapat beberapa faktor yang harus selaras sebelum material dapat dianggap biokompatibel, diantaranya adalah faktor kekuatan fisik/sifat mekanik dari prodak, penambahan material pengisi tidak boleh memberikan efek yang merugikan terhadap matriks, dalam banyak kasus berarti tidak boleh terjadi dalam proses penambahan material pengisi [19].

Klasifikasi resin menurut DIN-EN ISO-1567 terdiri dari komposisi yang terkandung pada resin tersebut. Untuk resin termoplastik, dapat dibedakan dalam beberapa jenis yaitu, resin asetal, resin polikarbonat, resin akrilik dan resin poliamida. Penggunaan resin termoplastik dalam kedokteran gigi telah tumbuh secara signifikan dalam beberapa dekade terakhir. Teknologi ini didasarkan pada plasticising dari bahan jenis resin hanya menggunakan panas dalam pengolahan

tanpa adanya reaksi kimia yang terjadi. Proses pencetakkan dilakukan dengan cara menuangkan plasticized resin kedalam cetakan. Hal tersebut telah membuka perspektif baru untuk perkembangan teknologi gigi tiruan penuh dan gigi tiruan lepasan [20].

2.3 REAKSI POLIMERISASI

polimerisasi adalah suatu reaksi pertukaran dan biasanya menghasilkan senyawa berbentuk cincin, reaksi ini biasanya menggunakan penambahan katalis ataupun dengan penambahan sejumlah kecil zat untuk mendapatkan suatu prodak akhir [26]. Polimerisasi membentuk unit monomer yang dihubungkan oleh reaksi kimia untuk membentuk rantai yang lebih panjang. Rantai panjang dari polimer tersebut menghasilkan suatu bahan kimia dengan jenis yang lainnya dan akan menghasilkan bahan yang memiliki sifat dan karakteristik yang unik. rantai polimer yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi dapat berbentuk linear, bercabang, ataupun membentuk cross-linked [22] dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Rantai Polimer (a) Linier (b) Bercabang (c) cross-linked

2.3.1 Reaksi Polimerisasi Adisi

Polimerisasi adisi umumnya terjadi pada monomer berikatan rangkap dan melibatkan molekul tidak stabil sebagai inisiator. Reaksinya diawali pemutusan ikatan rangkap dengan bantuan inisiator, kemudian dilanjutkan reaksi adisi monomer lain yang belum bereaksi. Berdasarkan jenis pusat aktifnya, polimerisasi adisi dapat terbagi lagi menjadi polimerisasi radikal bebas, polimerisasi ionic, dan polimerisasi Ziegler-Natta. Contoh polimerisasi adisi adalah sintetis polistiren dari monomer stiren dengan benzoil peroksida sebagai inisiator [25]. Sebagai contoh, polimetil metakrilat (PMMA) pada umumnya terbentuk melalui suspensi atau emulsi dari reaksi polimerisasi. PMMA biasanya digunakan dalam kedokteran gigi dan diproduksi oleh suspensi reaksi polimerisasi adisi [24].

2.3.2 Reaksi Polimerisasi Kondensasi

molekul. Polimerisasi kondensasi dan adisi dapat di bedakan berdasarkan perbedaan komposisi ataupun monomer yang terkandung pada senyawa polimer yang telah disentesis Polimerisasi kondensasi adalah jenis polimer yang terbentuk dari monomer polifungsional oleh berbagai reaksi kondensasi senyawa organik dengan pelepasan beberapa molekul kecil seperti air [23].

Polimerisasi kondensasi terbentuk dari reaksi seri, polimerisasi kondensasi mereaksikan dua senyawa atau lebih (monomer, dimer, trimer, dll) yang dapat bereaksi secara terus menerus membentuk molekul yang lebih besar. Pada polimerisasi kondensasi, reaksi bertahap terjadi antara kelompok molekul kimia yang reaktif ataupun kelompok fungsional. Dalam prosesnya, sebuah molekul kecil, biasanya air atau amonia, dihilangkan. Reaksi khas polimerisasi kondensasi adalah pembentukan poliester melalui reaksi dari glikol dan asam dikarboksilat [27].

