ANALISA SIFAT MEKANIK BIOKOMPOSIT DENGAN VARIASI KOMPOSISI HIDROKSIAPATIT, TITANIUM, DAN RESIN AKRILIK
SEBAGAI PENGGANTI TULANG Abdurrahman1,Burmawi2, Yovial3, 1,2,3
Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Kampus III Jl. Gajah Mada Gunung Pangilun Telp. (0751) 51257 Padang Email : abdul03tsainy@yahoo.com, Burmawi_koto@yahoo.com
ABSTRACT
Composite materials have been developed in a variety of applications, by utilizing waste (biowaste) were processed into beef bone hydroxyapatite powder with a mixture of titanium powder as filler composition biocomposites and acrylic resin as the matrix, by varying the composition of the filler are 70:30, 80:20, 90: 10, performed to obtain the value of better mechanical properties including hardness and compressive strength. From hydroxyapatite biocomposite material, titanium, and acrylic resin obtained the best Scleroscope Shore hardness values on the specimen biocomposites with composition variation 70:30 to 13.00 SHN value, and the value of the highest compressive strength specimens with composition variations 70:30 with a value of deflection 10, 18 mm. From value test above looks variations filler composition is hydroxyapatite and titanium greatly affect the hardness and compressive strength.
Keywords: Biocomposites, hydroxyapatite powder, titanium powder, Hardness Value, Strength Press.
ABSTRAK
Material komposit sudah dikembangkan dalam berbagai aplikasi, dengan memanfaatkan limbah (biowaste) tulang sapi yang diolah menjadi serbuk Hidroksiapatit dengan campuran serbuk titanium sebagai komposisi filler biokomposit dan resin akrilik sebagai matriks, dengan memvariasikan komposisi filler yaitu 70:30, 80:20, 90:10, dilakukan untuk mendapatkan nilai sifat mekanik yang lebih baik diantaranya nilai kekerasan dan kekuatan tekan. Dari material biokomposit hidroksiapatit, titanium, dan resin akrilik didapatkan nilai kekerasan Shore Scleroscope terbaik pada spesimen biokomposit dengan variasi komposisi 70:30 dengan nilai 13,00 SHN, dan nilai kekuatan tekan tertinggi pada spesimen dengan variasi komposisi 70:30 dengan nilai defleksi 10,18 mm. Dari hasil uji diatas terlihat variasi komposisi filler yaitu hidroksiapatit dan titanium sangat berpengaruh terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tekan .
Kata Kunci : Biokomposit, Serbuk Hidroksiapatit, Serbuk Titanium, Nilai Kekerasan, Kekuatan Tekan.
PENDAHULUAN Penggunaan material komposit dalam
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 sangat melimpah sehingga masih memungkinkan untuk menciptakan material baru sesuai dengan fungsinya.
Material komposit mulai dilirik karena memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan material anorganik lainnya, diantaranya adalah massanya yang lebih ringan, kekuatan yang lebih tinggi dan juga ketahanan terhadap korosi yang lebih baik. Atas dasar tersebut material organik kini hadir dan mulai menggantikan material anorganik yang telah lama di pakai manusia di dunia. Material komposit juga digunakan dalam dunia medis, diantaranya sebagai implan pengganti tulang.
Potensi sampah biologi (biowaste) seperti tulang sapi di Indonesia cukup banyak ketersediannya dan dapat digunakan sebagai sumber hidroksiapatit (HA) dimana sangat berguna untuk aplikasi biomedik dan bersifat ekonomis dan ramah lingkungan. Hidroksiapatit (HA) termasuk di dalam keluarga senyawa kalsium fosfat. Material HA berasal dari sumber alami dapat membentuk ikatan yang kuat dengan jaringan tulang.
Karakter yang dimiliki hidroksiapatit antara lain bioaktif, biokompatibel, osteokonduktif, tidak toksit, dan tidak imunogenik. Hidroksiapatiti dalam kehidupan
sehari-hari dapat digunakan untuk perbaikan tulang dan gigi yang rusak.
METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Proses pembuatan komposit dilakukan sebagai berikut :
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 agar kotoran-kotoran yang menempel pada tulang dapat terbuang.
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.
5. Selanjutnya proses penghilangan kadar air yang terkandung dalam tulang dengan cara melakukan penjemuran dibawah terik matahari selama 2 hari.
6. Setelah itu dilakukan pengerjaan merubah tulang menjadi serbuk tulang dengan cara proses penggilingan tulang sapi di mesin penggiling.
7. Proses selanjutnya pengayakan serbuk tulang yang bertujuan memisahkan serbuk tulang yang masih kasar dengan yang halus. 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 rentan waktu 3 jam.
9. Proses selanjutnya setelah pengerjaan pembuatan serbuk kedua bahan selesai dilakukan pembagian komposisi serbuk hidroksiapatit dan serbuk titanium, dengan serbuk tulang berbanding titanium sebagai berikut: 70:30, 80:20, 90:10.
10. Proses pencampuran serbuk tulang sapi dan serbuk titanium pada mortir dan stamper sampai kedua bahan tercampur secara merata, kemudian tambahkan resin akrilik ke dalam campuran serbuk tulang dan titanium sampai semuanya teraduk secara sempurna.
