“KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI

MATERIAL BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT

(BHA)/AMPAS KOPI/SHELLAC”

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

TAUFIK HIDAYAT

I14142024

PROGAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

ii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan segala kerendahan hati, saya persembahkan tulisan ini untuk:

1. Ayah, Ibu dan Kakak tercinta yang telah memberikan doa restu, dan

dukungannya.

2. Dosen Pembimbing, Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T dan Bapak Abu

Masykur, S.Si., M.Si. yang membimbing dan memantau perkembangan

studi yang selama ini saya lakukan.

3. Staf Dosen dan Karyawan Universitas Sebelas Maret yang tidak bisa saya

sebutkan satu persatu yang telah memberikan ilmunya dan menuntun saya

menjadi sarjana.

4. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra,

Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam

sebuah tim.

5. Teman-teman S1 Non-Reg 2014 yang selama ini menjadi keluarga kedua

saya di Universitas Sebelas Maret.

6. Teman-teman Kos Abednego yang selama ini menemani saya baik dalam

keadaan senang maupun sedih.

7. Teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah

memberikan doa dan dukungannya kepada saya.

iii

KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI MATERIAL

BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT (BHA)/AMPAS

KOPI/SHELLAC

Taufik Hidayat

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

Indonesia

Email: taufik_2904@yahoo.com

Abstrak

Angka kejadian patah tulang di Indonesia cukup tinggi sehingga dibutuhkan

biomaterial dibidang kesehatan yang bersifat ekonomis dan ramah lingkungan.

Limbah tulang sapi dapat dipergunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi

atau mengganti tulang serta pemulihan jaringan gigi. Tujuan dari penelitian ini

adalah untuk mengetahui apakah kandungan dari ampas kopi dan shellac akan

hilang setelah proses sintering dan bagaimana pengaruh ampas kopi terhadap

porositas dan laju degradasi material biokomposit BHA. Penelitian ini

menggunakan metode pemanasan kalsinasi dan sintering. Berdasarkan analisa data

pengujian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa pengamatan SEM EDX

menunjukkan adanya unsur anorganik berupa Ca dan P dengan intensitas tinggi

serta Na, Mg, O dan C dengan intesitas rendah. Pengamatan pola difraksi XRD

menunjukkan nilai 2θ dari sampel sesuai dengan pola difraksi standar HA JCPDS

9-432. Analisa gugus fungsi FTIR menunjukkan tidak adanya titik puncak utama

selain gugus fungsi fosfat (PO43−), karbonat (CO3

2−) dan hidroksil (OH-). Dari ketiga

hasil pengamatan ini menunjukkan bahwa kandungan dari ampas kopi dan shellac

telah menghilang secara sempurna ketika proses sintering dan hanya meninggalkan

kandungan dari BHA dan semakin banyak campuran ampas kopi yang digunakan

maka akan menurunkan nilai densitas serta meningkatkan jumlah porus dan

mempercepat laju degradasi.

Kata Kunci : Biodegradasi, Bovine Hydroxiapatite, FTIR, Porositas, SEM, XRD

iv

CHARACTERIZATION AND BIODEGRADATION PROFILE

BIOCOMPOSITE MATERIAL BOVINE HYDROXYAPATITE

(BHA)/COFFEE GROUNDS/SHELLAC

Taufik Hidayat

Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University Indonesia

Email: taufik_2904@yahoo.com

Abstract

The incidence of fractures in Indonesia is quite high so it needs biomaterials

in the field of health that is economical and environmentally friendly. Bovine bone

waste can be used for grafting, repairing, replenishing or replacing bones and

restoring dental tissue. The purpose of this research is to determine whether the

content of the coffee grounds and shellac will disappear after the sintering process,

and how the effects of coffee grounds on the porosity and degradation rate of BHA

biocomposite materials. This research uses heating method of calcination and

sintering. Based on the analysis of test data conducted, it was concluded that SEM

EDX observation shows the presence of inorganic elements of Ca and P with high

intensity and Na, Mg, O and C with low intensity. Observation of XRD diffraction

pattern shows 2θ values of the sample according to the standard diffraction pattern

of HA JCPDS 9-432. FTIR functional group analysis showed no major peak points

other than phosphate functional groups (𝑃𝑂43−), carbonates (𝐶𝑂3

2−) and hydroxyl

(OH-). From these three observations indicate that the content of coffee and shellac

dregs has disappeared completely when the sintering process and leaving only the

content of BHA and the more mixture of coffee dregs used will decrease the density

value and increase the number of porus and accelerate the degradation rate.

