karakterisasi material biokomposit

KARAKTERISASI MATERIAL BIOKOMPOSIT

BOVINE HYDROXYAPATITE

(BHA)/SHELLAC/TEPUNG TERIGU

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Disusun Oleh :

AFIF SANDY IRAWAN

NIM: I1414004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

48

iv

MOTTO

Berangkat dengan penuh keyakinan, berjalan dengan penuh keikhlasan dan

istiqomah dalam menghadapi cobaan.

Selalu berpikir besar dan bertindak mulai dari sekarang

Kerjakanlah, Wujudkanlah, Raihlah cita-citamu, Dengan memulainya, Bukan

hanya menjadi beban didalam impianmu ingatlah bahwa kesuksesan selalu

disertai dengan kegagalan.

Bismillah Bismillah Bismillah.

48

v

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 seperjuangan, Andhika, Junaidi, Hendra, Ari, Yudha,

Alpriza, Taufan, Afrizal, Didit, Rizha, Alfan.

5. Teman-teman mahasisawa Teknik Mesin Non Reguler 2014.

6. Teman-teman Ngemper.

7. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Teknik Mesin UNS.

8. Semua pembaca skripsi ini

vi

CHARACTERIZATION OF MATERIAL BIOCOMPOSITE

BOVINE HYDROXYAPATITE (BHA)/ SHELLAC/ FLOUR

Afif Sandy Irawan

Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty of Sebelas Maret

University, Surakarta Indonesia

Email: [email protected]

Abstract

Applications and usage of Hydroxyapatite (HA) particles to repair

damaged bones and teeth have potentially very promising. Various methods have

been developed for the manufacturing of bio-ceramics hydroxyapatite powders

and the most commonly used wet method swhich divided into three parts:

deposition method, hydrothermal methods, and hydrolysis methods. In this

research bovine bone was prepared to become BHH/shellac/flour as the main

material. Bovine bone powder already gained from the crusher process and

meshing into size of 100μm. In this process was divided into three parts, first

homogenization, then forming process, and it calcination with an increase of 10

°C/min. Testing phase in this BHA/shellac/flour research includes XRD (X-Ray

Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), hardness and compressive

strength test. The test results of X-Ray Diffraction (XRD) showed diffraction

peaks BHA/shellac/flour with value2θ: 31.6493º, 32.7725º, 32.0926º. The lowest

hardness values of BHA/shellac/flour is 6.74 VHN and highest hardness value is

8.24 VHN, as well as the lowest compressive strength of BHA/shellac/flour is

0189 MPa and highest compressive strength value is 0.461 MPa. The

observations of porous with SEM on BHA/shellac/powder samples size and the

number of samples contained in the porous BHA / shellac / flour 50-50% wt.

Keywords:Hydroxyapatite, BHA, XRD, SEM, Hardness Vickers Number (VHN).

vii

KARAKTERISASI MATERIAL BIOKOMPOSIT

BOVINE HYDROXYAPATITE (BHA)/SHELLAC/TEPUNG TERIGU

Afif Sandy Irawan

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,

Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Aplikasi dan penggunaan Hydroxyapatite (HA) berukuran partikel untuk

perbaikan tulang dan gigi rusak memiliki potensi yang sangat menjanjikan.

Berbagai metode telah banyak dikembangkan untuk pembuatan serbuk

biokeramik hidroksiapatit dan yang paling banyak dipakai adalah metode basah

yang dibagi dalam tiga bagian yakni, metode pengendapan, metode panas hidro,

dan metode hidrolisis. Pada penelitian ini disiapkan tulang sapi untuk dijadikan

BHA/shellac/tepung sebagai bahan utama. Serbuk tulang sapi yang sudah didapat

dari proses crusher kemudian di mesh sampai ukuran 100μm. Pada proses ini

dibagi menjadi tiga bagian, pertama homogenisasi, selanjutnya proses

pembentukan, dan kalsinasi dengan kenaikan 10 oC/menit. Tahap pengujian dalam

penelitian BHA/shellac/tepung meliputi XRD (X-Ray Diffraction),

SEM(Scanning Electron Microscopy), uji kekerasan, dan uji kuat tekan. Hasil

pengujian X-Ray Diffraction (XRD) ditunjukkannya puncak difraksi

BHA/shellac/tepung dengan nilai2θ: 31.6493º, 32.7725º, 32.0926º. Nilai

kekerasan BHA/shellac/tepung terendah adalah 6.74 VHN dan nilai kekerasan

tertinggi adalah 8.24 VHN, serta nilai kuat tekan BHA/shellac/tepung terendah

adalah 0.189 MPa dan nilai kuat tekan tertinggi adalah 0.461 MPa. Pengamatan

porus dengan SEM terhadap sampel BHA/shellac/tepung ukuran dan banyaknya

porus terdapat pada sampel BHA/shellac/tepung 50:50 % wt.

