BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hidroksiapatit (HA) merupakan salah satu bahan biokeramik yang digunakan untuk biomedik karena komponen mineral yang terdapat didalamnya sama dengan komponen mineral pada tulang dan gigi manusia. Sejak awal tahun 1970-an, para peneliti telah meneliti penggunaan dari hidroksiapatit untuk pengobatan tulang patah atau rusak. Selanjutnya, penelitian tersebut diaplikasikan pada manusia dan hewan (Ruksudjarit dkk, 2007).
Sumber utama untuk membuat hidroksiapatit bisa didapat dari sumber alami ataupun sintesis. Hidroksiapatit yang dibuat baik dari sumber alami maupun sintesis dapat membentuk ikatan kimia yang kuat dengan jaringan utama dari tulang. Para peneliti dan para ahli sebelumnya telah banyak melakukan eksperimen untuk mendapatkan hidroksiapatit dari sumber alami yang lebih murah, diantaranya Ozawa dan Suzuki (2002) yang melakukan penelitian mengenai pembuatan serbuk hidroksiapatit berbahan dasar tulang ikan, Gregely, dkk (2010) telah melakukan penelitian hidroksiapatit dari cangkang telur, Herliansyah, dkk (2012) melakukan eksperimen hidroksiapatit dari gipsum, dan terdapat beberapa peneliti yang melakukan penelitian hidroksiapatit dari tulang sapi, yang lebih lanjut akan dijelaskan pada laporan penelitian ini. Dalam penelitian Akram dkk (2014) mengenai ekstraksi hidroksiapatit dari berbagai sumber alami berkesimpulan bahwa tulang sapi dan tulang ikan merupakan sumber yang baik dalam memproduksi kemurnian hidroksiapatit dibandingkan dengan cangkang telur dan kerang serta hidroksiapatit bersumber dari tanaman.
Tulang sapi (bovine bone) berpotensi besar untuk membuat bovine hidroksiapatit dan tulang sapi merupakan komoditi yang mudah didapat di Indonesia. Berdasarkan Martin (2000) pada penelitian Ooi dkk (2007) komposisi fase kristalin dari tulang sapi yang telah dilakukan proses sintering sama dengan
mineral dalam tulang yakni 93% hidroksiapatit dan 7% β-tricalcium phosphate (Ca2(PO4)2, β-TCP). Berdasarkan Dinas Peternakan (2014), jumlah populasi sapi
potong di Indonesia mencapai 16 Juta sampai dengan tahun 2013, yang lebih lengkapnya dapat terlihat pada Tabel 1.1. Dengan tingginya angka populasi tersebut diharapkan bahan baku utama dalam pembuatan bovine Hidroksiapatit dapat mudah didapat dan dalam jumlah besar pula.
Tabel 1.1 Data populasi sapi potong 2009-2013 (Dinas Peternakan, 2014)
Pemilihan material yang digunakan dalam suatu proses permesinan akan berpengaruh terhadap sifat mekanis dan fisis dari material tersebut. Untuk BHA sendiri memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan hidroksiapatit komersil (Sigma-Aldrich) (Setiawan, 2014). Ukuran partikel dari material juga mempengaruhi sifat mekanis dan fisis dari material tersebut. Dengan memperkecil ukuran partikel dari serbuk HA maka porositasnya akan mengecil pula dan mengecilnya porositas dari tiap material akan meningkatkan densitas dari suatu partikel. Selain itu, semakin kecil ukuran dari poros akan menghasilkan material yang kuat (Liu, 1997). Hal ini dikarenakan serbuk yang kecil akan membentuk kepadatan dan daya ikat antar partikel yang lebih banyak sehingga tensile strength akan meningkat. Teori ini didukung dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Dasgupta, dkk (2010, 2013) mengenai analisa sifat mekanis pada hidroksiapatit dengan ukuran partikel yang berbeda, dengan proses microwave sinterimg dengan temperatur dan waktu sintering yang berbeda pula.