Keywords: Biodegradation, Bovine Hydroxyapatite, FTIR, Porosity, SEM, XRD

v

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke

hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala kemudahan-Nya hingga pada

akhirnya penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul

“Karakterisasi dan profil biodegradasi material biokomposit bovine hidroksiapatit

(BHA)/ampas kopi/shellac)”.

Berbagai pihak telah ikut berperan serta membantu penulis dalam rangka

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan, bimbingan, dan

motivasi. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku pembimbing I Tugas Akhir yang

telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis.

2. Bapak Dr. Abu Masykur, S.Si., M.Si., selaku pembimbing II Tugas Akhir

yang telah membimbing, mengarahkan dan selalu memberikan motifasi

kepada penulis.

3. Bapak, Ibu, dan Kakak yang tidak henti-hentinya memberikan doa, semangat,

dan dukungannya sehingga Tugas Akhir dapat terselesaikan dengan baik.

4. Bapak Dr. Eko Surojo, S.T., M.T., Bapak Nurul Muhayat, S.T., M.T., Bapak

Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan

masukan dan saran kepada penulis.

5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

6. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

7. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, yang telah banyak memberikan ilmu dan pelajaran berharga.

8. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra,

Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam

sebuah tim.

9. Teman-teman S1 Teknik Mesin Transfer Nonreguler angkatan 2014 yang

telah menyediakan waktu untuk menyemangati, membagi ilmu, dan gurauan

mereka ketika penulis memiliki permasalahan.

vi

10. Teman-teman KKN UNS Wakatobi yang telah menyediakan waktu untuk

menyemangati dan membagi ilmu dalam bermasyarakat.

11. Teman-teman kos Jarwo, Rois, Mamet, Bang Pijhon, Wisnu, Nanda yang

telah selalu mengingatkan penulis untuk tidak malas mengerjakan skripsi.

12. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan,

untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun. Penulis

berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis

khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

Surakarta, Juli 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN PERSEMBAHAN....................................................................... ii

ABSTRAK ....................................................................................................... iii

ABSTRACT ....................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ..................................................................................... v

DAFTAR ISI .................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ ix

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 3

1.4 Tujuan ............................................................................................... 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 Tulang Sapi ............................................................................. 6

2.2.2 Hidroksiapatit ......................................................................... 8

2.2.3 Shellac .................................................................................... 9

2.2.4 Kopi ........................................................................................ 10

2.2.5 Kalsinasi ................................................................................. 10

2.2.6 Proses Sintering ...................................................................... 11

2.2.7 Karakterisasi Material Hidroksiapatit ..................................... 13

2.2.8 Hipotesis ................................................................................. 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN......................................................... 19

3.1 Tempat Penelitian ............................................................................. 19

3.2 Alat dan Bahan ................................................................................. 19

3.2.1 Alat ......................................................................................... 19

3.2.2 Bahan ...................................................................................... 25

3.3 Prosedur Penelitian ........................................................................... 26

3.3.1 Persiapan ................................................................................. 26

3.3.2 Proses Homogenisasi .............................................................. 28

3.3.3 Proses Kompaksi .................................................................... 29

3.3.4 Proses Sintering ...................................................................... 29

3.4 Variabel Penelitian............................................................................ 29

3.5 Tahap Pengamatan ............................................................................ 30

3.6 Tahap Analisa ................................................................................... 30

3.7 Perencanaan Penelitian ..................................................................... 31

3.8 Diagram Alir ..................................................................................... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 33

4.1 Pengaruh Suhu Kalsinasi Terhadap Serbuk Tulang Sapi ................ 33

4.2 Hasil Proses Sintering Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas

Kopi/Shellac Berbagai Variasi Campuran ....................................... 34

viii

4.3 Pengujian Densitas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas

Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ............................................ 35

4.4 Pengujian Porositas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas

Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ............................................ 36

4.5 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) ..................... 37

4.5.1 Pengamatan Foto Scanning Electron Microschopy (SEM) ... 37

4.5.2 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM)

dengan Energy Dispersive X-Ray (SEM EDX) ..................... 42

4.6 Pengamatan Laju Degradasi ............................................................ 44

4.7 Analisa Pola Difraksi XRD (X-Ray Diffraction) ............................. 45

4.8 Analisa Gugus Fungsi dengan FTIR (Fourier Transform

Infrared)........................................................................................... 48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 51

