karakterisasi biokomposit sheep hydroxyapatite (sha)/shellac/tepung terigu · 2020. 1. 27. ·...
TRANSCRIPT
KARAKTERISASI BIOKOMPOSIT SHEEP
HYDROXYAPATITE (SHA)/SHELLAC/TEPUNG TERIGU
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
ISMI MAHFUDY
I1414026
PROGAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
ii
MOTTO
“Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan
Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan
Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan)
tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain)
Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap”
(QS.Al-Insyirah, 6-8)
iii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan piji syukur kehadiran Allah
SWT , penulis mempersembahkan tulisan ini kepada:
1. Allah SWT sang pencipta alam semesta dan seisinya terima kasih telah
membantu dalam proses pengerjaan skripsi.
2. Kedua orang tuaku, adik, dan seluruh keluarga besar yang telah
mendampingi dan selalu memberi dukungan dalam perjalanan menempuh
skripsi.
3. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T. dan Bapak Teguh Triyono, S.T.,
M.Eng.
4. Teman-teman kontrakan Rangers, Prawira Eka Setiawn, Akhlan Nurzenky,
Raasyid Alfiansya, Adit, Rizha Yushak
5. Teman-teman mahasisawa Teknik Mesin Non Reguler 2014.
6. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Teknik Mesin UNS.
7. Semua pembaca skripsi ini
iv
KARAKTERISASI BIOKOMPOSIT SHEEP HYDROXYAPATITE
(SHA)/SHELLAC/TEPUNG TERIGU
Ismi Mahfudy
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email : [email protected]
Abstrak
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi semakin mendorong
lahirnya berbagai inovasi baru dalam bidang kedokteran khususnya ortopedic,
dengan tujuan untuk mencari alternatif bahan yang baik, terjangkau dan dapat
menggantikan struktur jaringan tulang yang rusak. Salah satu inovasi yang
dilakukan adalah penelitian tentang karakterisasi biokomposit sheep
hydroxyapatite. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanik dari
material Sheep Hydroxyapatite (SHA)/shellac/tepung terigu, dimana tulang
kambing dijadikan sebagai bahan utama SHA. Serbuk tulang kambing yang sudah
didapat dari proses crusher kemudian di mesh sampai ukuran 100 dan direndam
dengan shellac selama 24 jam, setelah itu dicampur dengan tepung terigu dengan
rasio 30 : 70 %wt, 40 : 60 %wt, 50 :50 %wt, 60 : 40 %wt, 70 : 30 %wt. Selanjutnya
dilakukan proses pembentukan dan kalsinasi pada suhu 900oC dengan kenaikan
10oC/menit. Hasil X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan puncak difraksi
SHA/shellac/tepung terigu dengan nilai2θ: 32.0747º, 33.1943º, 32.5338º. nilai
kekerasan SHA/shellac/tepung terendah adalah 2.86 VHN dan nilai kekerasan
tertinggi adalah 14.80 VHN, serta nilai kuat tekan SHA/shellac/tepung terendah
adalah 0.04 MPa dan nilai kuat tekan tertinggi adalah 0.20 MPa. Hasil penelitian
dengan menggunakan SEM menunjukkan bahwa porus pada sampel
SHA/shellac/tepung 50:50 % wt lebih banyak dibandingkan dengan sampel yang
lain.
kata kunci : sheep hydroxyapatite, XRD, SEM, Hardness Number (VHN)
v
CHARACTERIZATION OF SHEEP HYDROXYAPATITE
(SHA)/SHELLAC/WHEAT FLOUR BIOCOMPOSITE
Ismi Mahfudy
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email : [email protected]
Abstract
The development of science and technology has led to new inovations in the
medical field, especially ortopedic. The aim of those inovations is to find the
alternatives of good materials that can replace the broken sturcture of bone tissue.