2.3.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik

Polimerisasi resin akrilik dapat dicapai dengan aktivasi kimia, aktivasi cahaya tampak atau aktivasi pemanasan menggunakan air panas atau energi microwave. Dalam metode kedua, monomer molekul bergetar oleh terkena medan elektromagnetik frekuensi tinggi. Fenomena ini menyebabkan tabrakan antarmolekul yang menghasilkan panas untuk noumenon proses aktivasi menyebabkan tabrakan antarmolekul yang menghasilkan panas untuk proses aktivasi. Polimerisasi pada akrilik dapat memberikan beberapa kelebihan diantaranya adalah, mampu mencapai sifat terbaik dari resin akrilik, misalnya, kekerasan, porositas, dan rilis monomer [23].

Tahap-tahap polimerisasi pada basis gigi tiruan resin akrilik tipe heat-cured terdiri dari tiga tahapan sebagai berikut:

1. Inisiasi

Gambar 2.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Inisiasi

2. Propagasi

Propagasi merupakan tahap pembentukan rantai yang terjadi karena

monomer yang diaktifkan, kemudian terjadi reaksi antara radikal bebas dengan monomer. Reaksi yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Propagasi 3. Terminasi

Terminasi terjadi karena adanya reaksi pada radikal bebas 2 rantai yang sedang tumbuh sehingga terbentuk molekul stabil, . Reaksi yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.5 [42].

Gambar 2.5 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Terminasi

terjadinya polimerisasi. Kemudian terjadi propagasi, yaitu berlanjutnya dengan cepat penyatuan radikal bebas dengan monomer hingga terjadi ikatan dengan rantai transfer lainnya, atau bertemu dengan radikal bebas lain. reksi eksoterm ini melepas 12.500 kalori/mol [31].

Berdasarkan polimerisasinya terdapat dua jenis resin akrilik yaitu cold-cured atau chamical-cured dan heat-cured. Pada resin akrilik cold-cured cairannya berisikan monomer MMA, cross-linking agent dan inhibitor yang umumnya berupa hidrokunion. Bubuknya terdiri atas PMMA dan benzoil peroksida. Cara kerja resin karilik heat-cured mirip dengan cold-cured namun dalam resin akrilik heat-cured tidak terdapat activator kimia. Karena tidak adanya aktivator maka cairan dan bubuk yang telah dicampurkan berada dalam bentuk dough lebih lama. Oleh karenanya, working-time dari resin akrilik heat-cured lebih lama. Saat resin akrilik heat-cured dipanaskan dalam water bath panas yang diberikan akan memecahkan benzoil peroksida, kemudian akan membentuk radikal bebas. Hasil akhir yang diperoleh dari resin akrilik heat-cured yang dipanaskan dengan baik akan lebih kuat dibandingkan dengan resin akrilik cold-cured [31].

2.4 BAHAN BASIS GIGI TIRUAN

Material Bahan basis gigi tiruan terbagi menjadi dua, yaitu powder dan liquid yang nantinya akan di campurkan untuk menghasilkan adonan yang akan digunakan dalam untuk membuat basis gigi tiruan.

1) Powder Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik

Powder bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung serbuk Polimetil

Metakrilat (PMMA) bersama dengan Benzoil peroksida (Inisiator) dan pigmen [4]. Setelah pencampuran powder dan liquid yang disertai aktivasi oleh panas, pengerasan yang terjadi pada bahan basis gigi tiruan ini disebabkan oleh polimerisasi monomer metil metakrilat (MMA) yang berubah membentuk polimetil metakrilat (PMMA) [15].

2) Liquid Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik

Liquid bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung monomer Metil Metakrilat

memiliki ciri fisik tidak berwarna, viskositas rendah dengan titik didih 100,3ºC. Metil metakrilat (MMA) termasuk dalam salah satu dari kelompok monomer yang sangat rentan terhadap reasksi polimerisasi radikal bebas.. Liqid biasanya berisi cross-linking agent yang berbeda akan tetapi zat yang paling banyak digunakan

adalah ethyleneglycol dimethacrylate, senyawa ini digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dari suatu bahan. Dengan begitu rantai bercabang dan cross-linking dapat memiliki efek penting pada sifat-sifat bahan polimer [15].