11. Proses pencetakan komposit, yaitu masukkan adonan campuran tersebut kedalam cetakan, dan melakukan proses penekanan terhadap adonan sampai pada ukuran tinggi yang ditentukan.
12. Proses pengeringan spesimen uji selama 2 minggu
13. Setelah spesimen benar-benar kering, rapikan dan bersihkan spesimen tersebut menggunakan amplas sampai semua sisi
permukaan spesimen menjadi rata dan halus.
14. Jika langkah-langkah pembuatan komposit diatas telah selesai dilakukan spesimen uji kekerasan dan uji tekan akan mendapatkan nilai kekuatan mekanik spesimen tersebut.
Dalam pembuatan komposit ini diperlukan alat, bahan dan cara pembuatan komposit diantaranya:
Peralatan: 1. Presto
digunakan untuk memanaskan tulang sapi
2. Mesin Penggiling
alat penghancur tulang sapi 3. Furnace
untuk memanaskan spesimen 4. Timbangan Massa
untuk mengukur massa suatu benda 5. Mortir dan Stamper
untuk menghaluskan dan menggiling dua variasi serbuk
6. Cetakan
untuk membentuk spesimen sesuai dengan ukuran
7. Mesin Poles
untuk menghaluskan permukaan 8. Alat Uji Kekerasan
untuk menentukan nilai kekerasan 9. Alat Uji Tekan
untuk mengukur nilai kekuatan tekan Bahan :
1. Resin akrilik 2. Titanium
3. Serbuk Hidroksiapatit
Hasil pengujian kekerasan dan tekan dapat dilihat seperti pada grafik, tabel berikut :
1. Tabel dan Grafik Perbandingan Antara Kekerasan Rata-Rata Spesimen dengan Variasi Komposisi
Grafik 1 Grafik perbandingan variasi komposisi terhadap nilai kekerasan.
Pada grafik 1 diatas dapat dilihat bahwa perbedaan variasi komposisi sangat berpengaruh terhadap tingkat kekerasannya. Kekerasan shore rata-rata tertinggi yaitu pada spesimen dengan variasi komposisi 70:30 dengan nilai 13,00 SHN, untuk spesimen dengan variasi komposisi 80:20 dengan nilai 12,66 SHN, dan untuk spesimen dengan variasi 90:10 dengan nilai 12,00 SHN.
2. Tabel dan Grafik Perbandingan Kekuatan Tekan dengan Variasi Komposisi.
a.
a. Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Terhadap σ
Grafik 2 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Terhadap σ
Pada grafik 4.2 diatas dapat dijelaskan perbandingan antara tegangan dengan variasi komposisi, tegangan tertinggi yaitu pada spesimen dengan komposisi 70:30 dengan nilai 99,73 N/mm2, untuk spesimen dengan variasi komposisi 80:20 dengan nilai 87,8 N/mm2, dan untuk spesimen dengan variasi komposisi 90:10 dengan nilai 79,93 N/mm2.
b. Grafik perbandingan variasi komposisi terhadap Regangan (ε)
Grafik 3 Grafik perbandingan variasi komposisi terhadap ε .
Berdasarkan Grafik 4.3 diatas regangan tertinggi yaitu pada spesimen
dengan variasi komposisi 70:30 dengan nilai 1,19, untuk spesimen 80:20 dengan nilai 0,67, dan untuk spesimen variasi komposisi 90:10 dengan nilai regangan 0,59.
c. Grafik Perbandingan variasi komposisi terhadap Defleksi (δ)
i.
Grafik 4 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Terhadap Defleksi (δ)
Grafik 4.4 diatas dapat dijelaskan bahwa nilai rata-rata defleksi (δ) tertinggi yaitu pada spesimen dengan variasi komposisi 70:30 dengan nilai 10,18mm, untuk spesimen dengan variasi komposisi 80:20 nilai defleksinya adalah 9,83mm, dan untuk spesimen dengan variasi komposisi 90:10 memiliki nilai defleksi 9,433mm.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang meliputi pengujian dan analisa terhadap sifat mekanis biokomposit dengan variasi serbuk hidroksiapatit, serbuk titanium, dan resin akrilik, maka didapatlah nilai kekerasan tertinggi yaitu pada variasi komposisi 70:30 dengan nilai 13,00 SHN, dan nilai kekuatan tekan tertinggi pada spesimen dengan komposisi 70:30 dengan beban 1456kg dan nilai defleksi 10,18mm. SARAN
Untuk penelitian selanjutnya, diharapkan menggunakan pembebanan tertentu pada saat pencetakan spesimen
agar nilai kekerasan dan keuletan lebih maksimal.
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.MaterialTechnology.209 ,3408-3415.
Ferraz, M., Mantero, F.J., Manuel, C.M. (2004). Hydroxyapatite nanoparticles a review of preparation methodologies. J.App. Biomat. Biomech. 2, 74-80. Goenharto, sianiwati. 2005. Breket
Titanium. Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga. Surabaya: 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. 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.
Rachmania P, Aida. 2012. Preparasi Hidroksiapatit Dari Tulang Sapi Dengan Metode Kombinasi Ultrasonik Dan Spray Drying. Jakarta.
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 Dari Provinsi
Lampung Yang 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.
