BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Basis Gigitiruan 2.1.1 Pengertian
Basis gigitiruan adalah bagian dari gigitiruan yang bersandar pada jaringan lunak dan merupakan tempat melekatnya anasir gigitiruan.1 Basis gigitiruan memperoleh dukungan dari mukosa rongga mulut pada daerah yang tidak bergigi. Basis gigitiruan berfungsi untuk tempat melekatnya anasir gigitiruan yang akan mengembalikan fungsi pengunyahan.2 Berbagai macam bahan telah digunakan dalam pembuatan basis gigitiruan seperti kayu, tulang, ivory, keramik, logam, dan berbagai polimer telah diaplikasikan untuk basis gigitiruan. Perkembangan yang pesat dalam basis gigitiruan menyebabkan terjadinya peralihan dari penggunaan bahan alami menjadi resin sintetis dalam pembuatan basis gigitiruan.
2.1.2 Persyaratan
Bahan basis gigitiruan harus memenuhi persyaratan agar layak digunakan. Syarat- syarat bahan basis gigitiruan yang ideal adalah: 3,19
1. Tidak toksik dan tidak mengiritasi
2. Memiliki permukaan halus, keras, dan kilat
3. Memiliki estetis yang baik. Basis gigitiruan sebaiknya transparan, mudah diberi warna dan memiliki warna yang permanen
4. Tidak larut dalam saliva dan tidak mengabsorbsi saliva
5. Memiliki termal konduksi yang baik dan penghantar termal yang baik 6. Mudah direparasi bila patah
7. Tidak mudah abrasi sehingga basis gigitiruan tetap memiliki bentuk yang baik walaupun telah dipakai dalam jangka waktu yang lama
8. Memiliki kekuatan impak dan transversal yang tinggi sehingga tidak mudah patah
9. Mudah dibersihkan baik secara mekanis ataupun kemis 10. Harga terjangkau
2.1.3 Bahan Basis Gigitiruan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan basis gigitiruan terbagi atas dua yaitu logam dan non logam.1
2.1.3.1 Logam
Pada umumnya logam yang digunakan sebagai bahan basis gigitiruan adalah campuran dari dua jenis logam atau lebih. Logam yang dihasilkan dari pencampuran ini disebut dengan aloi. Aloi yang sering digunakan adalah kobalt, logam emas, aluminium dan stainless steel .1,19
Basis logam ini memiliki keuntungan dan kerugian. Adapun keuntungannya adalah sangat kaku, memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Basis ini dapat menyerap substansi panas dan meningkatkan persepsi termal sehingga pasien masih bisa merasakan temperatur makanan, memiliki bentuk yang stabil, resisten terhadap abrasi, memiliki poreus yang lebih sedikit daripada resin, akumulasi makanan, plak, dan kalkulus lebih sedikit, dan mudah dibersihkan. Kekurangan basis gigitiruan logam adalah basis ini lebih sulit beradaptasi dengan jaringan lunak apabila dibandingkan dengan resin, basis sulit direparasi atau reline apabila basis patah, dan kurang estetis.20
2.1.3.2 Non Logam
Bahan basis non logam umumnya terbuat dari bahan polimer. Berdasarkan reaksi termalnya, basis gigitiruan non logam dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu termoplastik dan termoset.
Polimer termoplastik terbuat dari rantai linear atau rantai bercabang. Bahan ini melunak jika dipanaskan di atas temperatur transisi kaca, di mana pada level molekular, gaya ikatan sekunder hilang sehingga gerakan relatif rantai yang berdekatan menjadi meningkat. Pada keadaan ini, bahan termoplastik dapat dibentuk.