Kata Kunci : Hydroxyapatite, BHA, XRD, SEM, Hardness Vickers Number

(VHN).

viii

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 bovine hydroxyapatite

(BHA)/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. Kedua adik yang selalu memberi semangat.

4. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku kepala program studi

Teknik Mesin

5. Bapak Agung Tri Wijayanta, M.eng., Ph.D. selaku dosen pembimbing

akademik

6. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang

senantiasa memberikan nasehat, arahan, dan bimbingan dalam

menyelesaikan skripsi ini.

7. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II yang

turut serta memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan

skripsi ini.

8. Bapak Heru Sukanto, S.T.,M.T., selaku kepala laboratorium proses

produksi Teknik Mesin FT UNS.

9. Bapak Dr. Tech. Suyitno. Selaku kepala laboratorium biofuel Teknik

Mesin FT UNS.

ix

10. Dr. Budi Kristiawan. Selaku kepala laboratorium perpindahan panas dan

thermodinamika Teknik Mesin FT UNS.

11. Bapak Dr. Nurul Muhayat S.T., M.T., selaku koordinator TA yang telah

membantu kelancaran dalam menyelesaikan skripsi ini.

12. Bapak serta Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta yang turut serta mendidik penulis hingga

menyelesaikan studi S1.

13. Arifin dan Hendri, sebagai laboran dan instruktur laboratorium proses

produksi Teknik Mesin FT UNS.

14. Bambang, Sebagai laboran laboratorium biofuel Teknik Mesin FT UNS.

15. Solikhin sebagai laboran laboratorium perpindahan panas dan

termodinamika Teknik Mesin FT UNS.

16. Purnadityanto selaku ketua laboratorium biomaterial.

17. Andhika Andjarwadi, Junaidi Rasid, Antonius Adi Hendra, Rizha

Yushak selaku rekan Tugas akhir.

18. Teman satu kontrakan Alpriza, Taufan, Yoga, dan kontrakan pandawa,

kontrakan rangers, kontrakan pak tarjo yang selalu memberi dukungan.

19. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin (Transfer) 2014 yang telah

banyak membantu dan memberi dorongan moril, fasilitas serta motifasi

sehingga terselesainya penulisan skripsi ini.

20. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang

telahmembantu selama penyusunan skripsi ini.

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, Januari 2017

Penulis

x

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ......................................................................................................... i

Halaman Motto .......................................................................................................... iv

Halaman Persembahan .............................................................................................. v

Abstrak (Inggris) ........................................................................................................ vi

Abstrak (Indonesia) ................................................................................................... vii

Daftar isi ................................................................................................................... viii

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 Penelitian .......................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 3

1.6 Sistematika Penelitian ................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5

2.1 Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 5

2.2 Dasar Teori ................................................................................................... 7

2.2.1 Tulang Sapi ...................................................................................... 7

2.2.2 Tepung .............................................................................................. 9

2.2.3 Shellac ............................................................................................... 10

2.2.4 Hidrosiapatit ...................................................................................... 13

2.2.5 Sifat Mekanik .................................................................................... 14

2.2.6 Biokompabilitas ................................................................................ 15

2.2.7 Fabrikasi ............................................................................................ 16

2.2.8 Biomaterial ........................................................................................ 18

2.2.9 Biokeramik ........................................................................................ 18

xi

2.2.10 Uji Karakteristik Material ............................................................... 19

2.2.11 Uji Kekerasan Vickers (VHN) ....................................................... 19

2.2.12 Uji Kuat Tekan ................................................................................ 20

2.2.13 Uji XRD (X-Ray Diffraction) ........................................................... 21

2.2.14 Hipotesis ......................................................................................... 21

BAB III METODELOGI PENELITIAN ............................................................. 22

3.1 Tempat Penelitian ` ..................................................................................... 22

3.2 Alat dan Bahan .......................................................................................... 22

3.2.1 Alat .................................................................................................. 22

3.2.2 Bahan ............................................................................................... 22

3.3 Prosedur Penelitian .................................................................................... 23

3.3.1 Persiapan .......................................................................................... 23

3.3.2 Perendaman HA dengan Shellac ..................................................... 24

3.3.3 Proses Homogenisasi ....................................................................... 24

3.3.4 Proses Kalsinasi ............................................................................... 25

3.3.5 Proses Pembentukan ........................................................................ 25

3.4 Variabel Penelitian .................................................................................... 26

3.5 Tahap Pengujian ........................................................................................ 26

3.6 Tahap Analisa ........................................................................................... 28

3.7 Perencanaan Penelitian .............................................................................. 28

3.8 Diagram Alir .............................................................................................. 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 31

