v Universitas Kristen Maranatha ABSTRAK
Polymethylmethacrylate (PMMA) merupakan salah satu resin yang banyak
digunakan sebagai mahkota sementara, karena memiliki stabilitas warna, kemampuan poles, dan estetik yang baik, namun sifat mekaniknya lebih rendah dari resin komposit. Kelemahan ini dapat diatasi dengan penambahan bahan pengisi.
Penelitian ini bertujuan membuat nanokomposit dengan matriks PMMA yang ditambahkan bahan pengisi selulosa nanokristalin (CNC) dan silika nanosphere. Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana terdapat empat kelompok uji dengan tiga repetisi. Bahan pengisi CNC disintesis dengan hidrolisis asam kuat, dan silika nanosphere dengan sol-gel. Hasil sintesis kemudian dikarakterisasi dengan Transmission Electron Microscope (TEM), Scanning
Electron Microscope (SEM), dan X Ray Diffraction (XRD) dengan perangkat lunak xpowder. Pengujian sifat mekanik yang dilakukan, yaitu kekuatan tarik diametral
(DTS) dan kekerasan. Analisis dilakukan dengan ANAVA satu arah dilanjutkan dengan Tukey HSD, dengan kemaknaan p < 0.05.
Hasil TEM CNC menunjukkan mayoritas morfologi berbentuk bulat (20-112 nm). Hasil SEM silika nanosphere menunjukkan morfologi berbentuk bulat (86-119 nm). Hasil XRD CNC menunjukkan CNC berada pada fasa kristal dengan ukuran kristal 2 nm. Hasil XRD silika nanosphere menunjukkan silika yang berada pada fasa amorf namun juga memiliki fasa kristal dengan ukuran kristal 3 nm. Hasil uji DTS memperlihatkan kekuatan tertinggi terdapat pada kelompok kontrol (42,626 MPa). Kekerasan tertinggi didapati pada kelompok dengan penambahan silika nanosphere terbanyak (16,94 VHN).
Kesimpulan penelitian ini adalah penambahan bahan pengisi CNC dan silika
nanosphere dapat meningkatkan kekerasan resin PMMA heatcured sebesar 21,6%
(kelompok II), namun belum dapat meningkatkan kekuatan tarik diametral resin PMMA.
Kata Kunci : polymethylmethacrylate, PMMA, selulosa nanokristalin, silika
vi Universitas Kristen Maranatha ABSTRACT
Polymethylmethacrylate (PMMA) is one of the resins that are widely used as a temporary crown because it has good color stability, polish capability, and aesthetics, however the mechanical properties is lower than resin composite which can be overriden by the addition of fillers.
This study aims to make a nanocomposite with PMMA matrix, which added cellulose nanocrystalline (CNC), and silica nanosphere which conducted by experimental laboratory, with four test groups and three repetitions. CNC synthesized by strong acid hydrolysis, while silica nanosphere was synthesized by sol-gel method. Results characterized by Transmission Electron Microscope (TEM), Scanning Electron Microscope (SEM), and X Ray Diffraction (XRD) with software xpowder. Diametral tensile strength (DTS) and hardness then measured. The analysis is performed by one-way ANOVA followed by Tukey HSD, with significance p < 0.05.
TEM images showed spherical morphology of CNC (20-112 nm). SEM images demonstrated spherical morphology of silica (86-119 nm). The XRD results indicated that CNC are in a crystal phase with a crystal size 2 nm, and exhibited an amorphous phase of silica, but also has a crystal phase with a crystal size 3 nm. The test results of DTS showed the highest strength is in the control group (42.626 MPa). The highest hardness was found in the group with the most addition of silica nanosphere (16.94 VHN).
To conclude, addition of CNC and silica nanosphere increase the hardness of PMMA heat cured resin of 21.6% (group II), but has not been able to increase the tensile strength of PMMA resin.
x Universitas Kristen Maranatha DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
SURAT PERNYATAAN ... iii
LEMBAR PERSETUJUAN PERBAIKAN (REVISI) ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR DIAGRAM ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang ... 1
1.2.Identifikasi Masalah ... 4
1.3.Maksud dan Tujuan Penelitian ... 5
1.4.Manfaat Penelitian ... 5
1.4.1 Manfaat Ilmiah ... 6
1.4.2 Manfaat Praktis ... 6
1.5.Hipotesis ... 6
1.6.Kerangka Pemikiran ... 7
1.7.Metodologi Penelitian ... 11
xi
2.6.Karakterisasi Struktur dan Mikrostruktur ... 27
2.6.1. Karakterisasi Transmission Electron Microscopy ... 27
2.6.2. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy ... 27
3.1.1.1. Alat Preparasi Selulosa Nanokristalin ... 33
xii
3.3.1. Prosedur Pembuatan Selulosa Nanokristalin... 43
3.3.1.1.Preparasi Serbuk Palm Kernel Cake (PKC) ... 43
3.3.1.2.Ekstraksi Selulosa dari Palm Kernel Cake ... 44
3.3.1.3.Isolasi Selulosa Nanokristalin dari Selulosa ... 45
3.3.2. Prosedur Pembuatan Silika Nanosphere ... 46
3.3.3. Prosedur Pembuatan Spesimen ... 46
3.3.4. Karakterisasi Transmission Electron Microscope... 47