Sebaliknya, apabila temperatur diturunkan, akan terbentuk ikatan kembali dan polimer akan mengeras. Proses ini terjadi secara reversible. Bahan termoplastik biasanya larut dalam pelarut organik. Contoh termoplastik adalah polivinil klorida dan nilon termoplastik.3,21
Polimer termoset akan mengeras secara permanen ketika dipanaskan dan tidak akan melunak kembali jika dipanaskan dengan suhu yang sama selama proses perubahan kimianya. Bahan ini mempunyai agen cross-linked, oleh karena itu tidak dapat larut dalam pelarut organik. Polimer termoset biasanya memiliki ketahanan terhadap abrasi terbaik dan memiliki dimensi yang sangat stabil dibandingkan dengan polimer termoplastik. Contoh termoset adalah resin akrilik (cross-linked polimetilmetakrilat).3,21
2.1.4 Bahan Basis Gigitiruan Resin Akrilik
Tahun 1937 Wright W menemukan polimetilmetakrilat yang disebut juga resin akrilik.19 Resin akrilik dengan cepat menggantikan bahan basis gigitiruan sebelumnya yang terbuat dari vulkanit, fenol formaldehida, vinil, dan porselen. Sejak pertengahan tahun 1940, resin akrilik sudah banyak digunakan dalam kedokteran gigi untuk berbagai keperluan, di antaranya pelapis estetik, splinting, bahan pembuat anasir gigitiruan, piranti ortodontik, bahan reparasi dan bahan basis gigitiruan.8
Resin akrilik memiliki beberapa kelebihan, yaitu estetik, mudah dimanipulasi, densitas yang rendah, stabilitas dimensi yang baik, tidak berbau, tidak berasa, tidak beracun, tidak mengabsorbsi saliva, mudah untuk direparasi dan dibersihkan, serta harga yang murah.1
Berdasarkan polimerisasinya, resin akrilik dibagi atas 3, yaitu:
1. Resin akrilik polimerisasi sinar yaitu resin akrilik yang diaktivasi oleh sinar tampak dengan panjang gelombang 400-500 nm. Resin akrilik polimerisasi sinar terdiri atas matriks uretan dimetakrilat dan mengandung sedikit silika koloid. Resin akrilik polimerisasi sinar biasanya digunakan sebagai reline basis gigitiruan atau bahan untuk memperbaiki basis gigitiruan yang patah.3,21,22
2. Resin akrilik swapolimerisasi yaitu resin akrilik yang mengandung amin tersier atau dimetil-p-toluidin sebagai akselerator kimia untuk mempercepat proses polimerisasi. Bahan ini memiliki kekuatan dan stabilitas warna yang kurang jika dibandingkan dengan resin akrilik polimerisasi panas. Resin akrilik swapolimerisasi biasanya digunakan untuk basis gigitiruan sementara, crown atau bridge sementara, serta reline dan rebase basis gigitiruan.3,21
3. Resin akrilik polimerisasi panas yaitu resin akrilik yang menggunakan proses pemanasan untuk proses polimerisasi. Resin akrilik polimerisasi panas memiliki kekuatan yang paling besar, sehingga resin ini banyak digunakan dalam pembuatan hampir semua basis gigitiruan.3,21
2.2 Resin Akrilik Polimerisasi Panas
Resin akrilik polimerisasi panas merupakan polimer yang paling banyak digunakan sebagai bahan basis gigitiruan untuk pembuatan basis gigitiruan saat ini karena memiliki estetis yang baik, ekonomis, mudah dimanipulasi, dan memiliki sifat fisis dan mekanis yang cukup baik.3,22 Proses polimerisasi resin ini adalah dengan pengaplikasian panas. Energi termal yang dibutuhkan untuk proses polimerisasinya adalah dengan menggunakan pemanasan air di dalam waterbath dan atau dapat juga dengan menggunakan pemanasan gelombang mikro (microwave).2,23
2.2.1 Komposisi
Resin akrilik polimerisasi panas tersedia dalam bentuk bubuk dan cairan. Komponen yang terkandung dalam bubuk dan cairan resin akrilik polimerisasi panas adalah:21,22,24
a. Bubuk
Polimer: partikel- partikel berbentuk beads berisi polimetilmetakrilat Inisiator: benzoil peroksida 0,5% - 1,5%
Pigmen: garam kadmium atau pigmen organik
b. Cairan
Monomer: metilmetakrilat
Inhibitor: Hidrokuinon 0,003 – 0,1%
Cross- linking agent: glikol dimetakrilat
2.2.2 Manipulasi
Resin akrilik polimerisasi panas diproses dalam sebuah kuvet dengan menggunakan teknik compression molding. Hal- hal yang harus diperhatikan saat melakukan manipulasi resin akrilik polimerisasi panas antara lain:
a. Perbandingan polimer dan monomer
Pencampuran bubuk dan cairan menggunakan perbandingan volume 3:1 atau perbandingan berat 2:1.2
b. Pencampuran
Pada saat pencampuran, bubuk ditambahkan ke dalam cairan secara perlahan sampai seluruh bubuk terbasahi oleh cairan. Setelah bubuk dan cairan dicampurkan hingga homogen, terdapat beberapa tahapan yang terjadi, yaitu: 2,21
1. Wet sand stage/ sandy stage: polimer secara bertahap bercampur dengan monomer seperti pasir basah.
2. Sticky stage: pada tahap ini monomer sudah berpenetrasi dengan polimer. Monomer melarutkan polimer dan membentuk massa yang lengket dan berserabut ketika ditarik.
3. Dough stage: massa berbentuk seperti adonan dan halus. Massa bersifat homogen dan tidak melekat pada dinding wadah. Pada tahap ini massa dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam mold.
