“ANALISA SIFAT MEKANIK BIOKOMPOSIT HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI TERHADAP VARIASI WAKTU PEMANASAN SETELAH PENCAMPURAN
SILIKA DENGAN MATRIKS RESIN POLYESTER ” Muhammad Sharli1, Burmawi2, Yovial Mahyoeddin3,
1,2,3
Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Kampus III Jl. Gajah Mada Gunung Pangilun Telp. (0751) 51257 Padang Email : Sharli_Muhammad@Yahoo.Com, Burmawi_koto@yahoo.com
ABSTRAK
Material komposit sudah dikembangkan dalam berbagai aplikasi, dengan memanfaatkan limbah (biowaste) tulang sapi yang diolah menjadi serbuk Hidroksiapatit dengan campuran serbuk silika sebagai komposisi filler biokomposit dan resin polyester sebagai matriks, dengan memvariasikan waktu pemanasan filler yaitu 60 menit, 120 menit, 180 menit, dilakukan untuk mendapatkan nilai sifat mekanik yang lebih baik diantaranya nilai kekerasan dan kekuatan tekan. Dari material biokomposit hidroksiapatit, silika, dan resin polyester didapatkan nilai kekerasan Shore Scleroscope terbaik pada spesimen biokomposit dengan variasi waktu pemanasan 60 menit, dengan harga 41,66 SHN, dan nilai kekuatan tekan tertinggi pada spesimen dengan variasi waktu pemanasan 60 menit dengan harga beban tekan 12416,6 N, demikian nilai kekerasan dan kekuatan tekan material biokomposit agar dapat aplikasikan sesuai fungsinya. Dimana variasi waktu pemanasan filler yaitu hidroksiapatit dan silika sangat berpengaruh terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tekan . Kata Kunci :Biokomposit, Serbuk Hidroksiapatit, Serbuk Silika, Harga Kekerasan, Kekuatan
Tekan.
ABSTRACT
Composite materials have been developed in a variety of applications, by utilizing waste (biowaste) were processed into beef bone hydroxyapatite powder with a powder mixture of silica as filler composition biocomposites and polyester resin as the matrix, by varying the heating time filler that is 60 minutes, 120 minutes, 180 minutes, done to get the value of better mechanical properties including hardness and compressive strength. Biocomposite material of hydroxyapatite, silica, and a polyester resin obtained the best Scleroscope Shore hardness values on the specimen biocomposites with variations in heating time of 60 minutes, at a price of 41.66 SHN, and the highest compressive strength value of the specimen with a variety of warm-up time of 60 minutes at a price of compressive load 12416.6 N, thus the value of hardness and compressive strength biocomposite material that can be applied according to its function. Wherein the heating time variation of hydroxyapatite and silica filler that is very influential on the hardness and compressive strength. Keywords: Biocomposites, Hydroxyapatite powder, Silica powder, Violence Price, Strength
Press. PENDAHULUAN
Penggunaan material komposit dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin meningkat menjadikan sebuah tantangan dalam ilmu material untuk mencari dan mendapatkan
material baru yang memiliki nilai guna lebih serta memiliki dampak positif bagi lingkungan hidup. Material komposit akhir-akhir ini mulai hadir disegala aspek kehidupan manusia disegala bidang.
Material komposit masih memiliki banyak kemungkinan dalam hal pengembangannya, mengingat sumber dan perlakuan pada material tersebut yang melimpah sehingga masih memungkinkan untuk menciptakan material baru sesuai dengan fungsinya.
Potensi sampah biologi (biowaste) seperti tulang sapi di indonesia cukup besar ketersediannya dan dapat digunakan sebagai sumber hidroksiapatit (HA) dimana sangat berguna untuk aplikasi biomedik dan bersifat ekonomis dan ramah lingkungan. Hidroksiapatit (HA) termasuk dalam keluarga senyawa kalsium fosfat. Material HA berasal dari sumber alami dapat membentuk ikatan yang kuat dengan jaringan tulang. Komposisi tulang sapi terdiri dari 93% hidroksiapatit dan 7% β-tricalcium phosphate. (Ooi et al., 2007)
Hidroksiapatit yang berasal dari tulang sapi telah secara luas dipergunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi atau penggantian tulang, dan dalam pemulihan jaringan gigi karena biokompabilitas yang sangat baik dengan jaringan keras, bioktivitas merekonstruksi ulang jaringan tulang yang telah rusak dan juga di dalam jaringan lunak (Kusrini dan Sontang., 2012)
Setiap tahunnya kebutuhan pencangkokan tulang (bone graft) terus bertambah. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya jumlah kecelakaan, bencana alam yang mengakibatkan patah tulang, penyakit bawaan, dan non bawaan. Berdasarkan data di Asia, Indonesia adalah Negara dengan jumlah penderita patah tulang tertinggi. Diantaranya, ada sebanyak 300-400 kasus operasi bedah tulang per bulan di RS. Dr. Soetomo Surabaya (Gunawarman et al, 2010).