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 51

5.2 Saran ................................................................................................ 52

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 53

LAMPIRAN ..................................................................................................... 56

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Anatomi kerangka tulang sapi .................................................. 7

Gambar 2.2 (a) Tulang femur (b) bagian dalam tulang femur ..................... 8

Gambar 2.3 Proses Sintering ....................................................................... 12

Gambar 2.4 Skema pengujian densitas ......................................................... 13

Gambar 2.5 Skema difraksi hukum Bragg ................................................... 17

Gambar 3.1 Mortar dan alu .......................................................................... 19

Gambar 3.2 Gelas kimia ............................................................................... 20

Gambar 3.3 Magnetic stirrer ........................................................................ 20

Gambar 3.4 Proses pemotongan tulang ........................................................ 20

Gambar 3.5 Mesin crusher ........................................................................... 21

Gambar 3.6 Mesh ......................................................................................... 21

Gambar 3.7 Cetakan ..................................................................................... 22

Gambar 3.8 Timbangan digital ..................................................................... 22

Gambar 3.9 Mesin press ............................................................................... 22

Gambar 3.10 Dapur pemanas (furnace) ......................................................... 23

Gambar 3.11 Mesin XRD (X-Ray Diffraction) .............................................. 23

Gambar 3.12 Mesin FTIR (Fourier Transform Infrared) .............................. 24

Gambar 3.13 Scanning Electron Microscopy ................................................. 24

Gambar 3.14 Proses perendaman spesimen biodegradasi .............................. 25

Gambar 3.15 Tulang sapi bagian femur ......................................................... 25

Gambar 3.16 Larutan PBS SIGMA P-5368 ................................................... 26

Gambar 3.17 Proses pengekstrakan hidroksiapatit ......................................... 27

Gambar 3.18 Ampas kopi mesh 60 (250µm) ................................................. 28

Gambar 3.19 Larutan shellac ........................................................................ 28

Gambar 3.20 Diagram alir penelitian ............................................................. 32

Gambar 4.1 Perubahan warna serbuk tulang sapi ........................................ 33

Gambar 4.2 Hasil pengujian densitas BHA/ampas kopi/shellac .................. 36

Gambar 4.3 Hasil pengujian porositas BHA/ampas kopi/shellac ................ 37

Gambar 4.4 Foto SEM perbesaran 100x ...................................................... 38

Gambar 4.5 Foto SEM perbesaran 200x ...................................................... 39

Gambar 4.6 SEM EDX BHA murni ............................................................. 41

Gambar 4.7 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac sebelum proses

sintering .................................................................................... 41

Gambar 4.8 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac setelah proses sintering . 41

Gambar 4.9 Laju degradasi selama 8 minggu .............................................. 43

Gambar 4.10 Pola difraksi XRD BHA murni ................................................ 44

Gambar 4.11 Pola difraksi XRD BHA/ampas kopi/shellac ........................... 45

Gambar 4.12 Pola difraksi XRD standard HA JCPDS 9-432 ........................ 45

Gambar 4.13 Spektrum dan gugus fungsi BHA murni dan BHA/ampas

kopi/shellac ............................................................................... 47

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat fisik dan kimia ampas kopi ................................................. 10

Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran BHA/ampas kopi/shellac 29

Tabel 4.1 Perubahan warna sebelum dan sesudah proses sintering ............ 34

Tabel 4.2 Perbandingan titik puncak tertinggi dari BHA murni,

BHA/ampas kopi/shellac dan HA JCPDS 9-432 ........................ 46

Tabel 4.3 Spektrum hasil uji FTIR dari sampel BHA murni dan

BHA/ampas kopi/shellac ............................................................ 47

xi

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan 2.1 .................................................................................................. 13

Persamaan 2.2 ................................................................................................. 14

Persamaan 2.3 ................................................................................................. 14

Persamaan 2.4 ................................................................................................. 15

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data pengujian densitas aktual

Lampiran 2 Perhitungan densitas teori

Lampiran 3 Perhitungan porositas

Lampiran 4 Data pengujian laju degradasi

Lampiran 5 Pola difraksi XRD BHA murni

Lampiran 6 Pola difraksi XRD BHA/ampas kopi/shellac

Lampiran 7 Pola difraksi spektrum FTIR BHA murni

Lampiran 8 Pola difraksi spektrum FTIR BHA/ampas kopi/shellac