KARAKTERISASI MATERIAL BIOKOMPOSIT BOVINE
HYDROXYAPATITE (BHA)/SHELLAC DAN KITOSAN
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
JUNAIDI RASID I1414028
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
ii
MOTTO
Orang tidak bisa mengabdi kepada Tuhan dengan tidak mengabdi kepada sesama manusia. (Ir. Soekarno)
Merupakan keyakinan dan praktik kami bahwa untuk memberontak dan berjuang, tak dibutuhkan pemimpin atau juragan atau ratu adil atau juru selamat. Untuk
berjuang, orang cuma perlu rasa malu, secuil martabat, dan banyak pengorganisasian. (Subcomandante Marcos)
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan ikhlas dan segala kerendahan hati seraya mengucapkan puji syukur kehadiran Tuhan yang Maha Kuasa, penulis mempersembahkan tulisan ini kepada :
1. Tuhan yang Maha Kuasa sang pencipta alam semesta dan seisinya terima kasih telah membantu dalam proses pengerjaan skripsi.
2. Orang tuaku tercinta dan seluruh keluarga besar yang telah mendampingi dan selalu memberi dukungan dalam perjalanan menempuh skripsi.
3. Teruntuk Lilik Sumardianti dan Siti Fatimah tercinta yang selalu ada untuk canda tawa dan dukungannya.
4. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T dan Bapak Teguh Triyono S.T., M.Eng. 5. Juli Setyo Wibowo dan Agus Irawan yang telah menjadi keluarga kedua
saya di perantauan.
6. Teman-teman Biomaterial, Andika, Afif Sandy, Hendra, Rizha Yushak, Taufik Hidayat.
KARAKTERISASI MATERIAL BIOKOMPOSIT
BOVINE HYDROXYAPATITE (BHA)/SHELLAC DAN KITOSAN
JUNAIDI RASID
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia
Email :rebellionrasid23@gmail.com
Abstrak
Perkembangan material komposit saat ini sangat berkembang pesat
dilakukan untuk mendukung kebutuhan medis. Biokomposit dari serbuk tulang sapi
(bovine bone powder)/shellac/kitosan untuk aplikasi bone filler.
BHA/shellac/kitosan diperoleh dari serbuk tulang sapi (bovine bone powder)
yang dilapisi shellac (larutan hasil sekresi kutu lak) 10 ml. Variasi perbandingan
campuran antara BHA/shellac dan kitosan yakni 30:40, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30
%wt disintesis dengan metode kering (dry method) . Sampel BHA/shellac/kitosan
dikompaksi pada tekanan ±60 bar sampai menjadi padat dengan cetakan silinder
13 mm dan tebal 8 mm, proses kalsinasi p a d a suhu 900ºC selama 2 jam
dengan kenaikan 10ºC/menit. Uji XRD (X-Ray Diffraction), microvickers, DTS
(diametral tensile strength) dan SEM (Scanning Electron Microschopy). Hasil
pengujian XRD menunjukkan pola difraksi 2θ : 31.5585º, 32.6855º, 32.0001º,
pengujian microvickers sampel BHA/shellac/kitosan maksimum sebesar 7,47 ±
0,685 VHN dan minimum 3,73 ± 0,182 VHN, pengujian DTS sampel
BHA/shellac/kitosan maksimum sebesar 36,66 ± 9,01 KPa dan minimum 13,90 ±
1,24 KPa. Pengamatan porus dengan SEM terhadap sampel BHA/shellac/kitosan
ukuran dan banyaknya porus terdapat pada sampel BHA/shellac/kitosan 70:30 %
wt.