3.3.5. Karakterisasi Scanning Electron Microscope ... 48
3.3.6. Karakterisasi X-Ray Diffraction ... 48
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.Hasil Penelitian ... 52
4.1.1. Hasil dan Analisis Karakterisasi Serbuk Bahan Pengisi ... 52
4.1.1.1. Hasil Karakterisasi Transmission Electron Microscope (TEM) Selulosa Nanokristalin ... 53
4.1.1.2. Hasil Karakterisasi Scanning Electro Microscope (SEM) Silika Nanosphere ... 54
xiii
Universitas Kristen Maranatha
4.1.1.3.1. Hasil Karakterisai XRD Selulosa
Nanokristalin ... 55
4.1.1.3.2. Hasil Karakterisai XRD Silika Nanosphere . 56
4.1.2. Hasil dan Analisis Uji Kekuatan Tarik Diametral (DTS) ... 57
4.1.3. Hasil dan Analisis Uji Kekerasan MicroVickers ... 61
4.1.4. Hasil Karakterisasi Scanning Electron Microscope Spesimen .... 65
4.2.Pembahasan ... 68
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan ... 76
5.2.Saran ... 76
DAFTAR PUSTAKA ... 78
LAMPIRAN ... 83
xiv Universitas Kristen Maranatha DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil Uji Kekuatan Tarik Diametral ... 57
Tabel 4.2 Rerata Kekuatan Tarik Diametral Spesimen dengan Empat Perlakuan ... 58
Tabel 4.3 Hasil Tes Normalitas Data Kekuatan Tarik Diametral ... 59
Tabel 4.4 Hasil Tes Homogenitas Data Kekuatan Tarik Diametral ... 59
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Statistik Menggunakan Uji ANAVA satu arah Data Kekuatan Tarik Diametral ... 60
Tabel 4.6 Hasil Uji Tukey HSD Kekuatan Tarik Diametral ... 60
Tabel 4.7 Hasil Uji Kekerasan Spesimen (VHN) ... 61
Tabel 4.8 Rerata Kekerasan dengan Empat Perlakuan ... 63
Tabel 4.9 Hasil Tes Normalitas Data Kekerasan ... 63
Tabel 4.10 Hasil Tes Homogenitas Data Kekerasan ... 63
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Statistik Menggunakan Uji ANAVA satu arah Data Kekerasan ... 64
xv Universitas Kristen Maranatha DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Strktur Kimia Selulosa ... 20
Gambar 2.2 Bagian Kristalin dan Amorf Selulosa ... 21
Gambar 2.3 Selulosa Nanokristalin Setelah Hidrolisis dengan Asam ... 22
Gambar 2.4 Sintesis Silika Nanopartikel dengan Teknik Sol-Gel ... 26
Gambar 2.5 Skema Kerja XRD ... 28
Gambar 2.6 Uji Tarik Diametral ... 30
Gambar 3.1 Alat Preparasi Selulosa Nanokristalin ... 35
Gambar 3.2 Bahan Preparasi Selulosa Nanokristalin ... 36
Gambar 3.3 Alat Preparasi Silika Nanosphere ... 37
Gambar 3.4 Bahan Preparasi Silika Nanosphere ... 38
Gambar 3.5 Alat Pembuatan Spesimen ... 39
Gambar 3.6 Bahan Pembuatan Spesimen ... 40
Gambar 3.7 Preparasi Serbuk PKC ... 44
Gambar 3.8 Prosedur Ekstraksi Selulosa dari PKC ... 44
Gambar 3.9 Prosedur Isolasi Selulosa Nanokristalin dari Selulosa ... 45
Gambar 3.10 (a) Pemendaman Lilin Dalam Kuvet, (b) Spesimen Tiap Kelompok ... 47
Gambar 3.11 Mesin TEM Hitachi HT7700 ... 47
Gambar 3.12 Mesin SEM Hitachi SU3500 ... 48
Universitas Kristen Maranatha
Gambar 4.1 Hasil Karakterisasi TEM Serbuk Selulosa Nanokristalin, (A)
dan (B) berbentuk sphere, (C) dan (D) berbentuk fiber ... 53
Gambar 4.2 Hasil Karakterisasi SEM Silika Nanosphere ... 54
Gambar 4.3 Difraktogram Serbuk Selulosa Nanokristalin ... 55
Gambar 4.4 Difraktogram Serbuk Silika Nanosphere ... 56
Gambar 4.5 Diagram Batang Hasil Uji Kekuatan Tarik Diametral ... 58
Gambar 4.6 Diagram Batang Hasil Uji Kekerasan ... 62
Gambar 4.7 Hasil Karakterisasi SEM Kelompok I Perbesaran 50x dan 2000x ... 66
Gambar 4.8 Hasil Karakterisasi SEM Kelompok II Perbesaran 50x dan 2000x ... 66
Gambar 4.9 Hasil Karakterisasi SEM Kelompok III Perbesaran 50x dan 2000x ... 67
xvii Universitas Kristen Maranatha DAFTAR DIAGRAM
Halaman
xviii Universitas Kristen Maranatha DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 SURAT IZIN PENELITIAN ... 83
LAMPIRAN 2 HASIL KARAKTERISASI TEM SERBUK
SELULOSA NANOKRISTALIN ... 84
LAMPIRAN 3 HASIL KARAKTERISASI SEM SERBUK SILIKA
NANOSPHERE ... 87
LAMPIRAN 4 HASIL KARAKTERISASI XRD SERBUK
SELULOSA NANOKRISTALIN ... 88
LAMPIRAN 5 HASIL KARAKTERISASI XRD SERBUK SILIKA
NANOSPHERE ... 89
LAMPIRAN 6 HASIL UJI KEKUATAN TARIK DIAMETRAL ... 90
LAMPIRAN 7 HASIL UJI KEKERASAN MIKROVICKERS ... 94
LAMPIRAN 8 ANALISIS STATISTIK KEKUATAN TARIK
DIAMETRAL ... 96
LAMPIRAN 9 HASIL ANALISIS STATISTIK UJI KEKERASAN
(MIKROVICKERS) ... 99
1 Universitas Kristen Maranatha BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan dalam ilmu material dan biomekanik telah mengubah cara
pandang untuk menggantikan komponen anatomi manusia. Ilmu kedokteran gigi
telah melakukan pendekatan untuk menggantikan struktur gigi yang hilang dan
gigi secara keseluruhan. Penggantian struktur gigi yang hilang karena penyakit
dan trauma telah menjadi bagian besar yang umum dalam praktik dokter gigi.