Tulang sapi secara struktural kaya dengan senyawa protein kolagen yang terikat secara kuat dengan mineral kalsiumnya (Ockerman dan Hansen, 2000). Senyawa kolagen yang terdapat pada tulang sapi memiliki kemiripan dalam hal komposisi kimia, morfologi,
distribusi, fungsi serta patologi dengan senyawa kolagen pada tulang manusia (Junqueira et al., 1998). Berdasarkan hal tersebut, maka dapat dikatakan bahwa limbah tulang sapi berpotensi besar untuk dapat ditingkatkan nilai ekonominya sebagai penyedia bahan pengganti tulang atau gigi manusia yang telah rusak.
Produk-produk hidroksiapatit dari tulang sapi adalah produk yang memiliki peluang usaha yang sangat prospektif untuk dikembangkan seiring dengan semakin berkembangnya gaya hidup kembali ke alam (back to nature) yang dimulai oleh semakin sadarnya masyarakat negara-negara maju. Kecenderungan kuat untuk menggunakan penggantian tulang dengan bahan alam tidak hanya berlaku di Indonesia, tetapi juga berlaku di banyak negara, karena diyakini mempunyai efek samping yang lebih kecil dibandingkan material buatan modern. Dengan demikian kebutuhan penduduk dunia terhadap penggantian tulang secara alami sangat tinggi.
Pada penelitian ini dilakukan sebuah inovasi preparasi hidroksiapatit dari tulang sapi, silika dan resin polyester dengan tujuan menghasilkan hidroksiapatit yang kuat dan life time yang lebih lama, serta mampu menghasasilkan kandidat hidroksiapatit yang sesuai dengan tulang manusia.
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan pada bulan februari sampai bulan mei 2015, dilaboratorium Material Teknik dan Metalurgi Fisik Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bunghatta Padang, Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Negeri Padang dan Laboratorium Material Politeknik Negeri Padang.
Dalam pembuatan biokomposit ini diperlukan alat dan bahan yang digunakan:
Alat : 1. Presto
Untuk menghilangkan kadar lemak tulang sapi
2. Mesin penggiling
Alat penggilingan tulang sapi dari bentuk tulang menjadi menjadi serbuk tulang sapi.
3. Furnace
Perangkat yang digunakan untuk memanaskan serbuk tulang sapi 4. Timbangan Digital
Untuk mengukur massa serbuk hidroksiapatit dan serbuk silika. 5. Cetakan
untuk membentuk spesimen sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. 6. Mesin Poles
Untuk menghaluskan permukaan spesimen sebelum dilakukan pengujian.
7. Alat Uji Kekerasan
Uji kekerasan merupakan alat untuk mengukur nilai kekerasan
8. Alat Uji Tekan
Untuk mengukur nilai kekuatan tekan. Bahan :
1. Serbuk hidroksiapatit 2. Silika
3. Resin polyester 4. Katalis
Cara pembuatan material biokomposit : 1. Menyiapkan bahan-bahan dan
peralatan yang akan diperlukan dalam pengerjaan pembuatan material komposit hidroksiapatit tulang sapi. 2. Proses pemilihan tulang sapi dan
dibersihkan dengan cara mencuci. 3. Proses pengecilan dimensi tulang sapi
yaitu memotong tulang dengan gergaji tangan.
4. Proses penghilangan kadar lemak yang terkandung dalam tulang sapi dengan cara melakukan pemanasan dengan merebus tulang pada panci Presto selama 240 menit.
5. Pengilangan kadar air yang terkandung dalam tulang yang sudah di presto dengan cara melakukan
penjemuran dibawah terik matahari selama 2 hari.
6. Penggilingan tulang sapi di mesin penggiling.
7. Pengayakan serbuk tulang.
8. Selanjutnya proses menghilangkan unsur-unsur lain yang masih terkandung didalam serbuk tulang seperti: kadar air, lemak, bakteri, dan lain-lain yaitu dengan proses kalsinasi serbuk tulang sapi di dalam furnace pada temperatur 1000oC dalam jangka waktu 3 jam.
9. Setelah itu proses menghaluskan silika gel blue dengan cara menggiling silika gel dalam mortar, sehingga menghasilkan serbuk silika.