4.1 Pengaruh Suhu Kalsinasi terhadap Serbuk Tulang Sapi ` .......................... 31

4.2 Hasil Kalsinasi Bovine Hydroxyapatite (BHA/Shellac/tepung) berbagai

variasi campuran ........................................................................................ 33

4.3 Analisa Fasa Hydroxyapatite dengan XRD (X-Ray Diffraction) ............. 36

4.4 Analisa Uji Kekerasan Vickers (Vickers Hardness Tester) ...................... 39

4.5 Analisa Uji Kuat Tekan (Diametral Tensile Strength) ............................. 41

4.6 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) ............................... 42

xii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 45

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 45

5.2 Saran .......................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 46

LAMPIRAN ............................................................................................................ 49

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.2 Sifat mekanis dari variasi ukuran partikel hidroksiapatit ` ...................... 15

Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran HA dengan tepung ..................... 26

Tabel 4.1 Bovine Hydroxyapatite (BHA)/shellac/tepung dengan variasi campuran

................................................................................................................................... 33

Tabel 4.2 Ukuran sampel uji BHA/shellac/tepung berbagai variasi campuran ........ 35

Tabel 4.3 Maksimum pola difraksi sinar X sampel BHA dan BHA/shellac setelah

kalsinasi .................................................................................................................... 38

Tabel 4.4 Maksimum pola difraksi sinar X sampel BHA dan BHA/shellac tepung

setelah kalsinasi ....................................................................................................... 38

Tabel 4.5 Maksimum pola difraksi sinar X sampel BHA/shellac dan

BHA/shellac/tepung setelah kalsinasi ...................................................................... 38

Tabel 4.6 Nilai kekerasan dari BHA/shellac dan BHA/shellac/tepung ` ............... 39

Tabel 4.7 Hasil pengujian Diametral Tensile Strength (DTS) ............................... 41

xiv

DAFTAR GAMBAR

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

Gambar 2.2 Tulang paha ........................................................................................... 8

Gambar 2.3 Tepung terigu ........................................................................................ 9

Gambar 2.4 Glutenin dan Gladin .............................................................................. 10

Gambar 2.5 Struktur kimia asam aleuritik dan asam jalarik ..................................... 11

Gambar 2.6 Radiologi dari HA ................................................................................. 16

Gambar 2.7 Ilustrasi pengukuran vickers dan dimensi lekukan ............................... 20

Gambar 2.8 Ilustrasi uji tekan menggunakan Universal Testing Machine ............... 21

Gambar 3.1 Proses pengerjaan penelitian ................................................................. 23

Gambar 3.2 Magnetic Stir .......................................................................................... 24

Gambar 3.3 Alat Cetak ............................................................................................. 25

Gambar 3.4 Mesin Press ........................................................................................... 25

Gambar 3.5 Dapur pemanas (furnace) ...................................................................... 25

Gambar 3.6 XRD (X-Ray Diffraction) ...................................................................... 26

Gambar 3.7 SEM (Scanning Electron Microshopy) ................................................. 27

Gambar 3.8 Mesin Uji Kekerasan (VHN) ................................................................ 27

Gambar 3.9 Universal Testing Machine ( UTM) ....................................................... 28

Gambar 4.1 Warna serbuk tulang sapi (a) sebelum kalsinasi (b) setelah kalsinasi ..

................................................................................................................................... 31

Gambar 4.2 Warna serbuk BHA/shellac (a) sebelum kalsinasi (b) setelah kalsinasi

................................................................................................................................... 32

Gambar 4.2 Warna serbuk BHA/shellac/tepung (a) sebelum kalsinasi (b) setelah

kalsinasi ...................................................................................................................... 32

Gambar 4.3 a Pola difraksi XRD bovine hydroxyapatite (BHA). ............................. 37

Gambar 4.3 b Pola difraksi XRD bovine hydroxyapatite (BHA)/shellac .................. 37

Gambar 4.3 c Pola difraksi XRD bovine hydroxyapatite (BHA)/shellac/tepung.

.................................................................................................................................... 37

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 .............................................................................................................. 49

Pola difraksi XRD BHA/Shellac ....................................................................... 49

Pola difraksi XRD BHA/Shellac/Tepung .......................................................... 53

Lampiran 2 .............................................................................................................. 58

Kekerasan (hardness).......................................................................................... 58

Lampiran 3 .............................................................................................................. 60

Kuat Tekan (Diametral Tensile Strengh) ........................................................... 60

Lampiran 4 Pola grafik kuat tekan BHA/shellac .................................................... 64



Lampiran 7 Pola grafik kuat tekan BHA/shellac/tepung (60:40) ............................ 67



Lampiran 10 Pola grafik kuat tekan BHA/shellac/tepung (70:30) .......................... 70

Lampiran 11 Pola grafik kuat tekan BHA/shellac/tepung (70:30) .......................... 71

karakterisasi material biokomposit

Documents