Material restoratif gigi adalah dasar untuk menggantikan struktur gigi.1
Kedokteran gigi dalam beberapa tahun terakhir, mengalami peningkatan dalam
perkembangan material estetik. Material restorasi gigi mencakup material logam,
polimer, keramik, dan komposit. Terdapat dua kategori material restoratif yang
sering digunakan dalam kedokteran gigi, yaitu material restorasi langsung yang
digunakan secara langsung pada gigi dan material restorasi tidak langsung yang
membutuhkan fabrikasi restorasi pada laboratorium gigi.1,2
Syarat suatu material restorasi yang ideal adalah memiliki sifat fisik dan
mekanik yang setara dengan gigi, tidak larut dalam cairan mulut, berikatan
dengan gigi, menstabilisasi permukaan gigi atau restorasi, stabil secara
dimensional, tidak toksik, kariostatik dan bakteriostatik, sewarna gigi, mudah
2
Universitas Kristen Maranatha
Saat ini, sistem resin yang digunakan di kedokteran gigi adalah resin berbasis
methylmethacrylate (MMA). Salah satu resin yang banyak digunakan adalah resin
berbasis polymethylmethacrylate (PMMA). PMMA biasanya digunakan sebagai
bahan restorasi gigi, dalam pembuatan gigi tiruan dan peralatan ortodontik.
PMMA juga digunakan untuk mahkota sementara. Mahkota sementara digunakan
untuk memberikan perlindugan kepada pulpa terhadap iritasi termal dan kimia
yang disebabkan oleh makan dan cairan, untuk stabilitas posisi, pengunyahan, dan
estetika. Suatu mahkota sementara secara mekanik harus memiliki kekuatan yang
cukup untuk menahan gaya pengunyahan. Keuntungan dari PMMA adalah
harganya yang murah, kemampuan poles yang baik, stabilitas warna dan estetik
yang baik, dan dapat bertahan dalam waktu yang cukup lama.3-8
Material restoratif resin akrilik (PMMA) memiliki sifat mekanik yang lebih
rendah jika dibandingkan dengan resin komposit. Resin akrilik memiliki kekuatan
kompresif yang rendah, kekuatan tarik yang rendah, modulus elastisitas yang
rendah, dan memiliki kekerasan dan ketahanan abrasi yang rendah.8
Adanya perkembangan dalam memodifikasi material akrilik, maka kelemahan
ini dapat diatasi. Resin dapat diperkuat dengan menggunakan material yang
berbeda untuk meningkatkan kekuatannya. Material tambahan untuk komposit
polimer dapat diklasifikasikan menjadi bahan penguat, bahan pengisi, atau bahan
pengisi yang menguatkan.9,10
Penambahan partikel bahan pengisi ke dalam matriks resin dapat
3
Universitas Kristen Maranatha
matriks. Tujuan utama dari penambahan partikel bahan pengisi adalah
memperkuat komposit dan mengurangi sejumlah material matriks.11
Nanoteknologi adalah salah satu area penelitian yang populer saat ini dan telah
dikembangkan dalam berbagai disiplin ilmu, termasuk dalam bidang material
logam, polimer, keramik, dan komposit. Nanomaterial telah dikembangkan pada
keempat material tersebut untuk aplikasi praktik perawatan kesehatan.
Nanomaterial saat ini telah dikembangkan dan digunakan secara praktikal untuk
berbagai aplikasi medis, seperti penghantar obat, pengiriman gen, dan diagnostik
molekuler. Nanomaterial juga dikembangkan untuk aplikasi kedokteran gigi.12
Selulosa nanokristalin tampil sebagai kelas dari nanomaterial yang memiliki
potensi sebagai penguat polimer dan formulasi nanokomposit. Selulosa
nanokristalin secara teoritis memiliki kekuatan tarik antara 7,5-7,7 GPa, dimana
jauh lebih besar dari kawat baja dan kevlar. Modulus elastisitas selulosa
nanokristalin dapat mencapai 150 GPa. Selulosa nanokristalin juga memiliki
densitas yang rendah (1,6 g cm-3)13,14
Bahan pengisi silika yang berukuran nano adalah jenis bahan pengisi yang
digunakan dalam komposit di bidang kedokteran gigi yang populer. Kekerasan
silika (fase quartz) berdasarkan skala kekerasan Mohs memiliki nilai 7 yang
setara dengan 820 knoop value dan vickers hardness number sebesar 1100
VHN.15,16,17
Salah satu teknik penting yang digunakan untuk preparasi bahan pengisi silika
adalah teknik sol-gel. Dengan teknik sol-gel ini dapat dibuat silika yang berbentuk
4
Universitas Kristen Maranatha
sempit. Ukuran nanopartikel yang sangat kecil memberikan opasitas visual yang
rendah pada komposit dental yang tidak berpigmen dengan demikian
menghasilkan suatu bahan restorasi yang estetik. Partikel nanosilika yang
berbentuk bulat (spherical) dapat mendistribusikan beban mekanik lebih seragam
daripada partikel yang berbentuk iregular, yang mengarah pada peningkatan sifat
mekanik.15
Penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanosphere ke dalam PMMA
diharapkan dapat menghasilkan komposit untuk material restoratif gigi yang
memiliki kekuatan tarik diametral dan kekerasan yang mendekati gigi asli.