10.Pengayakan serbuk silika.
11.Proses selanjutnya setelah pengerjaan pembuatan serbuk kedua bahan selesai dilakukan pembagian komposisi serbuk tulang dan serbuk silika yaitu serbuk tulang sapi berbanding silika 75% : 25% yaitu 1,875 gram : 0,625 gram
12.Setelah pembagian komposisi dilakukan pencampuran serbuk tulang sapi dan serbuk silika di dalam mortar sampai kedua bahan tercampur secara merata, kemudian masukkan campuran tersebut kedalam furnace dengan temperature 2000C, dengan variasi waktu pemanasan 60 menit, 120 menit, dan 180 menit.
13.Proses pencetakan komposit hidroksiapatit, yaitu campuran yang telah dipanaskan di dalam furnace tadi pindahkan kedalam mortar dan tambahkan Resin Polyester kemudian aduk secara merata, setelah semuanya tercampur masukkan adonan tersebut kedalam cetakan.
14.Biarkan selama 3 hari kemudian keluarkan dari cetakan bertujuan material tidak hancur pada saat mengeluarkan dari cetakan dan supaya spesimen benar-benar kering.
15.Setelah spesimen sudah kering, rapikan dan bersihkan spesimen tersebut menggunakan mesin poles
sampai semua sisi permukaan spesimen menjadi rata dan bersih. 16.Pengujian sifat mekanik.
ANALISA DAN PEMBAHASAN Analisis uji kekerasan Shore
Grafik 1 Kekerasan shore rata-rata Spesimen hidroksiapatit vs waktu
pemanasan
Kekerasan shore rata-rata tertinggi yaitu berada pada spesimen dengan variasi waktu pemanasan 60 menit dengan nilai 41,66 SHN, untuk spesimen dengan variasi waktu pemanasan 120 menit dengan nilai 38,67 SHN, dan untuk spesimen dengan variasi waktu pemanasan 180 menit dengan nilai 33,22 SHN. Dengan data diatas dapat didefenisikan semakin lama waktu pemanasan maka nilai kekerasan shore semakin rendah dan sebaliknya. Analisis kekuatan tekan
a. Tegangan
Grafik 2 Tegangan rata-rata spesimen vs waktu pemanasan
Tegangan (σ) rata-rata tertinggi yaitu pada spesimen dengan variasi waktu pemanasan 60 menit yaitu 66,84 N/mm2, selanjutnya spesimen dengan variasi waktu pemanasan 120 menit tegangannya adalah 43,48 N/mm2, dan pada spesimien dengan
variasi waktu pemanasan 180 menit tegangannya 15,89 N/mm2. Dari data diatas dapat kita simpulkan bahwa semakin lama waktu pemanasan maka harga tegangan akan semakin kecil begitu juga sebaliknya.
b. Regangan
Grafik 3 Regangan rata-rata spesimen vs waktu pemanasan
Dimana regangan spesimen dengan variasi waktu pemanasan 60 menit adalah 3,8 %, spesimen dengan variasi waktu pemanasan 120 menit memilki regangan 4,4 %, dan spesimen dengan variasi waktu pemanasan 180 menit yaitu 5,0 %. Hal ini menjelaskan bahwa harga regangan akan semakin besar apabila waktu pemanasan lebih lama dimana harga regangan tertinggi berada pada spesimen dengan variasi waktu pemanasan 180 menit dan harga regangan paling rendah yaitu berada pada variasi waktu pemanasan 60 menit.
c. Defleksi
Grafik 4 Defleksi rata-rata vs Waktu pemanasan
Dapat kita lihat harga defleksi dengan variasi waktu pemanasan 60 menit yaitu 0,383 mm, spesimen dengan variasi waktu pemanasan 120 menit adalah 0,450 mm, dan spesimen dengan variasi waktu pemanasan 180 menit adalah 0,517 mm. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa semakin lama waktu pemanasan maka semakin tinggi pula harga defleksinya, dan begitu juga sebaliknya semakin sedikit jangka waktu pemanasan maka harga defleksi akan semakin rendah pula.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Spesimen biokomposit hidroksiapatit tuang sapi dan silika dengan variasi waktu pemanasan 60 menit memilki kekerasan 41,66 SHN, variasi waktu pemanasan 120 menit memiliki nilai kekerasan 38,67 SHN, dan dengan variasi waktu pemanasan 180 menit memiliki kekerasan paling rendah yaitu 33,22 SHN.