Berikut adalah tabel kandungan senyawa-senyawa yang terkandung dalam bahan basis gigi tiruan resin, yang terdiri dari powder dan liquid :

Tabel 2.1 Kandungan Senyawa Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik [15]

Material Kandungan Senyawa

bahan ortopedi pada gigi tiruan dan juga sebagai implan permanen untuk lensa intraokuler setelah operasi katarak [28].

Gambar 2.6 Struktur Molekul Polimetil Metakrilat (PMMA)

PMMA memiliki kekuatan mekanik, modulus young tinggi dan elongasi rendah pada saat break. PMMA adalah salah satu jenis termoplastik yang keras dan juga tahan terhadap goresan. Hal tersebut menunjukkan bahwa PMMA memiliki sifat penyerepan terhadap air yang sangat rendah, karena yang produk yang dibuat memiliki stabilitas dimensi yang baik. PMMA memiliki stabilitas termal pada kisaran suhu 100°C. PMMA juga dapat bertaahan pada suhu rendah pada kisaran -70°C. Hal tersebut membuat PMMA memiliki sifat ketahanan terhadap perubahan suhu sangat baik [29]. Berikut adalah sifat fisika yang dimiliki oleh Polimetil Metakrilat (PMMA).

Tabel 2.2 Sifat Fisika Polimetil Metakrilat (PMMA) [29]

Sifat Fisika Value

Densitas 1,15 – 1,19 g/cm3

Penyerapan air 0,3 – 2 %

Moisture Absorption pada kesetimbangan 0,3 – 0,33 %

Penyusutan pada saat pencetakan 0,003 – 0,0065 cm

Melt Flow 0,9 – 27 g/10 menit

akrilik tanpa pengisi, dimana kekuatan tarik yang dihasilkan resin akrilik berpengisi serat kaca adalah sebesar 0,2223736 mpa dan tanpa penambahan serat kaca sebesar 0,276608 mpa [39].

2.4.2 Inisiator Benzoil Peroksida

Benzoil peroksida pada umumnya digunakan sebagai inisiator radikal untuk polimerisasi akrilat (semen gigi dan restoratif gigi tiruan) dan polimer beberapa polimer lainnya. Selain itu benzoil peroksida juga dapat digunakan sebagai: agen pemutih untuk tepung, lemak, minyak, lilin, proses curing pada karet dan, dalam obat-obatan untuk pengobatan jerawat [48].

Adapun sifat kimia dan fisika dari benzoil peroksida adalahsebagai berikut: bentuk kristal padat, tidak berwarna, bau seperti almond, berat molekul 242,23 ; rumus molekul C14H10O4 ; titik leleh 104,5°C ; titik dekomposisis 106-108°C ; tekanan uap <1 mmHg pada 20°C ; gravitasi spesifik (air=1 atm) 1,3340 pada 25°C ; kelarutan dalam air <1% ; larut dalam benzene, eter, aseton, kloroform ; sedikit larut dalam alkohol, karbon disulfida, olive oil [49].

Gambar 2.7 Struktur Molekul Benzoil Peroksida

dan dimethyl amino-ethyl metacrylate menghasilkan radikal bebas saat teradiasi oleh oleh cahaya tampak. Cahaya dengan panjang gelombang sekitar 468 nm dibutuhkan untuk mencetuskan reaksi ini [39].

Beberapa penelitian mengenai penggunaan inisiator benzoil peroksida dalam pembuatan bahan komposit telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk memaksimalkan pengunaannya, diantaranya adalah (Afriando, 2009), melakukan penelitian tentang pengaruh konsentrasi benzoil peroksida terhadap degradasi thermal polipropilena. Adapun perbandingan %berat (PP:BPO) yang dilakukan dalam penelitian tersebut adalah 95:5, 90:10, 85:15, 80:20 dan 75:25. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin banyak benzoil peroksida yang ditambahkan maka semakin kecil viskositas internsik, berat molekul dan titik leleh dari sampel yang dihasilkan [47]. (Rina, 2008) melakukan penelitian mengenai karakterisasi polistirena dengan menggunakan benzoil peroksida sebagai inisiator. Polistirena disintesis melalui reaksi polimerisasi dengan menggunakan inisiator benzoil perosida pada suhu 85oC dan variabel waktu polimerisasi Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen PS dengan waktu polimerisasi 20 jam lebih besar dibanding PS yang dihasilkan dengan waktu polimerisasinya 5 jam, dan hasil ini sesuai dengan data massa molekul relatif yang diukur dengan viskometer Ostwald. Akan tetapi rendemen polistirena yang dihasilkan dengan waktu polimerisasi 5 jam, DPn 100 lebih besar dibanding dengan DPn 500 [38].