1.2. Identifikasi Masalah
Berdasarkan penjelasan dalam latar belakang, maka dapat dirumuskan
identifikasi masalah sebagai berikut :
1. Apakah teknik hidrolisis dengan asam kuat (H2SO4) dapat menghasilkan
selulosa nanokristalin dari prekursor palm kernel cake berdasarkan hasil
Transmission Electron Microscope (TEM) dan X Ray Diffraction (XRD)?
2. Apakah sintesis silika dengan teknik sol-gel dapat menghasilkan partikel
dengan morfologi nanosphere berdasarkan hasil Scanning Electron
Microscope (SEM)?
3. Apakah penambahan bahan pengisi selulosa nanokristalin dan silika
nanosphere dapat meningkatkan kekuatan tarik diametral nanokomposit
5
Universitas Kristen Maranatha
4. Apakah penambahan bahan pengisi selulosa nanokristalin dan silika
nanosphere dapat meningkatkan kekerasan nanokomposit dengan matriks
PMMA?
1.3. Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan bahan
pengisi selulosa nanokristalin dan silika nanosphere terhadap sifat mekanik
nanokomposit dengan matriks PMMA.
Tujuan penelitian ini adalah untuk:
1. Mensintesis selulosa nanokristalin dengan teknik hidrolisis asam kuat
sebagai bahan pengisi nanokomposit dengan matriks PMMA.
2. Mensintesis silika nanosphere dengan teknik sol-gel sebagai bahan
pengisi nanokomposit dengan matriks PMMA.
3. Menguji ada tidaknya pengaruh penambahan bahan pengisi selulosa
nanokristalin dan silika nanosphere terhadap kekuatan tarik diametral
nanokomposit dengan matriks PMMA.
4. Menguji ada tidaknya pengaruh penambahan bahan pengisi selulosa
nanokristalin dan sillika nanosphere pada kekerasan nanokomposit dengan
matriks PMMA.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini terdiri dari manfaat ilimiah dan praktis yang akan
6
Universitas Kristen Maranatha 1.4.1. Manfaat Ilmiah
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam penelitian
bidang material kedokteran gigi, terutama dalam pengembangan material
restoratif gigi, dengan menyumbangkan pengetahuan mengenai pengaruh
penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanosphere sebagai bahan pengisi
dalam pembuatan nanokomposit dengan matriks PMMA sebagai material
restorasi kedokteran gigi.
1.4.2. Manfaat Praktis
Penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanosphere sebagai bahan
pengisi pada nanokomposit dengan matriks PMMA diharapkan dapat menjadi
alternatif untuk bahan restorasi yang memiliki sifat kekuatan tarik diametral dan
kekerasan yang baik.
1.5. Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini adalah:
1. Penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanospehre swasintesis
menyebabkan adanya peningkatan kekuatan tarik diametral pada
nanokomposit dengan matriks PMMA.
2. Penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanosphere swasintesis
menyebabkan adanya peningkatan kekerasan pada nanokomposit dengan
7
Universitas Kristen Maranatha 1.6. Kerangka Pemikiran
Material restoratif gigi adalah dasar untuk menggantikan struktur gigi yang
hilang. Bentuk dan fungsi merupakan pertimbangan penting dalam menggantikan
struktur gigi yang hilang. Selain itu, penampilan juga dipertimbangkan. Saat ini
terdapat empat kelompok material yang digunakan dalam kedokteran gigi, yaitu
logam, keramik, polimer, dan komposit. 1
Suatu material restorasi yang ideal harus memenuhi beberapa syarat, seperti
memiliki sifat fisik yang setara dengan gigi, tidak larut dalam cairan mulut,
berikatan dengan gigi, menstabilisasi permukaan gigi atau restorasi, stabil secara
dimensional, tidak toksik, kariostatik dan bakteriostatik, sewarna gigi, mudah
untuk ditangani, dan murah.3
Material restorasi berbasis resin dalam kedokteran gigi telah banyak
digunakan. Salah satu resin yang paling banyak digunakan dalam kedokteran gigi
adalah resin berbasis PMMA biasanya digunakan sebagai bahan restorasi gigi,
dalam pembuatan gigi tiruan dan peralatan ortodontik. Selain itu, PMMA juga
digunakan untuk pembuatan sendok cetak perorangan dan mahkota sementara.