One of the innovations conducted is the characterization of sheep hydroxyapatite
biocomposite. This study aims to investigate the mechanical properties of the
material Sheep Hydroxyapatite (SHA) / shellac / wheat fluor. Sheep bone powder
already gained from the crusher process and meshing into size of 100 and are
soaked for 24 hours, then mixed with wheat flour with the ratio 30 : 70 %wt, 40 :
60 %wt, 50 : 50 %wt, 60 : 40 %wt, 70 : 30 %wt. The next step is the forming process
and calcination at a temperature of 900oC with a increase of 10 °C/min. Results of
X-Ray Diffraction (XRD) shows that the diffraction peak of SHA/shellac/wheat
flour is the value of 2θ: 32.0747º, 33.1943º, 32.5338º. The lowest hardness number
of SHA/shellac/wheat flour is 2.86 VHN and the highest is 14.80 VHN, also the
highest strong pressure number is 0.20 MPa. The result of microscophy at
observation using SEM shows Thar the SHA/shellac/wheat flour 50:50 % wt
sample has more porosity as.
Keywords : sheep hydroxyapatite, XRD, SEM, Hardness Number (VHN)
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat karunianya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan judul
Karakterisasi material biokomposit sheep hydroxyapatite
(SHA)/Shellac/tepung terigu. Skripsi ini disusun untuk melengkapi salah satu
mata kuliah dan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam menyusun skripsi ini penulis banyak memperoleh bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada:
1. Allah SWT, karena dengan rahmat serta hidayah-Nya saya dapat
melaksanakan skripsi dengan baik dan lancar.
2. Ayah dan Ibu yang telah memberikan doa dan dorongan serta motivasi baik
moral maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
3. Kakak (Achmad Guntur) dan adik (Nurul Aziza) yang selalu memberi
semangat.
4. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku kepala program studi
Teknik Mesin
5. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang
senantiasa memberikan nasehat, arahan, dan bimbingan dalam
menyelesaikan skripsi ini.
6. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II yang turut
serta memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini.
7. Bapak serta Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta yang turut serta mendidik penulis hingga
menyelesaikan studi S1.
8. Asfitsani Rizkan Bantam, Andin, Dilles dan Ella yang selalu membantu
dan selalu memberi dukungan.
9. Teman satu kontrakan Prawira Eka Setiawan, Akhlan Nurzengky, Raasyid
Alfiansya, Adit, Rizha Yushak yang selalu memberi dukungan.
10. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin (Transfer) 2014 yang telah banyak
membantu dan memberi dorongan moril, fasilitas serta motifasi sehingga
terselesainya penulisan skripsi ini.
11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang
telahmembantu selama penyusunan skripsi ini.
vii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi masih terdapat
kekurangan. Kritik dan saran dari berbagai pihak akademis maupun umum selalu
penulis harapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga skipsi ini dapat berguna dan bermanfaat
bagi kita semua dan bagi penulis pada khusunya.