2.4.3 Inhibitor Hidrokuinon

Gambar 2.8 Struktur Molekul Hidrokuinon

Hidrokuinon merupakan senyawa organik aromatik, berbentuk butiran padat berwarna putih, yang dihasilkan dari sintesis senyawa fenol [32]. Hidrokuinon adalah zat alami yang ditemukan didalam beberapa makanan dan minuman seperti produk gandum, buah-buahan kopi, beberapa jenis the dan bir. Hidrokuinon terbentuk sebagai produk sampingan dari reaksi metabolisme beberapa jenis bakteri [50].

Inhibitor berupa 0,06% hidrokuinon yang berfungsi untuk mencegah terjadinya polimerisasi selama penyimpanan atau perpanjangan waktu penyimpanan. Bila resin akrilik tidak mengandung inhibitor maka polimerisasi monomer dan cross-linking agent akan terjadi secara perlahan, bahkan pada atau di bawah suhu kamar tergantung munculnya radikal bebas pada monomer. Sumber radikal bebas ini masih belum dapat ditentukan, akan tetapi bila terbentuk radikal bebas, maka akan meningkatkan viskositas cairan (monomer) dan dapat pula mengakibatkan monomer menjadi solid (padat). Inhibitor bekerja secara cepat pada radikal yang terbentuk pada cairan (monomer) untuk membentuk radikal yang stabil dan tidak berpotensi untuk memulai proses polimerisasi. Cara lain untuk mengurangi radikal yang tidak diinginkan yaitu dengan menyimpan monomer dalam kaleng atau botol berwarna coklat gelap [51].

2.4.4 Cross-linked Agent Etilen-glikol dimetakrilat

Gambar 2.9 Struktur Molekul Etilen-glikol dimetakrilat

2.5 BAHAN PENGISI KOMPOSIT (FILLER)

Bahan pengisi adalah penanggung beban utama pada komposit. Bahan pengisi ini biasanya ditambahkan ke dalam matriks untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit misalnya kekuatan atau kekakuan komposit. Berikut adalah beberapa sifat yang dapat diperoleh dengan penambahan bahan pengisi [28]:

a.Peningkatan sifat fisik.

b. Penyerapan kelembapan yang rendah. c.Sifat pembasahan yang baik.

d. Biaya yang rendah.

e.Ketahanan terhadap api yang baik.

f.Ketahanan terhadap bahan kimia yang baik.

Resin akrilik merupakan bahan yang paling sering digunakan dalam kedokteran gigi, tetapi resin akrilik memiliki berbagai kelemahan, salah satunya ialah kekuatan impak yang rendah. Kekuatan impak resin akrilik polimerisasi panas hanya sekitar 0,26 (charpy, Nm).6 Untuk meningkatkan kekuatan resin akrilik polimerisasi panas dapat digunakan berbagai macam bahan penguat. Bahan penguat yang dapat digunakan yaitu bahan logam, kimia dan serat. Bentuk logam yang dapat ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas ialah logam yang berbentuk kawat, serat, plat dan anyaman. Serat buatan dapat berbentuk filamen maupun stapel. Serat buatan yang sering dijadikan sebagai penguat adalah serat karbon, serat kaca dan serat polimer [33].

2.5.1 Bahan Pengisi Nanopartikel (Nanofillers)

kisaran antara 100 dan 2500 nanometer, sementara partikel ultrafine, antara 1 dan 100 nanometer. Mirip dengan partikel ultrafine, nanopartikel berukuran antara 1 dan 100 nanometer [52].