4. Rubbery stage: tidak terdapat monomer lagi, baik oleh karena penguapan ataupun oleh penetrasi yang lebih lanjut dari polimer. Massa menjadi lebih kohesif dan rubber-like. Pada tahap ini, massa tidak plastis lagi dan tidak dapat dimasukkan ke dalam mould.
c. Pengisian
Setelah adonan mencapai dough stage, adonan dimasukkan ke dalam mold. Kemudian, pres hidrolik dilakukan sebanyak dua kali agar mold terisi dengan padat. Pada pres pertama, tekanan yang diberikan sebesar 1000 psi, resin yang berlebih dibuang. Setelah itu, pres kedua diberikan tekanan 2200 psi, kemudian kuvet dikunci. Selanjutnya, kuvet dibiarkan pada suhu kamar selama 30-60 menit.23
d. Kuring
Kuvet dipanaskan menggunakan waterbath pada suhu 70oC selama 90 menit dan dilanjutkan dengan suhu 100oC selama 30 menit.25
2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan resin akrilik polimerisasi panas adalah sebagai berikut: 1. Estetis baik
2. Mudah digunakan dan diperbaiki 3. Mudah dipoles
4. Harga relatif murah
5. Stabil dalam lingkungan rongga mulut 6. Tidak larut dalam cairan rongga mulut 7. Perubahan dimensi kecil
8. Menggunakan peralatan sederhana3,21,26
Kekurangan resin akrilik polimerisasi panas adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan transversal (fleksural) yang rendah
2. Kekuatan impak (resistensi terhadap benturan) yang rendah dibandingkan dengan logam
3. Konduktivitas termal yang rendah
4. Monomer bebas dapat lepas dari gigitiruan dan mengiritasi jaringan mulut 5. Tidak tahan abrasi
7. Working time yang lama apabila dibandingkan dengan resin akrilik polimerisasi sinar dan resin akrilik swapolimerisasi.3,21,26,27
2.2.4 Sifat Resin Akrilik Polimerisasi Panas 2.2.4.1 Sifat Fisis
Sifat fisis resin akrilik polimerisasi panas adalah stabilitas dimensi, konduktivitas termal, koefisien termal ekspansi, densitas, dan stabilitas warna. Stabilitas dimensi adalah kemampuan suatu benda untuk mempertahankan bentuknya, baik saat pemrosesan maupun setelah pemrosesan. Penyusutan yang terjadi pada resin akrilik polimerisasi panas adalah 0,43%. Konduktivitas termal diperlukan pada bahan basis gigitiruan agar dapat menahan reaksi stimulus panas dan dingin yang berasal dari makanan dan minuman. Koefisien termal ekspansi adalah jumlah energi yang diserap oleh suatu benda ketika dipanaskan. Besarnya koefisien termal resin akrilik polimerisasi panas adalah 80 ppm/oC. Besarnya densitas resin akrilik polimerisasi panas adalah 1,16-1,18 g/cm. Stabilitas warna dapat ditentukan dengan pengukuran colour stability test. Resin akrilik polimerisasi panas disinari dengan sinar ultraviolet selama 24 jam. Hasil yang diperoleh hanya boleh menunjukkan sedikit perubahan warna dibandingkan dengan resin akrilik yang belum dilakukan penyinaran.2,3,19-21
2.2.4.2 Sifat Kemis
Sifat kemis adalah sifat suatu bahan yang untuk mengukurnya diperlukan perubahan kimiawi dari bahan tersebut. Bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas harus stabil secara kimia, artinya, tidak boleh larut dalam cairan, terutama cairan rongga mulut. Selain itu, bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas tidak boleh mengalami erosi. Beberapa sifat kemis resin akrilik polimerisasi panas yaitu penyerapan air dan kelarutannya. Besar penyerapan air resin akrilik polimerisasi panas adalah 0,6 mg/cm2. Spesifikasi ADA No. 12 menyatakan bahwa kelarutan bahan basis resin akrilik tidak boleh melebihi 0,04 mg/cm2.2,3,19,24
2.2.4.3 Sifat Biologis
Sifat biologis adalah sifat suatu bahan yang tampak secara biologis. Bahan basis gigitiruan harus biokompatibel, artinya tidak bersifat toksik, tidak bersifat iritan, tidak karsinogenik, dan tidak berpotensi menimbulkan alergi. Resin akrilik polimerisasi panas merupakan bahan yang biokompatibel, tetapi monomer sisa yang berlebihan dapat menyebabkan reaksi alergi. Besarnya monomer sisa pada resin akrilik polimerisasi panas sebesar 1-3% ketika dilakukan proses kuring dalam waktu kurang dari 1 jam dalam air mendidih. Jumlah monomer sisa akan berkurang hingga 0,4% atau bahkan lebih sedikit apabila dilakukan proses kuring pada suhu 70oC dan dipanaskan dengan air mendidih selama 3 jam.3,19,24
2.2.4.4 Sifat Mekanis