PMMA memiliki beberapa keuntungan sebagai material restorasi, seperti harga
yang murah, estetik yang baik, kemampuan poles yang baik dan stabilitas warna
yang baik.1,3-7
PMMA adalah resin transparan dengan kejernihan yang sangat baik. PMMA
merupakan resin dengan angka kekerasan knoop antara 18 sampai 20, kekuatan
tariknya kira-kira 60 MPa, densitasnya 1,13 g/cm3 , dan modulus elastisitas
8
Universitas Kristen Maranatha
Menurut McCabe, PMMA memiliki modulus elastisitas sebesar 2 GPa dimana
jauh lebih rendah dibandingkan dengan enamel dan dentin yang masing-masing
sebesar 50 GPa dan 15 GPa, kekuatan kompresif PMMA sebesar 70 MPa,
sedangkan enamel 250 MPa dan dentin 280 MPa, kekuatan tarik PMMA sebesar
30 MPa, enamel 35 MPa dan dentin 40-260 MPa, dan kekerasan PMMA sebesar
20 VHN, sedangkan email 350 VHN dan dentin 60 VHN.18
Adanya perkembangan dalam memodifikasi material akrilik, maka kelemahan
ini dapat diatasi. Resin dapat diperkuat dengan menggunakan material yang
berbeda untuk meningkatkan kekuatannya. Material tambahan ini menghasilkan
suatu komposit. Material tambahan ini dapat diklasifikasikan menjadi bahan
penguat, bahan pengisi, atau bahan pengisi yang menguatkan.9,10
Komposit adalah sistem multi fasa yang terdiri dari bahan matriks dan bahan
penguat. Komposit merupakan kombinasi dua jenis bahan atau lebih untuk
meningkatkan sifat mekanik suatu bahan. Semakin kecil partikel yang dihasilkan
maka semakin baik sifat mekanik yang dimiliki suatu bahan. Saat ini, sintesis
partikel dengan sistem nano telah banyak dikembangkan. Keuntungan dari
nanopartikel adalah meningkatkan sifat mekanik seperti kekuatan fatik, kekerasan
dan resistensi terhadap goresan. Nanokomposit adalah komposit dimana salah satu
fasanya menunjukkan dimensi dalam rentang nanometer (1 nm = 10-9 m).19-21
Bahan pengisi yang digunakan adalah selulosa nanokristalin dan silika
nanosphere. Selulosa berukuran nano digunakan karena memiliki karakteristik
9
Universitas Kristen Maranatha
toksisitas rendah, dan biokompatibel. Selulosa berukuran nano merupakan
kandidat ideal sebagai penguat komposit polimer.22,23
Selulosa nanokristalin secara teoritis memiliki kekuatan tarik antara 7,5-7,7
GPa, dimana jauh lebih besar dari kawat baja dan kevlar dan silika (fase quartz)
berdasarkan skala kekerasan Mohs memiliki nilai 7 yang setara dengn 820 Knop
value dan Vickers hardness number sebesar 1100 VHN.13-17
Pada penelitian Evelyna, dilakukan penambahan bahan pengisi Al2O3-SiO2
-ZrO2 ke dalam matriks PMMA. Pada penelitian ini juga ditambahkan coupling
agent methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTMS) dan chitosan. Perbandingan
bahan pengisi alumina, silika, dan zirkonia adalah 1:2:1 dalam konsentrasi bahan
pengisi 50%. Penelitian ini juga menggunakan penambahan konsentrasi coupling
agent yang berbeda, yaitu 5%, 30%, dan 60% untuk menguji kekerasan dan
kekuatan (diametral tensile strength) PMMA. Hasil penelitian ini menunjukkan
penambahan bahan pengisi 50% dan coupling agent 60% meningkatkan
kekerasan PMMA dengan rata-rata 18,35 VHN, namun penambahan bahan
pengisi dalam penelitian ini masih belum dapat meningkatlan kekuatan (diametral
tensile strength) PMMA.24
Pada penelitian Dwifulqi, dilakukan pengujian spesimen dalam 4 kelompok
uji, dimana kelompok uji pertama sebagai kontrol dengan 100% PMMA,
sedangkan kelompok uji kedua sampai keempat merupakan matriks PMMA
ditambahkan bahan pengisi kaolin dengan persen berat masing-masing 20%, 35%
dan 50%. Penambahan bahan pengisi kaolin dalam penelitian ini bertujuan untuk
10
Universitas Kristen Maranatha
kekerasan PMMA. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa peningkatan
kekerasan paling signifikan terdapat pada kelompok uji dengan persen berat bahan
pengisi 50%, yaitu rata-rata 10,4 VHN, sedangkan kelompok kontrol sebesar 6,8
VHN.25
Pada penelitian Nopriansyah, bahan pengisi white carbon black dan alumina
ditambahkan pada PMMA. Terdapat dua kelompok uji, dimana kelompok
pertama sebagai kontrol dengan 100% PMMA, dan kelompok kedua adalah
PMMA dengan penambahan bahan pengisi sebesar 50% dimana persen berat
white carbon black 25% dan alumina 25%. Penambahan bahan pengisi white
carbon black dan alumina bertujuan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap
kekerasan PMMA. Hasil penelitian ini menunjukkan terjadi peningkatan
kekerasan PMMA yang ditambahkan dengan bahan pengisi tersebut yaitu sebesar
13,04 VHN, sedangkan kelompok kontrol sebesar 9,2 VHN.26
Pada penelitian Talari, dkk, dimana melakukan evaluasi efek selulosa
nanokristalin (CNC) yang ditambahkan pada PMMA autopolimerisasi terhadap
kekuatan fleksural dan kekerasan permukaan. Terdapat empat kelompok uji,
dimana kelompok pertama adalah PMMA tanpa penambahan CNC, kelompok
kedua adalah PMMA dengan penambahan 1% CNC, kelompok ketiga adalah
PMMA dengan penambahan 2,5% CNC, dan kelompok empat adalah PMMA
dengan penambahan 5% CNC. Hasil penelitian ini menunjukkan peningkatan
kekuatan fleksural yang signifikan yang diobservasi dari kelompok uji dengan
penambahan CNC 2,5%, namun tidak terdapat peningkatan kekerasan permukaan
11
Universitas Kristen Maranatha
Berdasarkan kerangka pemikiran diatas, maka dilakukan penelitian untuk
mengetahui pengaruh penambahan selulosa nanokristalin dan silika nanosphere
sebagai bahan pengisi terhadap sifat mekanik, khususnya kekuatan tarik diametral
dan kekerasan dari nanokomposit dengan matriks PMMA sebagai material
restorasi kedokteran gigi.
1.7. Metodologi Penelitian
Penelitian yang akan dilakukan adalah penelitian eksperimental laboratorium
dengan menggunakan analisis statistik ANAVA satu arah dilanjutkan dengan
Tukey HSD.
