karakterisasi biokomposit sheep hydroxyapatite (sha)/shellac/tepung terigu · 2020. 1. 27. ·...

of 13 /13
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

Author: others

Post on 23-Nov-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

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)

    mailto:[email protected]

  • 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)

    mailto:[email protected]

  • 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