Sifat mekanis adalah respon terukur, baik elastis (reversible/ dapat kembali ke bentuk semula bila tekanan dilepaskan) maupun plastis (irreversible/ tidak dapat kembali ke bentuk semula) dari bahan bila terkena gaya atau distribusi tekanan. Beberapa sifat mekanis yang dimiliki oleh resin akrilik polimerisasi panas adalah kekuatan impak dan kekuatan transversal. Resin akrilik polimerisasi panas dengan sifat mekanis yang rendah akan mengakibatkan retak dan patah.2,19
Permukaan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas dapat terjadi retak karena adanya daya tarik yang menyebabkan terpisahnya rantai molekul- molekul polimer. Terkadang muncul retakan berbentuk garis yang kecil pada permukaan basis gigitiruan resin akrilik. Kekuatan tarik merupakan kekuatan yang paling sering berperan dalam pembentukan retakan pada basis gigitiruan resin akrilik. Kekuatan ini jugalah yang menyebabkan terpisahnya rantai- rantai molekul secara mekanik pada resin akrilik.2,19
Basis gigitiruan resin akrilik dapat mengalami patah yang disebabkan benturan (impak) yang terjadi secara tiba- tiba, misalnya bila basis gigitiruan jatuh atau terbentur ke permukaan yang keras, atau patah yang terjadi akibat kekuatan transversal yang melebihi ambang resin akrilik selama proses pengunyahan.2,19
2.2.5 Kekuatan Impak
Kekuatan impak adalah ukuran energi yang diterima pada sebuah benda ketika benda tersebut patah akibat suatu benturan yang terjadi secara tiba- tiba. Kekuatan impak yang diperlukan bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas berdasarkan standar ISO 1567:1999 adalah 2 x 10-3 J/mm2.19 Alat uji yang digunakan untuk mengukur kekuatan impak bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas adalah Izod dan Charpy. Teknik untuk mengukur kekuatan impak pada kedua alat ini berbeda. Pada alat uji Izod, sampel dijepit vertikal pada salah satu ujungnya. Sedangkan pada alat uji Charpy, kedua ujung sampel dijepit dan diletakkan secara horizontal.2,3,21
Sampel dengan ukuran tertentu yang akan diukur kekuatan impaknya diletakkan pada alat penguji kekuatan impak dengan lengan pemukul yang dapat diayun dengan pendulum di ujungnya. Pemukul tersebut kemudian diayunkan ke arah sampel dan membentur sampel hingga patah. Hasil pengurangan amplitudo ayunan pemukul tersebut diukur dan energi yang dibutuhkan untuk mematahkan sampel tersebut dapat diukur. 2,3,21
Rumus kekuatan impak yaitu:
Kekuatan Impak =
Keterangan: E = Energi (Joule)
b = Lebar batang uji (mm) d = Tebal batang uji (mm)
2.2.6 Kekuatan Transversal
Kekuatan transversal atau fleksural adalah beban yang diberikan pada sebuah benda berbentuk batang yang bertumpu pada kedua ujungnya dan beban tersebut diberikan ditengah-tengahnya, selama batang ditekan maka beban akan meningkat
secara beraturan dan berhenti ketika batang uji patah. Hasil yang diperoleh akan dimasukkan dalam rumus kekuatan transversal.3,4,12 Kekuatan transversal merupakan salah satu parameter fisik untuk mengetahui gambaran tentang ketahanan gigitiruan dalam menerima beban saat terjadi pengunyahan.14 Kekuatan transversal diukur menggunakan Torsee’s Electronic System Universal Testing Machine. Pengukuran kekuatan transversal dilakukan dengan memberi nomor pada kedua ujung sampel, kemudian sampel diletakkan sedemikian rupa sehingga alat akan menekan sampel hingga patah. Kekuatan transversal yang diperlukan bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas berdasarkan ISO 1567: 1999 adalah 662 kg/cm2.19
Rumus kekuatan transversal yaitu:
3 PL S = 2WT2 Keterangan: S = Kekuatan transversal (kg/cm2) P = Jarak pendukung (cm) L = Beban (kg)
W= Lebar batang uji (cm) T = Tebal batang uji (cm)
2.3 Bahan Penguat
Resin akrilik polimerisasi panas merupakan bahan yang paling sering digunakan dalam pembuatan basis gigitiruan karena memiliki banyak kelebihan. Namun, resin akrilik polimerisasi panas juga memiliki kekurangan yaitu mudah patah. Hal ini berkaitan dengan kekuatan impak dan kekuatan transversal yang rendah. Beberapa pendekatan untuk meningkatkan kekuatan impak dan transversal resin akrilik polimerisasi panas adalah dengan menambahkan bahan penguat. Bahan penguat yang dapat digunakan dapat berupa bahan kimia, serat, dan logam.11,13,21,28
2.3.1 Kimia
Pendekatan pertama yang dilakukan untuk meningkatkan kekuatan pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas adalah dengan menambahkan cross-
linking agent berupa polietilen-glikol-dimetakrilat ke dalam monomernya.