1.8. Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Advanced Material Processing Laboratorium ITB
(sintesis bahan pengisi), Pusat Penelitian Nanosains dan Nanoteknologi ITB
(SEM dan TEM), Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan
Batubara Bandung (XRD), Laboratorium Prostodontik Fakultas Kedokteran Gigi
Universitas Kristen Maranatha Bandung (pembuatan spesimen). Laboratorium
Penelitian Terpadu Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Padjajaran Bandung (uji
diametral tensile strength), dan Laboratorium Metalurgi Fisika dan Keramik,
Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan ITB (uji kekerasan) dari bulan
76 Universitas Kristen Maranatha BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
1. Teknik hidrolisis dengan asam kuat (H2SO4) dapat menghasilkan selulosa
nanokristalin dari prekursor palm kernel cake yang dapat dilihat dari hasil
Transmission Electron Microscope (TEM) dan X Ray Diffraction (XRD).
2. Silika yang disintesis dengan teknik sol-gel dapat menghasilkan partikel
dengan morfologi sphere dan berukuran nano yang dapat dilihat dari hasil
Scanning Electron Microscope (SEM),.
3. Penambahan partikel bahan pengisi selulosa nanokristalin dan silika
nanosphere dapat meningkatkan kekerasan resin PMMA heatcured sebesar
21,6% (kelompok II).
4. Penambahan partikel bahan pengisi selulosa nanokristalin dan silika
nanosphere dengan perbandingan yang dilakukan dalam penelitian ini belum
dapat meningkatkan kekuatan tarik diametral resin PMMA heatcured
5.2. Saran
1. Penetralan dari asam pada sintesis selulosa nanokristallin dapat dipercepat
dengan menggunakan larutan NaOH.
2. Perlu dicari perbandingan PMMA, selulosa nanokristalin, dan silika
77
Universitas Kristen Maranatha
3. Perlu dilakukan perbaikan teknik pencampuran PMMA dan bahan pengisi
untuk menghasilkan campuran yang lebih homogen.
4. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan jumlah spesimen yang lebih
banyak.
5. Perlu dilakukan penambahan coupling agent untuk meningkatkan ikatan
PENGARUH SELULOSA NANOKRISTALIN DAN
SILIKA NANOSPHERE HASIL SWASINTESA
SEBAGAI BAHAN PENGISI NANOKOMPOSIT
POLYMETHYLMETHACRYLATE TERHADAP SIFAT
MEKANIKNYA UNTUK MATERIAL RESTORASI
GIGI
SKRIPSI
Karya Tulis Ini Dibuat Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran Gigi
IMELDA RUTH
1390019
FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena berkat,
kemurahan dan kasih karuniaNya, penulis dapat menyelesaikan karya tulis yang
berjudul “Pengaruh Bahan Pengisi Selulosa Nanokristalin dan Silika Nanosphere
Pada Sifat Mekanis Nanokomposit dengan Matriks Polymethylmethacrylate
Sebagai Material Restorasi Kedokteran Gigi” ini. Penulisan karya tulis ini bertujuan
untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Kedokteran Gigi.
Dalam penulisan karya tulis ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan
dukungan dari berbagai pihak sehingga karya tulis ini dapat diselesaikan dengan
baik. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua yang sangat penulis sayangi, Ir. Sihol Pardamean Girsang dan
drg. Erita Sondang Berliana, untuk setiap doa, motivasi, semangat, nasehat, dan
dukungan dalam bentuk materi maupun non materi sehingga karya tulis ini
dapat diselesaikan dengan baik.
2. Abang yang terkasih, Riady Hasiholan Girsang, S.H, untuk setiap doa dan
semangat yang selalu diberikan kepada penulis.
3. Winny Suwindere, drg., MS, selaku Dekan Fakultas Kedokteran Gigi
viii
4. Angela Evelyna, drg., M. Kes, selaku pembimbing utama yang telah banyak
memberi waktu untuk membimbing, sabar, memberi dukungan, motivasi dan
semangat kepada penulis sehingga penulisan karya tulis ini dapat selesai.
5. Prof. Dr. Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng, selaku pembimbing pendamping
yang banyak memberikan masukan, dukungan, semangat kepada penulis dari
awal penelitian sampai selesainya karya tulis ini.
6. Shelly Lelyana, drg., Sp.PM, selaku koordinator sidang yang menuntun
jalannya kegiatan sidang dari awal hingga berlangsung dengan baik.
7. Grace Monica, drg., MKM, selaku penasehat akademik yang telah banyak
memberikan motivasi, dukungan, semangat, selama penulis mengikuti
kegiatan perkuliahan sampai pada penulisan karya tulis ini diselesaikan.
8. Dr. Lia Asri, yang sangat banyak memberikan ilmunya dan selalu sabar dalam
membantu penulis pada pelaksanaan penelitian dan penyusunan karya tulis ini.
9. Kakak-kakak di Advanced Materials Processing Laboratorium, Teh Raisa,
Kak Aji, Kak Asoy, Kak Andri, Kak Adi, Teh Amel, Mas Udin yang telah
membagi ilmunya dan membantu proses penelitian selama di Laboratorium.
10. Seluruh dosen, staff dan karyawan Fakultas Kedokteran Gigi Universitas
Kristen Maranatha yang telah banyak membantu penulis selama menjalankan
perkuliahan.
11. Keluarga rohani penulis, Maranatha 4, khususnya AOG 33 yang selalu
memberi doa, semangat, dan hiburan kepada penulis.
12. Teman seperjuangan di Advanced Materials Processing Laboratorium, Tiara,
ix
13. Ardine, Margaretha, Erin, Mevy, Indry, Silvi, sahabat yang sama-sama
berjuang dalam penyusunan skripsi, yang selalu memberikan semangat dan
hiburan kepada penulis.
14. Cindy dan Kak Danang, yang telah meluangkan waktu untuk membantu
penulis dalam pembuatan spesimen penelitian.
15. Teman-teman FKG UKM 2013 yang telah bersama-sama berjuang selama
perkuliahan.