2. Biokomposit yang mempunyai beban tekan paling tinggi adalah spesimen dengan variasi waktu pemanasan 60 menit yaitu 11.805,73 N, diikuti oleh spesimen dengan variasi waktu pemanasan 120 menit dengan nilai 7.679,93 N, dan sedangkan nilai paling rendah berada pada variasi waktu pemanasan 180 menit yaitu 2.806,07 N 3. Spesimen dengan variasi waktu
pemanasan 180 menit memiliki defleksi paling tinggi yaitu 0,517 mm, diikuti dengan variasi waktu pemanasan 120 menit yaitu 0,450 mm, dan selanjutnya dengan variasi waktu pemanasan 60 menit yaitu 0,383 mm.
Saran
1. Pada saat mencetak spesimen dianjurkan untuk memberikan pembebanan yang sama pada saat menekan spesimen, contohnya dengan
memakai alat press yang mempunyai standar ukuran (pressuregauge).
2. Dianjurkan untuk melakukan pengujian Struktur Micro.
3. Melakukan uji Impact DAFTAR PUSTAKA
Barakat, N.A.M., Khil, M.S., Sheikh, F.A., Omran, A.M., Kim, H.Y. (2009) Extraction of pure natural hydroxcapatite from the bovine bone bio waste by three different methods. Material Technology.209,3408-3415. Chaironi, Latif. Triwikantoro,
Munasir. (2013). Pengaruh Variasi Temperatur Kalsinasi Pada Struktur Silika. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Ferraz, M., Mantero, F.J., Manuel, C.M. (2004). Hydroxyapatite nanoparticles a review of preparation methodologies. J.App. Biomat. Biomech. 2, 74-80.
Indrani Decky Jusiana. (2012). Komposit Hidroksiapatit Kalsinasi Suhu Rendah Dengan
Alginat Sargassum
Duplicatumatau Sargassum Crassifolium Sebagai Material Scaffold Untuk Pertumbuhan Selpunca Mesenkimal. Universiras Indonesia.
Kusrini, E., Sontang, M. (2012). Characterizingof X-Ray Diffraction And Electron Spin Resonance: Effects Of Sintering Time And Temperature On Bovine Hydroxyapatite. Rad Phsical and Chem. 81, 118-125. Maharani, D,K. Kartini. I, Aprilita,
N,H. Kajian spektroskopi infra merah xerogen komposit epoksi silika-kitosan. Universitas negeri surabaya.
Pelin, I.M, Maier, S.S, Chitanu, G.C., Bulacovsschi, v. (2009).
Preparation and characterization of hydroxyapatite-collagen composite as component for injectable bone subtitute. Materials science and enginering. C29, 2188-2194. Retnosari, Agustin. (2013). Ekstraksi
Dan Penentuan Kadar Silika (Sio2) Hasil Ekstraksi Dari Abu Terbang (Fly Ash) Batubara. Universitas Jember.
Riyadi, S. Tantowi, A,W. Pengaruh temperatur, waktu penahanan dan fraksi volume sinteringkomposit serbuk silika- PVC terhadap akurasi dimensi. Universitas Wijaya Putra Surabaya.
Said, Muhammad Irfan. (2014) Pemanfaatan Limbah Tulang. UNHAS.
Setiawau, Duyeh.(2010). Sintesis dan Karakterisasi 188 Re_ Hidroksiapatit Untuk Tujuan Radioterapi Kanker. Pusat Teknologi Nukllr Bahan Dan Radiometri
Solechan, Saifudin Alie Anwar (2014). Karakterisasi Scaffold Bovine Hydroxyapatite Dari Tulang Sapi Limbah Bakso Balungan Untuk Aplikasi Implan Tulang Mandibula Menggunakan Metode Kalsinasi. Universitas Muhammadiyah Semarang
Sontang, M., (2000) Optimasi Hydroxyapatite Dalam Tulang Sapi Melalui Proses Sintering. Tesis, Universitas Indonesia. Suka,I. G. Simanjuntak. W. Simon .S.
Evi .T. (2010). Karakteristik Silika Sekam padi Diperoleh Dengan Metode Ekstraksi. Universitas Lampung.
Surtiyeni, N. Hartono, F.T. Masturi. Yuliza, E. (2013) Fabrikasi dan karakterisasi material nano komposit berbasis sampah domestik menggunakan PVAc dan silika dari abu sekam padi. ITB.
Yang, P., Quan, Z., Li, C., Kang, X., Lian, H., Lin, J. (2008) Bioaktive, luminescent and mesoporous europium-doped hydroxyapatite as a drug carier. Biomaterial. 29, 4341-4347. Zhou, H., Lee, J. (2011). Nanoscale
hydroxyapatite particles for bone tissue enginering. Acta biomaterial. 7, 2769-2781.