MATERIAL CHARACTERIZATION OF BIOCOMPOSITE BOVINE HYDROXYAPATITE (BHA)/SHELLAC AND CHITOSAN
Junaidi Rasid
Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret
University Surakarta, Indonesia
Email:rebellionrasid23@gmail.com
Abstract
Development of composite materials today is growing rapidly to support
medical needs. Biocomposite is made from bovine bone powder/shellac/chitosan
for bone filler applications. BHA(Bovine Hydroxyapatite)/shellac/chitosan derived
from bovine bone powder coated with shellac 10 ml. Mixed variation between
BHA/shellac and chitosan i.e 30:40, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30 %wt were
synthesized by dry method. Samples BHA/shellac/chitosan compacted with the
pressure 60 bar until becomes solid with the cylinder mold 13 mm and 8 mm in
thickness, the calcination process on temperature of 900ºC for 2 hours and
increased temperature is 10ºC / min. Test XRD (X-Ray Diffraction), Microvickers,
DTS (Diametric Tensile Strength) and SEM (Scanning Electron Microschopy),
Density, and Porosity. The results of XRD test is bovine powder has become to
BHA (Bovine Hydroxyapatite) , microvickers test of sample BHA/shellac/chitosan
for maximum is 7.47 ± 0.685 VHN and 0.182 ± 3.73 VHN for minimum, DTS test
of sample BHA/shellac/chitosan maximum in 36.66 ± 9.01 KPa and minimum in
13.90 ± 1.24 KPa. Porous observations with SEM toward sample
BHA/shellac/chitosan porous size and number of samples contained in
BHA/shellac/chitosan is 70:30 wt%. Density test with highest value is 1,168gr/cm3,
and lowest 1,070 gr/cm3. And the highest porosity values at variation 50/50 %wt =
0,988%, and the lowest at 70/30 %wt = 0,977%.
Keywords: Hydroxyapatite, chitosan, XRD, Microvickers, Diametral Tensile
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan YME yang telah melimpahkan kenikmatan
kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan
penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar
sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Tugas akhir ini memaparkan “KARAKTERISASI MATERIAL BIOKOMPOSIT
BOVINE HYDROXYAPATITE (BHA)/SHELLAC DAN KITOSAN”.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada :
1. Bapak, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan
sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Joko Triyono ST., M.T. dan Teguh Triyono, ST., MEng selaku
dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama
penyusunan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Prodi S1 Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS dan dosen pembimbing akademik.
4. Bapak Dr. Eko Surojo., ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak
Prof. Dr. Kuncoro Dihardjo, ST., MT, selaku dosen penguji.
5. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan
penulis.
6. Semua laboran Prodi Teknik Mesin UNS.
7. Teman-teman S1 dan S2 Teknik Mesin UNS yang telah memberikan
dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan
dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan
skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih.
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, November 2016
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
MOTTO ... ii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... iii
ABSTRAK ... iv
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI... viii
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2 Dasar Teori ... 6
2.2.1 Biomaterial ... 6
2.2.2 Biokeramik ... 7
2.2.3 Hidroksiapatit ... 7
2.2.4 Sifat Mekanik ... 9
2.2.5 Biokompabilitas ... 9
2.2.6 Fabrikasi ... 10
2.2.7 Proses Kalsinasi ... 12
2.2.8 Tulang Sapi ... 12
2.2.10 shellac (selak)... 18