Nanopartikel saat ini dianggap sebagai bahan pengisi yang berpotensi tinggi untuk perbaikan sifat mekanik dan fisik dari komposit polimer. Sebagai pengisi yang berskala nano biasanya bebas dari kerusakan atau cacat. Luas antarmuka matriks-filler tinggi karena seragam dan dispersi yang homogen dari nanopartikel bertanggung jawab untuk mengubah sifat kelenturan, serta sifat mekanik, mobilitas molekul, dan sifat termal. Nanofiller, yang memiliki aspek rasio lebih besar (rasio terbesar ke dimensi terkecil) menunjukkan penguatan yang lebih baik untuk produksi nanokomposit. Pengisi yang berukuran nano umumnya dimasukkan kedalam basis berat untuk pengembangan nanokomposit [53].

2.5.2 Cangkang Telur Ayam

Pada percobaan ini digunakan pengisi berbentuk serbuk yaitu serbuk dari cangkang kulit telur ayam. Cangkang telur ayam merupakan media yang berguna untuk melindungi isi yang terdapat di dalamnya. Cangkang telur ayam mengandung sekitar 97% kalsium karbonat. Cangkang telur ayam telah digunakan sebagai sumber daya untuk kalsium dalam produksi nutrisi. Untuk mengekstrak kalsium dari cangkang telur ayam telah digunakan teknik baik secara fisika maupun kimia. Keuntungan utama dari cangkang telur ayam yaitu murah dan jumlahnya melimpah [52].

Kebanyakan kulit telur berkualitas baik dari lapisan komersial mengandung sekitar 2,2 gram kalsium dalam bentuk kalsium karbonat. Sekitar 95% dari cangkang telur kering kalsium karbonat berat 5,5 gram. Rata-rata kulit telur mengandung sekitar 0,3% fosfor dan 0,3% lainnya adalah kandungan senyawa-senyawa seperti magnesium natrium, kalium, seng, mangan besi dan tembaga [39].

terluar telur [34]. Untuk ayam petelur, kandungan kalsium harus lebih tinggi selama ternak itu masih memproduksi telur, karena kalsium sangat diperlukan untuk pembentuk kulit luarnya [35]. Bila dilihat dengan mikroskop maka kulit telur terdiri dari 4 lapisan yaitu:

1. Lapisan kutikula

Lapisan kutikula merupakan protein transparan yang melapisi permukaan kulit telur. Lapisan ini melapisi pori-pori pada kulit telur, tetapi sifatnya masih dapat dilalui gas sehingga keluarnya uap air dan gas CO2

2. Lapisan busa

Lapisan ini merupakan bagian terbesar dari lapisan kulit telur. Lapisan ini terdiri dari protein dan lapisan kapur yang terdiri dari kalsium karbonat, kalsium fosfat, magnesium karbonat dan magnesium fosfat.

3. Lapisan mamilary

Lapisan ini merupakan lapisan ketiga dari kulit telur yang terdiri dari lapisan yang berbentuk kerucut dengan penampang bulat atau lonjong. Lapisan ini sangat tipis dan terdiri dari anyaman protein dan mineral.

4. Lapisan membran

Merupakan bagian lapisan kulit telur yang terdalam. Terdiri dari dua lapisan selaput yang menyelubungi seluruh isi telur. Tebalnya lebih kurang 65 mikron [36].

Komposisi kimia dari kulit telur terdiri dari protein 1,71%, lemak 0,36%, air 0,93%, serat kasar 16,21%, abu 71,34%. Berdasarkan hasil penelitian, serbuk kulit telur ayam mengandung kalsium sebesar 401±7,2 gram atau sekitar 39% kalsium,

dalam bentuk kalsium karbonat. Terdapat pula strontium sebesar 372±161 g, zat-zat beracun seperti Pb, Al, Cd, dan Hg terdapat dalam jumlah kecil, begitu pula dengan V, B, Fe, Zn, P, Mg, N, F, Se, Cu, dan Cr [37].

dengan pengisi partikulat kulit telur komposit meningkat terus dengan meningkatnya % kulit telur. Kekuatan tarik meningkat dari 15,182 N/mm2 pada 0% berat cangkang telur menjadi maksimum 23,4 N/mm2 pada 40% berat cangkang kulit telur [40].