Surakarta, Mei 2017
Penulis
viii
DAFTAR ISI
MOTTO ........................................................................................................... ii
HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... iii
Abstract ............................................................................................................ iv
Abstrak ............................................................................................................. v
KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv
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 ................................................................. 4
1.6. Sistematika Penulisan ............................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................... 5
2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................... 5
2.2. Dasar Teori ............................................................................. 6
2.2.1. Hidroksiapatit ........................................................... 6
2.2.2. Sifat Mekanik ........................................................... 8
2.2.3. Biokompabilitas ....................................................... 9
2.2.4. Fabrikasi ................................................................... 10
2.2.5. Biomaterial ............................................................... 10
2.2.6. Biokeramik ............................................................... 11
2.2.7. Tulang Kambing ...................................................... 12
2.2.8. Shellac ...................................................................... 13
2.2.9. Tepung Terigu .......................................................... 14
2.2.10. Pengamatan Scanning Electron Microschopy
(SEM) ...................................................................... 15
2.2.11. Pengamatan X-Ray Diffraction (XRD) .................... 15
2.2.12. Uji Kekerasan Vickers (VHN) ................................. 17
2.2.13. Uji Kuat Tekan (Diametral Tensile Strength) ......... 17
2.3. Hipotesis ................................................................................. 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 19
3.1. Tempat Penelitian................................................................... 19
3.2. Alat dan Bahan ....................................................................... 19
ix
3.2.1. Alat ........................................................................... 19
3.2.2. Bahan ....................................................................... 19
3.3. Prosedur Penelitian................................................................. 19
3.3.1. Persiapan .................................................................. 19
3.3.2. Karakterisasi serbuk tulang kambing (sheep bone Power)
menjadi menjadi serbuk (Hydroxyiapatite Power) .. 20
3.3.3. Perendaman SHA dengan Shellac ........................... 21
3.3.4. Proses Homogenisasi ............................................... 21
3.3.5. Proses Kompaksi ...................................................... 22
3.3.6. Cetakan (Dies) ......................................................... 22
3.3.7. Proses Kalsinasi ....................................................... 23
3.4. Variabel Penelitian ................................................................. 23
3.5. Tahap Pengujian ..................................................................... 24
3.6. Tahap Analisa......................................................................... 26
3.7. Perencanaan Penelitian........................................................... 26
3.8. Diagram Alir .......................................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 28
4.1. Pengaruh Suhu Kalsinasi terhadap Serbuk Tulang Kambing. 28
4.2. Hasil Kalsinasi Sheep Hydroxyapatite
(SHA/Shellac/Tepung Terigu) Berbagai variasi Campuran .. 30
4.3. Analisa Fasa Hydroxyapatite dengan XRD (X-Ray Diffraction)
................................................................................................ 33
4.4. Analisa Uji Kekerasan Vickers (Vikkers Hardness Tester) ... 37
4.5. Analisa Uji Kuat Tekan (Diameter Tensile Strengh) ............. 38
4.6. Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) ............ 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 43
5.1. Kesimpulan ............................................................................ 43
5.2. Saran ....................................................................................... 43
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 44
LAMPIRAN .................................................................................................... 47
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat mekanis dari variasi ukuran partikel hidroksiapatit ................ 8
Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran HA dengan tepung .............. 23
Tabel 4.1 Sheep Hydroxyapatite (SHA/Shellac/Tepung Terigu) Pada
Berbagai Variasi Campuran ............................................................ 31
Tabel 4.2 Ukuran sampel uji sheep hydroxyapatite SHA/shellac/Tepung Terigu
berbagai variasi campuran ............................................................... 32