2.3 Pengujian ... 20
2.3.1 Pengamatan SEM (Scanning Electron Micrhoscopy)... 20
2.3.2 Pengamatan XRD (X-Ray Diffraction) ... 20
2.3.3 Uji Kekerasan Vickers (VHN) ... 22
2.3.4 Uji Kuat Tekan ... 23
2.3.5 Pengujian densitas dan porositas... 25
2.4 Hipotesis ... 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27
3.1 Tempat Penelitian ... 27
3.2 Alat dan Bahan ... 27
3.2.1 Alat ... 27
3.2.2 Bahan ... 27
3.3 Prosedur Penelitian ... 27
3.3.1 Persiapan Serbuk Sapi ... 27
3.3.2 Perendaman Serbuk Sapi dengan Shellac ... 29
3.3.3 Proses Homogenisasi ... 29
3.3.4 Proses Pembentukkan ... 30
3.3.5 Proses Kalsinasi ... 30
3.4 Variabel Penelitian ... 31
3.5 Tahap Pengujian ... 31
3.6 Tahap Analisa ... 35
3.7 Perencanaan Penelitian ... 35
3.8 Diagram Alir ... 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37
4.1 Pengaruh Suhu Kalsinasi Terhadap Serbuk Tulang Sapi ... 37
4.2 Hasil Kalsinasi Bovine Hydroxyapatite (BHA)/shellac/kitosan berbagai Variasi Campuran ... 39
4.4 Analisa Uji Kekerasan Vickers (Vickers Hardness Tester) ... 44
4.5 Analisa Uji Kuat Tekan (Diametral Tensile Strength) ... 46
4.6 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM)... 48
4.7 Pengujian Densitas... 49
4.8 Pengujian Porositas ... 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 52
5.1 Kesimpulan ... 52
5.2 Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Radiologi dari Hidroksiapatit ... 10
Gambar 2.2 Anatomi Kerangka Tulang Sapi ... 13
Gambar 2.3 Bagian-Bagian Tulang ... 13
Gambar 2.4 Udang Sebagai Bahan Baku Pembuatan Kitosan... 14
Gambar 2.5 Struktur Molekul kitin ... 16
Gambar 2.6 Struktur Molekul kitosan... 17
Gambar 2.7 Struktur kimia asam aleuritik dan asam jalarik ... 19
Gambar 2.8 Model Difraksi Hukum Bragg ... 21
Gambar 2.9 Pola Difraksi Sinar X-ray Hidroksiapatit Komersil ... 22
Gambar 2.10 Ilustrasi Pengukuran Vickers Dan Dimensi Lekukan ... 23
Gambar 2.11 Ilustrasi Uji Kuat Tekan (Diametral Tensile Strength)... 24
Gambar 2.12 Skema pengujian densitas ... 25
Gambar 3.1 Tulang Sapi ... 28
Gambar 3.2 Proses Persiapan Serbuk Tulang Sapi ... 28
Gambar 3.3 Proses Perendaman Serbuk Tulang Sapi menggunakan Shellac... 29
Gambar 3.4 Magnetic Stir ... 29
Gambar 3.5 Alat Pembentukan Spesimen ... 30
Gambar 3.6 Dapur Pemanas (furnace) ... 31
Gambar 3.7 Mesin X-ray Diffraction (XRD)... 32
Gambar 3.8 Mesin Scanning Electron Microschopy (SEM) ... 32
Gambar 3.9 Mesin Uji Kekerasan HVN ... 33
Gambar 3.10 Mesin Universal Testing Machine ... 33
Gambar 3.11 Pengujian densitas ... 34
Gambar 3.12 Diagram Alir Penelitian ... 36
Gambar 4.1 Warna Serbuk Sapi ... 37
Gambar 4.2 Warna Serbuk Tulang Sapi ... 38
Gambar 4.3 Warna Serbuk Tulang Sapi/shellac/kitosan ... 39
Gambar 4.5 Pola Difraksi XRD BHA/shellac/kitosan ... 42
Gambar 4.6 Pola Difraksi XRD BHA Komersil ... 43
Gambar 4.7 Nilai Kekerasan Microvickers BHA/shellac/Kitosan ... 45
Gambar 4.8 Nilai Pengujian Diametral Tensile Strength (DTS) ... 47
Gambar 4.9 Pengamatan SEM ... 48
Gambar 4.10 Nilai densitas aktual teoritis ... 50
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi Biokeramik ... 7
Tabel 2.2 Sifat Mekanis dari Variasi Pertikel Hidroksiapatit ... 9
Tabel 3.1 Variasi Rasio Perbandingan Campuran Serbuk Tulang Sapi
dengan Kitosan ... 31
Tabel 4.1 Bovine Hydroxyapatite (BHA)/shellac/Kitosan pada berbagai
variasi campuran ... 40
Tabel 4.2 Maksimum Pola Difraksi XRD sampel BHA/shellac ... 43
Tabel 4.3 Maksimum Pola Difraksi XRD sampel BHA/shellac/kitosan ... 44
Tabel 4.4 Maksimum Pola Difraksi XRD dari sampel BHA/shellac
dan BHA/shellac/kitosan ... 44
Tabel 4.5 Nilai Kekerasan sampel BHA/shellac/kitosan... 45