Tabel 1.2 Sifat mekanis dari variasi ukuran partikel hidroksiapatit (Dasgupta dkk, 2010, 2013)
Ukuran Partikel (µm)
Kuat tekan (MPa) Microhardness (GPa) Kekuatan retak (MPa m 1/2) 0,168 ± 0,086* 395 ± 42* 8,4 ± 0,4* 1,9 ± 0,2* 0,52 ± 0,092* 328 ± 58* 7,3 ± 0,3* 1,5 ± 0,3* 1,16 ± 0,17* 278 ± 35* 6,3 ± 0,5* 1,2 ± 0,2* 1,48 ± 0,627** 165 ± 25** 5,4 ± 0,58** 1,1 ± 0,09** 5,01 ± 1,02** 88 ± 29** 3,8 ± 0,42** 0,8 ± 0,07** Keterangan: *) Dasgupta (2010); **) Dasgupta (2013)
Tabel 1.1 merupakan hasil sifat mekanis dari kombinasi kedua penelitian Dasgupta, dkk (2010, 2013). Terlihat bahwa semakin kecil ukuran partikel HA yang diinvestigasi menghasilkan nilai sifat mekanis yang semakin tinggi. Dengan ini maka benar adanya bahwa ukuran partikel hidroksiapatit akan memperngaruhi nilai mekanisnya setelah dilakukan proses permesinan.
Menurut Schey (2000), terdapat beberapa cara dalam produksi serbuk, antara lain: mekanis, reduksi, penguraian termal, elektrolisis, presipitasi, dan atomasi (air dan gas). Menurut Monmaturapoj dan Yatongchai (2010) tujuan dilakukannya berbagai proses tersebut yakni untuk membuat karakteristik dari serbuk hidroksiapatit yang baik dalam hal memproduksi area permukaan dan ukuran partikel yang sesuai serta membuat ukuran distribusi dengan penggumpalan partikel yang kecil. Selain hal-hal yang disebutkan oleh Monmaturapoj dan Yatongchai (2010), beberapa karakteristik yang mempengaruhi pembuatan serbuk yang baik antara lain gesekan antar partikel dan aliran karakteristik, densitas dan porositas (Groover, 2007).
Metode proses mekanis kering (solid-state dan mechanochemical) cenderung sederhana serta dapat menghasilkan produktifitas partikel yang baik dan murah, oleh karena itu metode kering cocok untuk produksi serbuk hidroksiapatit dalam jumlah banyak (Monmaturapoj dan Yatongchai, 2010). Selain itu, proses sintesa mekanis kimia kering (dry mechanochemical) menghasilkan lebar maksimum dari serbuk hidroksiapatit terbatas dengan mencapai kekerasan yang signifikan dan dapat memproduksi kristalin nano hidroksiapatit (Adzila dkk, 2011). Kristalin nano hidroksiapatit secara teknis memiliki sifat yang baik berdasarkan area permukaan yang besar dan kesamaan struktur yang sangat baik terhadap biological-apatite, dimana akan berdampak baik saat adanya interaksi penanaman sel dalam tubuh (Hanifi dan Fathi, 2008).
Salah satu proses produksi serbuk dengan menggunakan metode mekanis dalam menghancurkan material menjadi serbuk adalah dengan ball milling process. Pada ball mill, blok (material yang akan diproses menjadi serbuk) dicampur dengan bola-bola keras kemudian kedua material tersebut dimasukkan ke dalam jar mill yang berputar, sehingga bola-bola keras dan blok akan berguling di dalamnya menyebabkan bola-bola dan blok terbawa di sekitar dinding wadah silinder (jar mill) dan kemudian terjatuh karena adanya gaya gravitasi sehingga terjadi proses penggilingan yang disebabkan kombinasi dari gesekan dan tumbukan di dalam jar mill.