16. Semua pihak yang telah membantu penulisan karya tulis ilmiah ini yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
Kiranya Tuhan Yesus Kristus membalas dan melimpahkan berkatNya kepada
setiap pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini. Penulis
menyadari karya tulis ini terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu penulis
menerima kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan karya tulis ini.
Akhir kata, penulis mengharapkan semoga karya tulis ini bermanfaat bagi
pengembangan ilmu material restorasi kedokteran gigi.
Bandung, Maret 2017
78 Universitas Kristen Maranatha DAFTAR PUSTAKA
1. Sakaguchi RL, Powers JM. Craig’s Restorative Dental Materials. 13th ed. Philadelphia: Elsevier Mosby; 2012: 2, 143.
2. ADA Council On Scientific Affairs. Direct and Indirect Restorative Materials.
JADA; 2003: 134: 463-472.
3. Jacobsen P. Restorative Dentistry An Integrated Approach. 2nd ed. UK: Blackwell Munksgaard; 2008: 74.
4. Powers JM, Wataha JC. Dental Materials Properties and Manipulation. St.Louis: Mosby Elsevier: 2, 286.
5. Gautam R, Singh RD, Sharma VP, Siddhartha R, Chand P, Kumar R. Biocompatibility of Polymethylmethacrylate Resins Used in Dentistry. J
Biomed Mater Res Part B; 2012: 1-7.
6. Prasad DK, Shetty M, Alva H, Prasad D Anupama. Provisional Restorations in Prosthodontic Rehabilitations – Concepts, Materials, and Techniques. NUJHS; 2012: 2(2): 72-77.
7. Wassell RW, St. George G, Ingledew RP, Steele, JG. Crown and Other Extra-Coronal Restorations: Provisional Restorations. British Dental Journal; 2002: 192(11): 619-630.
8. Manapallil J. Basic Dental Materials. 2nd ed. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers (P) LTD; 2003: 140,145, 146, 150, 151.
9. Nandal S, Ghalaut P, Shekhawat H, Gulati MS. New Era in Denture Base Resins: A Review. DJAS; 2013: 1(3): 136-143.
10. Xanthos M. Functional Fillers for Plastics. 2nd ed. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA; 2010: 8.
11. Anusavice KJ. Philip’s Science of Dental Material. 11th ed. St.Louis Missouri: Elsevier; 2003: 6, 74, 98, 166, 400, 401,403-405
79
Universitas Kristen Maranatha
13. Leung ACW, Hrapovic S, Lam E, Liu Y, Male KB, Mahmoud KA, et al. Characteristic and Properties of Carboxylated Cellulose Nanocrystals Prepared from a Novel One-Step Procedure. Small; 2011: 7(3): 302-305.
14. George J, Sabapathi SN. Cellulose Nanocrystals: Synthesis, Functional Properties, and Applications. Nanotechnol Sci Appl; 2015: 8: 45-54.
15. Rahim TNAT, Mohamad D, Ismail AR, Akil HM. Synthesis of Nanosilica Fillers for Experimental Dental Nanocomposites and Their Characterisations. Penerbit Universiti Sains Malaysia; 2011: 22(1): 93-105.
16. Morsy FA, El-Sheikh SM, Barhoum A. Nano-silica and SiO2/CaCO3 Nanocomposite Prepared From Semi-Burned Rice Straw Ash As Modified Papermaking Fillers. Arabian Journal of Chemistry; 2014.
17. Fuadah T. 2016. Perbedaan Kekerasan Poly(Methyl Methacrylate) yang Diisi dengan Filler Silika Nanosphere, Nanorod dan Nanoporous Hasil Swasintesis Dengan Teknik Sol-Gel. Skripsi. Universitas Padjajaran: 5, 14, 16, 17, 30,61,62.
18. Mc Cabe, JF, Walls AWG. Applied Dental Materials. 9th ed. Oxford, UK:
Blacwell Publishing Ltd; 2008: 178,196.
19. Wang, R.M., Zheng, S.R., Zheng, Y.P. Polymer matrix composite and
technology. Science Press Beijing; 2011: 2.
20. Branda F. Advances in Nanocomposites- Synthesis, Characterization and Industrial Applications. Europe: Intech; 2011: 323-36.
21. Camargo PHC, Satyanarayana KG, Wypych Fernando. Nanocomposites: Synthesis, Structure, Properties and New Application Opportunities. Materials
Research; 2009: 12(1): 1-39.
22. Lin, N., Dufresne, A. Nanocellulose in Biomedicine: Current Status and Future Prospect. European Polymer Journal: Elsevier; 2014: 59: 304.
23. Dufresne, A. Nanocellulose: A New Ageless Bionanomaterial. Materials
Today: Elsevier; 16(16): 223.
24. Evelyna A. Sintesis dan Analisis Mikrostruktur Al2O3-SiO2-ZrO2 Berukuran
Nano Sebagai Bahan Pengisi Restorasi Mahkota Jaket Resin
Polymethylmethacrylate Heatcured Serta Uji Sifat Mekanisnya. Tesis.