Penambahan agen cross-linking ini dapat menambah elastisitas serta meningkatkan sifat mekanis dari resin akrilik polimerisasi panas dengan cara meningkatkan ikatan kovalen antar monomer sehingga secara mikroskopik akan berpengaruh pada kekuatan resin akrilik polimerisasi panas pada saat dicampur ke dalam polimer. Namun, modifikasi kimia pada resin akrilik polimerisasi panas jarang digunakan karena jika dipakai dalam jangka waktu yang lama akan menyebabkan fatigue akibat elastisitas yang berlebihan. Selain itu, harga resin akrilik polimerisasi panas yang dimodifikasi kimia ini lebih mahal dibandingkan dengan resin akrilik polimerisasi panas konvensional. Modifikasi bahan kimia lain yang dapat digunakan sebagai penguat adalah rubber particles dan filler kimia berupa butadiene styrene rubber yang bertindak sebagai shock absorber untuk menahan stress sehingga dapat meningkatkan kekuatan impak resin akrilik polimerisasi panas.8,11,13,21
2.3.2 Logam
Peningkatan kekuatan impak dan transversal juga dapat dicapai dengan penambahan logam pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas. Bentuk logam yang dapat ditambah ke dalam resin akrilik polimerisasi panas adalah bentuk kawat, plat, dan anyaman. Bahan penguat logam ini jarang digunakan karena memiliki beberapa kelemahan, seperti buruknya adhesi antara logam dan resin akrilik, estetik yang buruk, mudah terjadi korosi, dan harga yang relatif mahal.8,11
2.3.3 Serat
Pada umumnya, serat yang sering digunakan sebagai penguat pada bahan polimer dapat diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu serat alami dan serat buatan.29
2.3.3.1 Serat Alami
Serat alami dapat berasal dari hewan, tumbuhan, dan mineral. Contoh serat alami yang berasal dari tumbuhan adalah rami. Contoh serat yang berasal dari hewan adalah sutera. Contoh serat yang berasal dari mineral adalah asbestos.29
2.3.3.2 Serat Sintetis
Serat sintetis dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok. Kelompok pertama yaitu serat yang bahan bakunya berasal dari alam namun kemudian mengalami proses polimerisasi lanjutan. Contohnya adalah asetat. Kelompok kedua yaitu serat yang bahan bakunya dari proses polimerisasi. Contohnya adalah nilon, rayon, polietilen, dan polipropilen. Kelompok ketiga yaitu serat yang berbahan dasar anorganik. Contohnya adalah serat karbon dan serat kaca.29,30
2.4 Serat Kaca 2.4.1 Pengertian
Serat kaca merupakan material yang terbuat dari serabut- serabut yang sangat halus dari kaca. Serat kaca adalah serat yang dapat ditambahkan ke dalam resin akrilik untuk menambah sifat fisis dan mekanis resin akrilik. Bahan ini sering digunakan karena tahan terhadap bahan kimia , kekuatan dan fleksibilitas yang baik, ringan, dan mudah dimanipulasi.8,15
2.4.2 Kompisisi
Serat kaca mengandung komposisi sebagai berikut:9 1. SiO2 = 53-55% 2. Al2O3 = 14-16% 3. CaO = 20-24% 4. B2O3 = 6-9% 5. K2O = 0,2% 6. MgO = 3,3% 7. Na2O = 0,3%
Komposisi utama serat kaca adalah silikon dioksida (SiO2) yang memiliki sifat kaku sehingga dapat berfungsi sebagai penguat dan digolongkan ke dalam serat penguat yang dominan karena memiliki sifat mekanis yang baik, tahan terhadap bahan kimia dan memiliki titik leleh yang tinggi.5,10
2.4.3 Manipulasi
Prasad H, dkk (2011) dalam penelitiannya menggunakan monomer sebagai bahan preimpregnasi serat kaca yang ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas menunjukkan adanya peningkatan kekuatan impak pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas.31 Tetapi, penggunaan monomer yang hanya berfungsi untuk membasahi serat kaca belum dapat meningkatkan kekuatan mekanis resin akrilik polimerisasi panas secara maksimal. Serat kaca memiliki sifat hidrofobik dan sangat sulit menyerap cairan serta memiliki energi permukaan yang rendah. Hal- hal inilah yang menyebabkan serat kaca sulit menyerap monomer sehingga ketika serat kaca ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas, tidak terjadi adhesi yang baik antara permukaan serat kaca dengan matriks polimer. Untuk meningkatkan adhesinya, dapat ditambahkan silane coupling agent pada serat kaca. Silane coupling
agent yang umum digunakan pada serat kaca adalah methacryloxypropyl-trimethoxysilane. Silane coupling agent dapat meningkatkan energi permukaan pada