2.6 METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT

Metoda penyediaan komposit yang umum dilakukan, yaitu [41]:

1. Metoda Vacuum Bagging yang menggunakan kombinasi ruang vakum dan sebuah film penyerap resin.

2. Metoda Vacuum Resin Transfer Moulding (RTM) menggunakan pemanasan dan proses pemvakuman.

3. Metoda Filament Winding menggunakan sebuah mesin pemintal untuk membentuk jaringan filament.

4. Metoda Pultrusi menggunakan peralatan untuk membentuk komposit menjadi bentuk-bentuk struktural. Metoda ini banyak digunakan untuk produksi dalam skala besar.

5. Metoda Hand Lay-Up menggunakan cetakan yang telah diberi gel coat pada permukaannya kemudian ditambahkan resin dan pengisi kedalam cetakan tersebut dan dibiarkan mongering (curing)

6. Metoda Compression Molding menggunakan cetakan yang ditekan pada tekanan tinggi sampai mencapai 1000 psi, diawali dengan mengalirkan resin dan zat pengisi dengan viskositas tinggi ke dalam cetakan, kemudian mold ditutup dan dilakukan penekanan terhadap material komposit tersebut, sehingga mengakibatkan mengerasnya material komposit secara permanen mengikuti bentuk cetakan.

Pada penelitian metoda yang dipilih adalah Compression Molding dengan menggunakan alat Compression Molding:

a) Penyebaran komposit lebih merata b) Meminimalkan adanya void

2.7 METODE SONIKASI

dengan cara emulsi dan disperse bahan. Sebagian besar sonikasi dengan intensitas yang tinggi dilakukan dengan menggunakan metode sonikasi kavitasi. Kavitasi yang terjadi memberikan dampak berupa getaran yang menggerakkan bahan keatas dan kebawah dengan tekanan yang tinggi, yang mengakibatkan mengecilnya ukuran sampel yang terkena dampak dari kavitasi tersebut. Terdapat beberapa parameter yang perlu untuk diperhatikan selama peroses sonikasi yaitu, ampiltudo, tekanan, viskositas, dan konsentrasi sampel. Parameter tersebut akan mempengaruhi hasil proses dari sonikasi [56].

Gelombang ultrasonik dengan intensitas tinggi merambat di dalam cairan sehingga terjadi pergerakan cairan serta peristiwa kavitasi, mengakibatkan pada waktu yang sangat singkat terjadi kenaikan temperatur hingga ribuan derajad celcius dan tekanan hingga ribuan atmosfir. Pada sistem yang terdiri atas cairan dan padatan kejadian ini mengakibatkan tumbukan antar partikel yang dapat mengakibatkan perubahan morfologi permukaan, komposisi, dan reaktivitas. Adapun gelembung yang terbentuk akan meletus bila tekanan di luar gelembung lebih besar daripada tekanan di dalamnya. Peralatan laboratorium yang umum digunakan untuk sonikasi adalah high-intensity ultrasonic. Kristal piezolektrik yang terdapat pada peralatan ini akan mengubah sinyal listrik (220 V, 60 KHz) menjadi getaran mekanik dengan frekuensi 20 – 40 KHz dengan amplitudo beberapa puluh hingga ratus mikrometer. Kristal ini bergetar pada arah longitudinal dan getarannya ditransmisikan melalui struktur berbentuk terompet (horn) ke ujungnya yang dicelupkan ke dalam cairan. Getaran ujung terompet di dalam cairan menyebabkan terjadinya gelombang ultrasonik di dalam cairan tersebut yang kemudian menimbulkan peristiwa kavitasi. Bentuk umum susunan perangkatnya diperlihatkan pada Gambar dibawah [57].

2.8 KARAKTERISASI DAN PENGUJIAN PADA BASIS GIGI TIRUAN

2.8.1Karakterisasi TEM (Transmission Electron Microscopy)

TEM (Transmission Electron Microscopy) adalah teknik mikroskop dimana elektron ditransmisikan melalui spesimen ultra tipis, berinteraksi dengan spesimen dan dilewatkan. Gambar terbentuk dari interaksi antara transmisi elektron melewati spesimen, gambar dibesarkan dan fokus pada alat penggambaran. Analisis TEM dapat melihat perbesaran dengan resolusi tinggi diatas 500000 kali. Analisis ini dapat melihat perbesaran hingga kristal atau pun kolom atom suatu molekul [54]. TEM digunakan untuk menentukan bentuk dan ukuran partikel yang sangat teliti karena memiliki resolusi yang tinggi serta untuk mengetahui keteraturan lapisan tipis pada permukaan partikel. Partikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakan TEM. Prinsip kerja dari TEM adalah sampel ditempatkan di mikroskop dan kemudian dibombardir dengan elektron yang berenergi tinggi [53].