Pembuatan hidroksiapatit dengan menggunakan proses ball milling dilakukan oleh Indriyani (2013). Indriyani (2013) melakukan penelitian mengenai optimasi parameter proses pembuatan serbuk bovine hydroxyapatit (BHA). Dalam penelitiannya, Indriyani (2013) menetapkan bahwa parameter yang mempengaruhi ukuran serbuk BHA yang kecil adalah lamanya waktu penggilingan dan banyaknya jumlah bola pejal yang terdapat di dalam jar mill. Berdasarkan hasil perhitungan persentase kontribusi dalam penelitiannya, waktu penggilingan berkontribusi terbesar yaitu sebesar 64,8% dan jumlah bola pejal adalah 27% sedangkan kontribusi interaksi antar kedua parameter tersebut sebesar 4,5%. Ukuran serbuk BHA yang dihasilkan, setelah dilakukannya penelitian dengan waktu yang telah ditentukan adalah 120 menit dan jumlah bola pejal adalah 40 buah, yakni 66,2667 µm.
Selain Indriyani (2013), penelitian mengenai pembuatan serbuk telah dilakukan oleh Puspitasari (2007) dan Novastyano (2011). Ketiga peneliti ini melakukan penelitian mengenai parameter proses permesinan menggunakan ball mill untuk mengetahui pengaruh setting parameter terhadap kualitas dari serbuk yang dihasilkan. Indriyani (2013) sebagai peneliti terbaru diantara ketiganya menyatakan bahwa masih terdapat beberapa hal yang perlu diperbaiki seperti memperpanjang waktu proses permesinan dari ball milling dan memperbanyak jumlah bola pejal di dalam wadah silinder (jar mill) untuk mendapatkan ukuran serbuk bovine hidroksiapatit yang lebih kecil.
Berdasarkan kesimpulan dan saran untuk pengerjaan lebih lanjut oleh Indriyani (2013), penelitian ini diharapkan dapat mengembangkan hasil ukuran serbuk menjadi lebih kecil dengan metode mekanis yang sama yakni menggunakan crusher dan ball milling.
1.2 Rumusan Masalah
Melanjutkan penelitian Indriyani (2013) mengenai proses permesinan mekanis dengan menggunakan crusher dan ball mill untuk memproduksi serbuk bovine hidroksiapatit, penelitian ini difokuskan untuk mendapatkan ukuran serbuk bovine hidroksiapatit terkecil dengan proses mekanis yang melibatkan mesin
crusher dan ball milling dan metode faktorial desain dengan dua faktor yang sama oleh Indriyani (2013) namun level yang berbeda.
1.3 Asumsi dan Batasan
Asumsi dan batasan yang dibuat dalam penelitian ini dibentuk agar pelaksanaan saat melakukan penelitian lebih focus. Asumsi dan batasan yang digunakan antara lain:
1. Objek penelitian yang diteliti adalah serbuk bovine hidroksiapatit yang dibuat dari bahan baku tulang sapi dengan bentuk kubus berukuran 5x5x5 mm.
2. Penelitian yang dilakukan berbasis eksperimen dengan menggunakan mesin crusher tipe Fw dan ball mill yang terdapat pada Laboratorium Bioceramics, Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
3. Eksperimen dilakukan dengan menggunakan metode desain faktorial 22. 4. Parameter yang digunakan antara lain waktu penggilingan oleh mesin ball
mill serta jumlah bola pejal pada mesin ball mill.
5. Variabel respon yang digunakan pada penelitian ini adalah ukuran partikel dari serbuk bovine hidroksiapatit.
6. Mesin yang digunakan untuk mengukur serbuk BHA berupa mesin ayakan yakni mesin screen mesh yang terdapat pada Lab. Bahan Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini antara lain:
1. Mendapatkan ukuran terkecil dari partikel hasil serbuk bovine hidroksiapatit sesuai dengan parameteroptimum dari kombinasi proses crushing dan lamanya waktu proses ball millingserta banyaknya jumlah bola pejal.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam pengoperasian mesin crusher dan ball mill untuk dapat menghasilkan karakteristik serbuk hasil bovine hidroksiapatit dengan ukuran partikel optimum.