80
Universitas Kristen Maranatha
25. Dwifulqi H. Pengaruh Penambahan Kaolin Sebagai Bahan Pengisi Resin
Polymethylmethacrylate Terhadap Peningkatan Kekerasan Untuk Aplikasi
Mahkota Jaket. Skripsi. Program Studi Pendidikan Dokter Gigi Universitas Kristen Maranatha Bandung; 2013: 21, 32, 41
26. Nopriansyah H. Pengaruh Penambahan White Carbon Black Nanorod dan Alumina Nanopartikel Terhadap Kekerasan Nanokomposit Berbasis
Polymethylmethacrylate. Skripsi. Program Studi Pendidikan Dokter Gigi
Universitas Kristen Maranatha Bandung; 2014: 22,
27. Talari FS, Qujeq D, Amirian K, Ramezani A, Pourkhalili H, Alhavaz A. Evaluation the Effect of Cellulose Nanocrystalline Particles on Flexural Strength and Surface Hardness of Autopolymerized Temporary Fixed Restoration Resin. International Journal of Advanced Biotechnology and
Research. 2016; 7: 152-160
28. Martanto P. Teori dan Praktek Ilmu Mahkota dan Jembatan Fixed Partial Prosthodontics. Edisi 2, Bandung: Penerbit Alumni; 1982: 27
29. Hasratiningsih Z, Takarini V, Cahyanto A, Faza Y, Asri LATW, Purwasasmita BS. Hardness Evaluation Of PMMA Reinforced With Two Different Calcinations Temperatures Of Zro2-Al2O3-Sio2 Filler System. IOP Publishing.
2017; 1-7
30. Regish KM, Sharma D, Prithviraj. Review Article Techniques of Fabrication of Provisional Restoration: An Overview. International Journal of Dentistry. 2011; 1-5
31. Yanikoğlu ND, Bayindir F, Kürklü D, Beşir B. Flexural Strength of Temporary Restorative Materials Stored in Different Solutions. Open Journal of
Stomatology. 2014: 4: 291-298
32. Rosenstiel SF, Land MF, Fujimoto J. Contemporary Fixed Prosthodontics. 4th ed. St. Louis, Missouri: Mosby Elsevier; 2006: 466-470
33. Park JB, Bronzino JD. Biomaterials Principles and Applications. Boca Raton: CRC Press; 2003: 63
34. Schmalz G, Bindslev DA. Biocompatibility of Dental Materials. Germany: Springer; 2009: 255
81
Universitas Kristen Maranatha
36. Shillingburg HT, Hobo S, Whitsett LD, Bracklett SE. Fundamentals of Fixed
Prosthodontics. 3rd ed. Chicago: Qiuntessence; 1997: 226.
37. Zebarjad SM, Sajjadi SA, Sdrabadi TE, Yaghmaei A, Naderi B. A Study on Mechanical Properties of PMMA/Hydroxyapatite Nanocomposite.
Engineering; 2011: 3: 795-801.
38. Rahman IA, Padavettan V. Review Article Synthesis of Silica Nanoparticles by Sol-Gel: Size-Dependent Properties, Surface Modification, and Applications in Silica-Polymer Nanocomposites-A Review. Journal of
Nanomaterials; 2012: 1-15
39. Habibi Y, Lucia LA, Rojas OJ. Cellulose Nanocrystals: Chemistry, Self-Assembly, and Applications. Chemical Reviews; 2010: 110(6): 3479-3500
40. Lu Y, Tekinalp LT, Eberle CC, Peter W, Naskar AK, dan Ozcan S. Nanocellulose in polymer composites and biomedical applications. Tappi
Journal; 2014: 13(6): 47-54
41. Thakur VK. Nanocellulose Polymer Nanocomposites Fundamental and Applications. Canada. Scrivener Publishing LLC and Wiley; 2015: 396, 399
42. Yan FY. Process Selection and Optimization of Cellulose Extraction From Palm Kernel Using Response Surface Methodology. School of Engineering and Information Technology Universiti Malayasia Sabah; 2009:
43. Yan FY, Krishniah D, Rajin M, Bono A. Cellulose Extraction From Palm Kernel Cake Using Liquid Phase Oxidation. Journal of Engineering Science
and Technology; 2009: 4(1): 57-68
44. Ibrahim IAM, Zikry AAF, Sharaf MA. Preparation of spherical silica nanoparticles: Stober silica. Journal of American Science; 2010: 6(11): 985-989
45. Sharma RK, Sharma S, Dutta S, Zborii R, and Gawande MB. Silica-nanosphere-based organic-inorganic hybrid nanomaterials: synthesis, functionalization and applications in catalysis. The Royal Society of Chemistry; 2015.
46. Nurfitriyani L. Optimasi Biosintesis Nanopartikel Silika (SiO2) Dengan
Substrat Sekam Padi Oleh Fusarium oxysporum. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. 2012: 4,7,8
47. Conradi M. Nanosilica-Reinforced Polymer Composites. Materials and
82
Universitas Kristen Maranatha
48. Ishikawa M. Synthesis of Hydroxyapatite/Nanocellulose Composites. Kungliga Tekniska Högskolan; 2014: 21,22
49. Suga M, et al. Recent Progress In Scanning Electron Microscopy for The Characterization of Fine Structural Details of Nano Materials. Elsevier; 2014: 1-21
50. O’Brien, WJ. Dental Materials and Their Selection. 4th ed. Canada: Quintessence Publising Co, Inc; 2008: 17,41.
51. Aydemir B, Cal B, Salman S. The Advantages of New Generation Hardness Measurement Methods. 5th International Quality Conference; 2011: 337-344
52. Chuenarrom C, Benjakul P, Daosodsai P. Effect of indentation load and time on knoop and vickers microhardness tests for enamel and dentin. Material
Research; 2009: 12(4): 473-476
53. Kedzioe SA, Graham L, Moorlag C, Dooley BM, dan Cranston ED. Poly(methyl methacrylate)-Grafted Cellulose Nanocrystals: One-Step Synthesis, Nanocomposite Preparation, and Characterization. Can. J. Chem.
Eng; 2016: 94: 811–822.
54. Aulia F, Marpongahtun, Gea S. Studi Penyediaan Nanokristal Selulosa dari Tandan Kosong Sawit. Jurnal Saintia Kimia; 2013. 1(2).