Tabel 4.3 Maksimum pola difraksi sinar X sampel sheep hydroxyapatite (SHA)
dan sheep hydroxyapatite (SHA)/shellac setelah kalsinasi ............. 35
Tabel 4.4 Maksimum pola difraksi sinar X sampel sheep hydroxyapatite
(SHA) dan sheep hydroxyapatite (SHA)/shellac setelah kalsinasi . 35
Tabel 4.5 Maksimum pola difraksi sinar X sampel sheep hydroxyapatite
(SHA/shellac) dan sheep hydroxyapatite (SHA/shellac/Tepung Terigu)
setelah kalsinasi ............................................................................... 36
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Molekul Ca10(PO4)6(OH)2 ......................................... 7
Gambar 2.2 Ilustrasi dari nano komposit kolagen - hidroksiapatit. (A) HAp
selaras bersama dengan fibril kolagen (b) HAp "terjebak" dalam
matriks kolagen. (C) kristal HAp yang menutupi permukaan
fibril kolagen ............................................................................... 7
Gambar 2.3 Radiologi dari HA (kiri) dan Xenograft tulang kambing
(kanan) yang memperlihatkan bahwa xenograft lebih
bioresorbable dibandingkan dengan HA ..................................... 9
Gambar 2.4 Anatomi Kerangka Tulang Kambing .......................................... 13
Gambar 2.5 Bagian Tulang Femur ................................................................. 13
Gambar 2.6 Tepung Terigu ............................................................................. 14
Gambar 2.7 Glutenin dan Gladin .................................................................... 15
Gambar 2.8 Model Difraksi Hukum Bragg .................................................... 16
Gambar 2.9 Pola difraksi sinar X HA komersial ............................................ 17
Gambar 2.10 Ilustrasi pengukuran vickers dan dimensi lekukan ..................... 17
Gambar 2.11 Ilustrasi uji kuat tekan (diametral tensile strength)
menggunakan Universal Testing Machine ................................. 18
Gambar 3.1 Skema pembuatan material serbuk tulang kambing ................... 20
Gambar 3.2 Perendaman SHA dengan shellac ............................................... 21
Gambar 3.3 Magnetic stir ............................................................................... 21
Gambar 3.4 Mesin Press ................................................................................. 22
Gambar 3.5 Cetakan sampel ........................................................................... 22
Gambar 3.6 Dapur pemanas (furnace) ............................................................ 23
Gambar 3.7 XRD (X-Ray Diffraction) ............................................................ 24
Gambar 3.8 Scanning Electron Microschopy ................................................. 24
Gambar 3.9 Mesin Uji Kekerasan HVN ......................................................... 25
Gambar 3.10 Universal Testing Machine ......................................................... 25
Gambar 3.11 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 27
Gambar 4.1 Warna serbuk tulang kambing .................................................... 28
Gambar 4.2 Warna serbuk SHA/Shellac sebelum dan sesudah kalsinasi ...... 29
xii
Gambar 4.3 Warna serbuk SHA/Shellac/Tepung terigu sebelum dan
sesudah kalsinasi .............................................................................................. 30
Gambar 4.4 Pola Difraksi XRD HA ............................................................... 34
Gambar 4.5 Pola Difraksi XRD SHA/Shellac/Tepung Terigu dan Pola
Difraksi XRD SHA/Shellac ........................................................ 34
Gambar 4.6 Nilai kekerasan Microvickers SHA/shellac/tepung terigu
kalsinasi 900oC selama 2 jam ..................................................... 37
Gambar 4.7 Nilai pengujian diameter tensile strength (DTS)
SHA/shellac/tepung terigu .......................................................... 38
Gambar 4.8 Foto Scanning Electron Microschopy (SEM)
SHA/Shellac/Tepung Terigu 50 : 50 .......................................... 40
Gambar 4.9 Foto Scanning Electron Microschopy (SEM)
SHA/Shellac/Tepung Terigu 60 : 40 .......................................... 40
Gambar 4.10 Foto Scanning Electron Microschopy (SEM)
SHA/Shellac/Tepung Terigu 70 : 30 .......................................... 41
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Pola Difraksi XRD SHA/Shellac ................................................ 46
Lampiran 2 Pola Difraksi XRD SHA/Shellac/Tepung Terigu ....................... 51
Lampiran 3 Foto hasil pengujian Micro Vickers ............................................ 56
Lampiran 4 Tabel Pengujian Kekerasan (Hardness) ..................................... 59
Lampiran 5 Perhitungan rata-rata dan Standard deviasi kekerasan
SHA/shellac/tepung terigu .......................................................... 64
Lampiran 6 Tabel Pengujian DTS (Diameter Tensile Strength) .................... 66
Lampiran 7 Perhitungan DTS (Diameter Tensile Strength) ........................... 67
Lampiran 8 Pola Grafik Kuat Tekan SHA/Shellac (KONTROL) ................. 70
Lampiran 9 Pola Grafik Kuat Tekan SHA/Shellac/Tepung Terigu (50:50) .. 73
Lampiran 10 Pola Grafik Kuat Tekan SHA/Shellac/Tepung Terigu (60:40) .. 77
Lampiran 11 Pola Grafik Kuat Tekan SHA/Shellac/Tepung Terigu (70:30) .. 81