serat kaca dengan cara berperan sebagai gugus karbon perantara untuk mengikat permukaan serat kaca dengan matriks polimer sehingga adhesi yang terbentuk antara permukaan serat kaca dengan serat matriks polimer menjadi lebih kuat dan pada akhirnya dapat meningkatkan kekuatan impak dan transversal pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas secara maksimal.31,32
2.4.4 Bentuk Serat Kaca
Serat kaca mempunyai bentuk diantaranya adalah bentuk batang, anyaman, dan potongan kecil.8
2.4.4.1 Batang
Serat kaca berbentuk batang terbuat dari serat kaca continuous unidirectional yang terdiri atas 1.000-200.000 serabut serat kaca yang diameternya adalah 3-25 µm.33 Serat kaca berbentuk batang dapat ditambahkan kedalam resin akrilik polimerisasi panas sebagai penguat karena posisi serat yang perpendikular dan menyebar sepanjang basis gigitiruan sehingga dapat meningkatkan kekuatan basis gigitiruan. Penelitian yang dilakukan oleh Rahamneh A. dkk, (2009) pada resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat kaca bentuk batang menunjukkan peningkatan kekuatan impak yang lebih besar dibandingkan serat kaca bentuk anyaman.34 Vojvodic D. dkk (2009) pada penelitiannya menyatakan adanya peningkatan kekuatan transversal pada resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat kaca bentuk batang.35 Penggunaan serat berbentuk batang sebagai penguat mempunyai kerugian yaitu ikatan adhesi antara serat kaca terhadap bahan basis gigitiruan tidak kuat karena terlihat adanya celah antara serat kaca dengan resin akrilik yang dibuktikan secara mikroskopik.36
2.4.4.2 Anyaman
Serat kaca bentuk anyaman dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas. Peningkatan kekuatan bahan basis yang diperkuat serat kaca bentuk anyaman bukan disebabkan oleh kekuatan dari serat kaca itu sendiri saja, tetapi berasal dari besarnya kuantitas dan diameter dari bentuk anyamannya. Kim S.H. dkk (2004) dalam penelitiannya menyatakan adanya peningkatan kekuatan impak pada resin akrilik yang ditambah dengan serat kaca bentuk anyaman dibandingkan dengan kelompok kontrol.37 Vojdani M. dkk (2006) menyatakan adanya peningkatan kekuatan transversal pada resin akrilik polimerisasi panas yang ditambahkan dengan serat kaca bentuk anyaman dibandingkan dengan kelompok kontrol.11 Serat kaca bentuk anyaman memiliki kekurangan yaitu penempatan ke dalam mold sulit dan kemampuan pembasahan oleh monomer resin akrilik yang buruk serta serat ini dapat keluar dari permukaan basis gigitiruan resin akrilik dan menyebabkan iritasi pada jaringan mukosa oral.38
2.4.4.3 Potongan Kecil
Penggunaan serat kaca potongan kecil telah banyak dilakukan dalam beberapa penelitian. Serat kaca bentuk potongan kecil lebih mudah dimanipulasi dan dicampur ke dalam adonan resin akrilik polimerisasi panas dibandingkan dengan bentuk batang dan anyaman. Selain itu, serat kaca memiliki ikatan adhesi yang baik dengan matriks polimer. Hal ini dikarenakan serat kaca bentuk potongan kecil lebih mudah menyerap monomer resin akrilik polimerisasi panas. Serat kaca potongan kecil juga dapat
tersebar secara merata dalam bahan basis gigitiruan.5 Berdasarkan penelitian- penelitian sebelumnya, ukuran serat kaca potongan kecil yang ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas sebagai penguat adalah 2 mm, 3 mm, 4 mm, 6 mm, dan 8 mm.8,15
Sitorus Z dan Dahar E (2012) dalam penelitiannya yang menggunakan resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat kaca potongan kecil ukuran 4 mm, 6 mm, dan 8 mm menyatakan bahwa terjadi peningkatan kekuatan impak yang signifikan apabila dibandingkan dengan kelompok resin akrilik polimerisasi panas yang tidak ditambahkan serat kaca. Kekuatan impak terbesar didapat pada serat kaca potongan kecil ukuran 8 mm, tetapi, pada penelitian tersebut, kelompok dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm menunjukkan kekuatan fisik yang paling optimal apabila dibandingkan dengan kelompok lainnya.8 Penelitian yang dilakukan oleh Tacir I. dkk (2006) menyatakan terjadi peningkatan kekuatan transversal pada resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat kaca potongan kecil ukuran 5 mm.39
Gambar 3. Serat kaca bentuk potongan kecil
2.4.5 Mekanisme Peningkatan Kekuatan Impak dan Transversal dengan Penambahan Serat Kaca
Kunci utama peningkatan sifat mekanis bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas adalah ketika beban yang diterima basis gigitiruan resin akrilik polimerisas panas berhasil disalurkan kepada serat kaca. Beban dapat disalurkan dengan baik dengan adanya adhesi yang baik pula antara permukaan serat kaca dengan matriks polimer bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas. Dengan berhasilnya beban disalurkan, akan terjadi peningkatan kekuatan impak dan transversal sehingga basis gigitiruan tidak mudah patah.5,9,10
Serat kaca memiliki beberapa komposisi yang mempengaruhi kekuatan mekanisnya. Silikon dioksida (Si2O3) merupakan komposisi tertinggi pada serat kaca dan memiliki kekuatan yang tinggi. Kekuatan yang tinggi pada silikon dioksida dikarenakan senyawa ini terbentuk melalui ikatan kovalen yang kuat dan memiliki struktur kimia yang isotropik. Si2O3 dalam serat kaca inilah yang menjadikan serat kaca menjadi kuat dan mampu menerima beban yang disalurkan bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas. Selain Si2O3, komposisi lain serat kaca adalah boron trioksida (B2O3) yang dapat menurunkan sifat CaO yang tidak tahan terhadap air dan asam. Ketika CaO berkontak dengan air, ion O- pada CaO digantikan oleh ion H+ atau OH- pada air. Jika hal ini terjadi, ikatan kovalen pada serat kaca akan melemah dan dapat menurunkan kekuatan serat kaca. Ketika konsentrasi CaO menurun, konsentrasi B2O3 akan meningkat sehingga menghasilkan stabilitas hidrolitik pada permukaan serat kaca sehingga tidak akan terjadi lagi penggantian ion O- dari CaO. Pada akhirnya, boron trioksida menyebabkan serat kaca sangat sedikit menyerap air dan secara tidak langsung juga mengurangi penyerapan air oleh basis gigitiruan resin resin akrilik polimerisasi panas sehingga kekuatan impak dan transversal dapat meningkat.5,9,10
2.5 Serat Polipropilen 2.5.1 Pengertian
Serat polipropilen adalah bahan termoplastik, merupakan polimer hidrokarbon yang berstruktur linear. Serat polipropilen pertama kali disintesa oleh G. Natta pada tahun 1954. Serat polipropilen banyak digunakan sebagai katup jantung buatan.18 Serat polipropilen juga dapat ditambahkan ke dalam bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas sebagai bahan penguat. Serat polipropilen memiliki beberapa kelebihan diantaranya memiliki gaya intramolekul yang kuat, kekuatan mekanis yang tinggi, titik lebur yang tinggi, tahan terhadap bahan kimia, tahan abrasi, elastis, tidak rapuh, estetis, dan penyerapan air yang rendah.6,17,40,41 Penyerapan air serat polipropilen adalah 0,3% setelah direndam dalam air selama 24 jam, sedangkan jumlah air yang diserap pada keadaan udara yang lembab adalah hampir nol.41 Serat polipropilen merupakan serat yang paling ringan di antara semua jenis serat. Gaya berat serat polipropilen adalah 0.90 – 0.91 gm/cm3. Serat polipropilen mempunyai permukaan yang lebih lembut dan lebih halus.6,17,40,41
2.5.2 Komposisi
Serat polipropilen merupakan bahan termoplastik golongan poliolefin dengan rumus kimia C3H6.42 Serat polipropilen terbuat dari gas propene yang diperoleh dari penggabungan gas oil, minyak nafta, ethana, dan propana. Dalam proses polimerisasinya, serat polipropilen dapat ditambahkan dua macam katalis untuk menambah kekuatannya, yaitu katalis Zieggler- Natta yang didapat dari interaksi titanium klorida dan golongan aluminium alkil seperti trietil aluminium dan katalis
metallocenes yang berasal dari zirconium.17
2.5.3 Manipulasi
Mowade, dkk (2012) dalam penelitiannya menggunakan monomer sebagai bahan preimpregnasi serat polipropilen yang ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas menunjukkan adanya peningkatan kekuatan impak pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas. Tetapi, penggunaan monomer yang hanya berfungsi untuk membasahi serat polipropilen belum dapat meningkatkan kekuatan mekanis resin akrilik polimerisasi panas secara maksimal. Serat polipropilen memiliki sifat hidrofobik dan sangat sulit menyerap cairan serta memiliki energi permukaan yang rendah. Selain itu, serat polipropilen memiliki ikatan intramolekul yang kuat. Hal- hal inilah yang menyebabkan serat polipropilen sulit menyerap monomer sehingga ketika serat polipropilen ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas, tidak terjadi adhesi yang baik antara permukaan serat kaca dengan matriks polimer. Untuk meningkatkan adhesinya, dapat ditambahkan plasma pada serat polipropilen. Plasma yang digunakan pada serat polipropilen merupakan gas terionisasi yang mengadung ion dan elektron. Plasma yang umum digunakan pada serat polipropilen adalah oksigen, argon, dan helium. Plasma dapat meningkatkan energi permukaan pada serat polipropilen dengan cara mengaktifkan gugus- gugus kimia pada permukaan serat, dengan demikian permukaan serat menjadi polar dan lebih kompatibel dengan material lain yang akan beradhesi dengannya. Plasma menjadikan adhesi yang terbentuk antara permukaan serat polipropilen dengan serat matriks polimer lebih kuat dan pada akhirnya dapat meningkatkan kekuatan impak dan transversal pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas secara maksimal.5
2.5.4 Bentuk Potongan Kecil
Serat polipropilen bentuk potongan kecil dapat ditambahkan ke dalam resin akrilik polimerisasi panas sebagai bahan penguat. Mowade, dkk (2012) dalam penelitiannya menemukan adanya peningkatan kekuatan impak yang signifikan pada kelompok resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat polipropilen bentuk potongan kecil ukuran 6 mm dengan konsentrasi 2%.5 Penelitian yang dilakukan
Kumar S. (2005) terhadap resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat polipropilen potongan kecil ukuran 6 mm dengan konsentrasi 1% dan 2%. Penurunan kekuatan transversal terjadi pada konsentrasi 2%, sedangkan pada konsentrasi 1% tidak ditemukan peningkatan kekuatan transversal yang signifikan.6
Gambar 5. Serat polipropilen bentuk potongan kecil
2.5.5 Mekanisme Peningkatan Kekuatan Impak dan Transversal dengan Penambahan Serat Polipropilen
Mekanisme peningkatan sifat mekanis bahan basis gigitiriruan resin akrilik polimerisasi panas yang ditambah serat polipropilen sama dengan yang terjadi pada serat kaca. Dengan adanya adhesi yang baik antara permukaan serat polipropilen dengan matriks polimer bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas, beban yang diterima bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas akan disalurkan ke serat polipropilen dan kemudian beban akan diterima oleh serat sehingga akan meningkatkan kekuatan impak dan transversal bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas dan pada akhirnya basis gigitiruan tidak mudah patah. Sifat mekanis yang tinggi pada serat polipropilen diakibatkan karena struktur rantai kimianya yang lurus dan panjang serta gaya intramolekulnya yang sangat kuat. Selain itu, kekuatan yang tinggi pada serat polipropilen dipengaruhi oleh derajat kristalisasinya. Serat polipropilen memiliki derajat kristalisasi sekitar 50-65%.
Semakin tinggi derajat kristalisasi serat polipropilen, maka semakin tinggi kekuatan mekanisnya. Sifat- sifat yang telah disebutkan di atas menjadi alasan mengapa serat polipropilen dapat digunakan sebagai penguat pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas.17
2.6 Kerangka Teori
Bahan Basis Gigitiruan
Non Logam Logam
Termoplastik Termoset
Silikon Resin Akrilik
Definisi Jenis
RA Polimerisasi Sinar RA Swapolimerisasi RA Polimerisasi Panas
Komposisi Manipulasi Kelebihan Kekurangan Sifat
Mekanis Fisis Kemis
Kekuatan Impak Kekuatan transversal
Patah
Bahan Penguat
Kimia Serat Logam
Sintetis Alami
Kaca Polipropilen
Definisi Bentuk Komposisi
Batang Anyaman
Definisi Bentuk Komposisi
Potongan kecil
Potongan kecil
Apakah ada pengaruh penambahan serat kaca dan serat polipropilen terhadap kekuatan impak dan transversal pada bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas?
Bahan baku alam Bahan baku dari
proses polimerisasi Bahan baku
anorganik
Asetat Biologis
2.7 Kerangka Konsep
Resin akrilik polimerisasi panas
Sifat mekanis rendah
Sifat mekanis meningkat Kekuatan impak dan transversal meningkat
Serat penguat Serat kaca 0,7% 6 mm
Silikon dioksida Boron trioksida
Serat polipropilen 0,7% 6 mm Gaya intramolekul sangat kuat dan derajat
kristalisasi tinggi Ikatan kovalen kuat dan
struktur kimia isotriopik Kekuatan yang tinggi
pada serat kaca
Transfer beban dari bahan basis gigitiruan kepada serat kaca
Penurunan konsentrasi CaO
Penyerapan air pada bahan basis gigitiruan berkurang Peningkatan stabilitas hidrolitik
dari permukaan serat kaca
Kekuatan yang tinggi pada serat polipropilen
Adhesi antara serat polipropilen dengan matrik polimer
Transfer beban dari bahan basis gigitiruan ke serat polipropilen Adhesi antara serat kaca
2.8 Hipotesis Penelitian
1. Ada pengaruh penambahan serat kaca terhadap kekuatan impak dan transversal bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas
2. Ada pengaruh penambahan serat polipropilen terhadap kekuatan impak dan transversal bahan basis gigitiruan resin akrilik polimerisasi panas