2.8.2Karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope)

SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, Sinar X, elektron sekunder dan absorbsi elektron. Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang

tebalnya sekitar 20 m dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh

merupakan tofografi segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan.

tipis. Yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan palladium [46].

2.8.4 Karakterisasi FTIR (Fourier Transform Infra-red)

Pada tahun 1965, Cooley dan Turky mendemonstrasikan teknik spektroskopi FT-IR. Pada dasarnya teknik ini sama dengan spektroskopi infra merah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara perhitungan Fourier Transform dan pengolahan data untuk mendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih tinggi. Teknik ini dilakukan dengan penambahan peralatan interferometer yang telah lama ditemukan oleh Michelson pada akhir abad 19.

Penggunaan spektrofotometer FTIR untuk analisa banyak diajukan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FTIR suatu senyawa (misalnya organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita serapan hampir seluruh di daerah spektrum IR 4000-450 cm-1_.

Formulasi bahan polimer dengan kandungan aditif bervariasi seperti pemlastis, pengisi, pemantap dan antioksidan memberikan kekhasan pada spektrum inframerahnya. Analisis infra merah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Di samping itu, analisis IR dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer [55].

2.8.5 Uji Modulus Elastisitas (MOE) dan Keteguhan Patah (MOR)

Gambar 2.11 Gambaran Umum Uji MOE dan MOR

Contoh uji berukuran 100 mm × 100 mm × 15 mm pada kondisi kering udara dibentangkan dengan jarak sangga 8 cm . Pembebanan dilakukan di tengah-tengah jarak sangga dengan kecepatan pembebanan sebesar 10 mm/menit. Kemudian ukur besarnya beban yang mampu ditahan oleh contoh uji tersebut sampai batas proporsi. Nilai MOE dihitung dengan rumus[44]:

Keterangan :

MOE = Modulus of Elasticity (kg/cm2₎

ΔP = perubahan beban yang digunakan (kg)

L = jarak sangga (cm)

Δy = perubahan defleksi setiap perubahan beban (cm)

b = lebar contoh uji (cm) h = tebal contoh uji (cm)

nilai MOE dikonversi ke N/mm2 dengan faktor konversi 0,098

Sedangkan untuk uji MOR, pembebanan pada pengujian MOE dilanjutkan sampai contoh uji mengalami kerusakan (patah). Nilai MOR dihitung dengan rumus [44]:

Keterangan :

MOR = Modulus of Rupture (kg/cm2) P = berat beban sampai patah (kg) L = jarak sangga (cm)

h = tebal contoh uji (cm)

Nilai MOR dikonversi ke N/mm2 dengan faktor konversi 0,098 Berikut gambar spesimen dari MOE dan MOR:

Gambar 2.12 Ukuran Dimensi Spesimen MOE dan MOR (ISO 178:2001)

2.8.6 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strenght)

Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari bahan. Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan Izod yang dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga disebut seabgai ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan Izod, spesimen berupa bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch, berikut adalah gambar specimen V-notch metoda Charpy dan Izod [45].

Gambar 2.13 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod

merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan antara metoda Charpy dan Izod yaitu bergantung pada peletakan support spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14 berikut [45].

Gambar 2.14 Skema Pengujian Bentur (Impact Strenght)

Nilai kekuatan bentur (Impact Strength) di hitung dengan menggunakan persamaan berikut [71]:

Impact Strenght =

Keterangan :

 Impact Strength = Kekuatan bentur (J/mm2)

 E = Energi yang dibutuhkan (J)

 b = Lebar sampel uji (mm)

 d = Tebal sampel uji (mm)

Berikut gambar spesimen yang akan diuji mempunyai bentuk 80 mm x 10 mm × 4 mm sebagai berikut: