PENINGKATAN SIFAT FISIS DAN MEKANIK BAHAN GUSI TIRUAN BERBASIS KOMPOSIT RESIN AKRILIK DENGAN PENAMBAHAN VARIASI UKURAN SERAT KACA

Transkripsi

1 PENINGKATAN SIFAT FISIS DAN MEKANIK BAHAN GUSI TIRUAN BERBASIS KOMPOSIT RESIN AKRILIK DENGAN PENAMBAHAN VARIASI UKURAN SERAT KACA Candra Kurniawan (1), Perdamean Sebayang (1), Muljadi (1), Suci R. Hasibuan (2) (1) Pusat Penelitian Fisika LIPI Kawasan PUSPIPTEK, Serpong Tangerang Selatan, Banten (2) Departemen Fisika, Universitas Sumatera Utara Jl. Dr. T. Mansur, Medan Abstrak Bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik telah umum digunakan karena bersifat biokompatibel, flexibel, dan mudah diperoleh serta harganya murah. Namun, resin akrilik memiliki kekurangan diantaranya adalah sifatnya yang mudah patah. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, bahan resin akrilik dapat diperkuat dengan menambahan serat kaca sebagai material komposit. Tujuan penelitian ini adalah usaha peningkatan sifat fisis dan mekanik bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan variasi ukuran serat kaca. Penambahan serat kaca pada material resin akrilik polimerisasi panas dibuat dengan komposisi serat kaca 1,4 wt% dan ukurannya divariasikan dengan panjang 4, 6 dan 8 mm. Pengujian yang dilakukan yaitu pengukuran densitas, porositas, absorpsi air, kuat tekan, kekerasan vickers, kuat tarik, dan modulus young. Hasil penelitian menunjukkan bahwa resin akrilik dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm merupakan kondisi optimum dengan densitas 1,26 g/cm 3, porositas 0,46 %, absorpsi air 0,36 %, kekuatan tekan 88,89 MPa, kekerasan vickers 21,07kg/mm 2, kekuatan tarik 70,43 MPa, dan modulus Young s 3,33 GPa. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa sampel resin akrilik hasil penambahan serat kaca telah berhasil melampaui kualitas mekanik standar baik berdasarkan referensi maupun dari sampel tanpa penambahan serat kaca (kontrol) untuk produk gusi tiruan. Kata kunci : gusi tiruan, resin akrilik polimerisasi panas, serat kaca, sifat fisis, sifat mekanis A. PENDAHULUAN Pembuatan bahan gusi tiruan sebagai tempat melekatnya gigi tiruan perlu diperhatikan sifat materialnya, baik secara fisis maupun mekanis. Sifat material tersebut antara lain: daya serap air yang rendah, kekuatan mekanik tinggi, harga yang murah serta stabilitas warna yang baik apabila terkena cairan berwarna yang masuk ke dalam mulut, dan tahan terhadap cairan asam. Bahan gusi tiruan yang beredar di pasaran saat ini banyak terbuat dari bahan polimer karena polimer tersebut harganya murah, mudah dibentuk, warnanya stabil dan biokompatibel 1. Bahan polimer yang umum digunakan untuk membuat gusi tiruan berasal dari bahan resin akrilik polimerisasi panas yang proses polimerisasinya dilakukan dengan cara pemanasan.

2 Energi termal yang diperlukan untuk polimerisasi dapat diperoleh dengan menggunakan pemanasan air di dalam waterbath atau oven gelombang mikro 2-4. Resin akrilik ini tersedia dalam bentuk bubuk dan cairan. Bubuknya berupa transparan, sewarna dengan gigi, atau berwarna pink yang menyerupai warna gusi (Gingiva). Bahan resin akrilik mudah dibentuk bila terjadi kerusakan, memiliki warna yang stabil biokompatibel dan harganya relatif murah. Namun bahan ini juga memiliki kekurangan yaitu mudah fraktur, mudah terbentuk pori dan elastisitasnya tinggi. Fraktur dan elastisitas berkaitan dengan sifat mekanis bahan yang meliputi kekutan tekan, kekuatan vickers, kekuatan tarik, dan modulus Young s. Sedangkan porositas berkaitan dengan sifat fisis bahan yang terbentuk pada proses pencampuran bahan. Pembuatan bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik ini meliputi pencampuran bubuk dan cairan sampai menjadi bentuk dough yang dimasukkan ke dalam cetakan/mould untuk ditekan dan dipanaskan untuk proses kuring. Penambahan serat dapat meningkatkan sifat fisis dan mekanik resin akrilik terutama untuk memperkuat bahan gusi tiruan 5-7, namun penggunaannya belum umum di bidang kedokteran gigi. Agar dapat diaplikasikan serat yang ditambahkan harus dapat menyatu dalam bahan gusi tiruan. Selain serat kaca, beberapa serat yang dapat ditambahkan ke dalam bahan gusi tiruan antara lain serat karbon dan serat nilon. Berdasarkan penelitian sebelumnya penambahan serat kaca ke dalam bahan gusi tiruan telah berhasil meningkatkan sifat mekaniknya Modifikasi pemotongan serat kaca yang digunakan sebagai filler hingga berukuran beberapa milimeter diharapkan mampu meningkatkan kualitas dari bahan gigi tiruan yang meliputi sifat fisis dan mekaniknya. Dalam penelitian ini dibuat bahan gusi tiruan menggunakan bahan resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca dengan beberapa variasi ukuran. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan bahan gusi tiruan yang memiliki sifat fisis dan mekanik yang memenuhi syarat untuk dapat diaplikasikan. B. PERCOBAAN Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk Poly(Methyl Methacrylate)/PMMA dan cairan monomer Methyl Methacrylate/MMA merek GC dari America INC dan serat kaca continuous unidirectional yang terdiri dari serabut serat kaca berdiameter antara 3 25 µm dari glass Taiwan. Sampel resin akrilik dibuat menjadi 2 jenis, yang pertama adalah sampel resin akrilik polimerisasi panas tanpa serat kaca sebagai kontrol (Sampel 1), yang kedua adalah resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca yang berukuran panjang 4 mm

3 (Sampel 2), 6 mm (Sampel 3), dan 8 mm (Sampel 4) seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Perbandingan resin akrilik polimerisasi panas (PMMA + MMA) dan serat kaca yang ditambahkan memiliki komposisi tetap yaitu 98,6 : 1,4 w/w% pada sampel 2-4. Tabel 1. Komposisi resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca Serat No Resin akrilik (PMMA + MMA) : Ukuran Kaca Serat Sampel 98,6% : 1,4% Kaca 1 9 g 3,6 ml g 3,6 ml 0,175 g 4 mm 3 9 g 3,6 ml 0,175 g 6 mm 4 9 g 3,6 ml 0,175 g 8 mm Proses pembuatan sampel 1(kontrol) dilakukan dengan cara mencampurkan bubuk PMMA dengan cairan MMA dengan perbandingan komposisi 9 g : 3,6 ml. Campuran tersebut kemudian diaduk secara perlahan-lahan di dalam wadah porselen hingga mencapai fase dough. Kemudian campuran tersebut dicetak dan ditekan menggunakan hidrolik press dengan tekanan 1000 psi selama 5 menit dan dilanjutkan dengan penekanan 2200 psi selama 5 menit. Sampel yang telah ditekan tersebut selanjutnya dipasangkan baut kuvetnya untuk mempertahankan cetakan atas dan bawahnya, kemudian didiamkan dalam cetakan selama 15 menit. Proses penambahan serat kaca pada sampel 2 4 dilakukan dengan cara merendam serat kaca sebanyak 0,175 g terlebih dahulu di dalam cairan MMA selama 1 menit. Setelah direndam, serat kaca ditiriskan dan dicampurkan ke dalam campuran PMMA + MMA dan dilakukan proses yang sama seperti pada sampel 1 (kontrol). Proses kuring dilakukan dengan cara dimasukkan ke dalam waterbath dan dipanaskan pada suhu 70 0 C selama 90 menit, kemudian dilanjutkan pada suhu C selama 60 menit. Setelah dikuring, sampel kemudian dikeluarkan dari waterbath dan didinginkan hingga mencapai suhu kamar. Sampel yang telah siap dihaluskan dengan menggunakan kertas pasir (abrasive paper) nomor 300 dan 600. Pengujian sampel meliputi pengukuran densitas, porositas, penyerapan air, kuat tekan, kekerasan Vickers, kekuatan tarik, dan modulus Young. Pengukuran densitas, porositas dan penyerapan air dilakukan mengacu pada ASTM C 373. Pengukuran densitas dilakukan menggunakan metode Archimedes dengan mengukur rasio massa sampel di udara dan massa yang hilang ketika ditimbang di dalam air. Pengukuran porositas dilakukan dengan cara

4 menimbang massa sampel yang telah dioven C selama 1 jam. Kemudian sampel direndam di dalam air selama 24 jam dan ukur massanya. Selanjutnya samprel tersebut ditimbang di dalam air untuk mengetahui massa air yang terserap. Pengujian penyerapan air dilakukan dengan cara membandingkan massa air yang terserap ke dalam sampel setelah perendaman selama 24 jam dibandingkan dengan massa kering sampel. Pengujian kuat tekan, kuat tarik, dan modulus Young dilakukan menggunakan alat Universal Testing Unit (UTM COMTEK Model SPG4000). Pengujian kekerasan Vicker dilakukan menggunakan alat Microhardness Tester tipe MXT 50 (Matsuzawa) dengan menggunakan tip berbentuk diamond yang ditekan pada permukaan sampel gusi tiruan hingga meninggalkan jejak goresan. C. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pembuatan sampel bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan variasi ukuran serat kaca ditunjukkan pada Gambar 1. Hasil pengukuran densitas rata-rata untuk resin akrilik polimerisasi panas, yaitu sampel kontrol (Sampel 1) dan sampel dengan penambahan serat kaca dengan panjang 4 mm (Sampel 2), 6 mm (Sampel 3), dan 8 mm (Sampel 4) ditunjukkan pada Gambar 2. Pengukuran densitas dilakukan dengan melakukan empat kali ulangan pada masing-masing sampel. Densitas sampel yang paling tinggi dihasilkan oleh sampel resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm (sampel 3) sebesar 1,26 g/cm 3. Rata-rata densitas lainnya yang ditunjukkan pada sampel 2 dan 4 berturut-turut sebesar 1,2 g/cm 3 dan 1,23 g/cm 3, sedangkan densitas pada sampel kontrol (Sampel 1) rata-rata sebesar 1,16 g/cm 3. Hal ini menunjukkan penambahan serat kaca pada resin akrilik polimerisasi panas dapat meningkatkan densitas sampel cukup signifikan sebesar 3,5 % - 8,6 %. Peningkatan nilai densitas ini disebabkan adanya penambahan serat kaca yang memiliki densitas murni sendiri sebesar 2,79 g/cm 3. Sedangkan berdasarkan perhitungan teoretis densitas resin akrilik polimerisasi panas murni (PPMA + MMA) adalah sebesar 1,19 g/cm 3. Selain itu pengaruh timbulnya pori dalam sampel juga berpengaruh terhadap nilai densitas dari masing-masing sampel yang mengakibatkan penurunan pada hasil densitas yang diukur dibandingkan dengan hasil perhitungan teoretis.

5 Gambar 1. Hasil pembuatan sampel bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan variasi ukuran serat kaca. Gambar 2. Grafik pengukuran densitas sampel terhadap komposisi serat kaca dibandingkan dengan komposisi kontrol (Sampel 1) Hasil pengukuran tingkat porositas dan penyerapan air dari masing-masing sampel diperlihatkan pada Gambar 3. Berdasarkan data pengukuran tersebut diperoleh hasil bahwa tingkat porositas dan penyerapan air dari sampel dengan penambahan serat kaca secara umum lebih rendah dibandingkan pada sampel kontrol. Dari semua sampel ternyata sampel resin akrilik dengan serat kaca ukuran 6 mm (sampel 3) memiliki tingkat porositas dan penyerapan air yang paling rendah yaitu 0,46 % dan 0,36 %. Hasil ini menunjukkan bahwa Sampel resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca berukuran 6 mm relatif lebih padat/rapat dan kedap air dibandingkan dengan sampel lainnya. Tingkat porositas dan tingkat penyerapan air pada Sampel 3 ini sesuai dengan hasil densitas yang menunjukkan bahwa

6 sampel tersebut memiliki tingkat kepadatan yang paling tinggi. Berdasarkan hasil penelitian Polat 11, tingkat penyerapan air untuk resin akrilik dengan penambahan serat kaca maksimal sebesar 2%. Tingkat penyerapan air berdasarkan ISO menunjukkan bahwa interval tingkat penyerapan air standar bagi bahan resin akrilik dalam interval 0,3% sampai 1,9%. Berdasarkan sampel yang telah dibuat maka sifat penyerapan air keempat sampel telah memenuhi standar yaitu berada pada interval 0,36 0,38 %. Gambar 3. Grafik hasil pengukuran porositas dan tingkat penyerapan air terhadap komposisi serat kaca dibandingkan dengan komposisi kontrol (Sampel 1) Pengujian sifat mekanik yang dilakukan adalah pengujian kuat tekan, kekerasan Vickers, kuat tarik, dan modulus Young. Hasil pengujian kuat tekan dan kekerasan Vickers terhadap keempat jenis sampel ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Berdasarkan hasil pengujian kuat tekan dan kekerasan Vickers tersebut terlihat bahwa Sampel resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca 6 mm (Sampel 3) memiliki nilai yang tertinggi dibandingkan dengan sampel lainnya dengan besar kuat tekan dan kekerasan Vickers berturut-turut sebesar 88,9 MPa dan 21,06 kg f /mm 2. Hasil pengujian kuat tekan bagi sampel lainnya yaitu Sampel 1 (kontrol), Sampel 2, dan Sampel 4 berturut-turut sebesar 70,74 MPa, 74,69 MPa, dan 78,51 MPa. Hasil pengujian kuat tekan pada sampel 3 dan 4 telah sesuai dengan standar kuat tekan yang berlaku bagi gusi tiruan dari resin akrilik yaitu sebesar 75 Mpa 13. Sedangkan untuk Sampel 2 dengan penambahan serat kaca 4 mm berada sedikit dibawah ambang batas yaitu sebesar 74,69 MPa. Secara umum penambahan serat kaca

7 berukuran kecil pada sampel 2 4 telah berhasil meningkatkan kuat tekan sebesar 5,6 % - 25,6 % dibandingkan dengan sampel kontrol (tanpa penambahan serat kaca). Gambar 4. Grafik pengujian kuat tekan terhadap komposisi serat kaca dibandingkan dengan komposisi kontrol (Sampel 1) Hasil pengujian kekerasan Vickers seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 menunjukkan bahwa penambahan serat kaca pada sampel resin akrilik polimerisasi panas telah meningkatkan nilai kekerasannya. Pengujian kekerasan Vickers ini dilakukan dengan menggunakan beban seberat 100 ton dan waktu penekanan selama 30 detik. Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa nilai kekerasan Vickers terbesar dimiliki oleh Sampel 3 (penambahan serat kaca 6 mm) yaitu sebesar 21,07 kg f /mm 2. Sedangkan hasil uji kekerasan pada sampel lainnya, yaitu Sampel 1 (kontrol), Sampel 2, dan Sampel 4 beruturut-turut sebesar 16,03 kg f /mm 2, 16,97 kg f /mm 2, dan 18,93 kg f /mm 2. Berdasarkan hasil uji kekerasan Vickers ini menunjukkan bahwa bahan gusi tiruan menggunakan resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca (Sampel 3) telah menambah nilai kekerasannya hingga mencapai 31,4 % dari sampel kontrol (tanpa serat kaca). Secara umum semua sampel yang dihasilkan dalam penelitian ini telah melampaui standar kekerasan Vickers dari referensi yaitu sebesar 15 kg f /mm Semakin tinggi nilai kekerasan Vickers ini menunjukkan bahwa semakin keras material yang dihasilkan. Bahan gusi tiruan yang keras diharapkan mampu menahan tekanan yang lebih tinggi yang dihasilkan gigi saat mengunyah makanan yang keras seperti daging atau tulang lunak.

8 Gambar 5. Grafik pengujian kekerasan Vickers terhadap komposisi serat kaca dibandingkan dengan komposisi kontrol (Sampel 1) Hasil pengujian kuat tarik dan modulus Young ditunjukkan pada Gambar 6. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut ditunjukkan bahwa besar kuat tarik dan modulus Young terbaik dimiliki oleh sampel resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca 6 mm dengan nilai berturut-turut sebesar 70,43 MPa dan 3,33 GPa. Hasil kuat tarik pada Sampel 1, Sampel 2, dan Sampel 4 berturut-turut sebesar 44,4 MPa, 54,39 MPa, dan 58,86 MPa. Sedangkan hasil pengukuran mudulus Young pada Sampel 1, Sampel 2, dan Sampel 4 berturut-turut sebesar 2,31 GPa, 2,69 GPa, dan 2,91 GPa. Berdasarkan penelitian Polyzois 15 nilai pengukuran kekuatan tarik untuk gusi tiruan dari resin akrilik adalah 55 MPa. Dengan demikian berdasarkan hasil penelitian ini nilai uji kekuatan tarik pada Sampel 3 dan Sampel 4 telah berhasil melampui 55 MPa tersebut. Hasil pengukuran kekuatan tarik dan modulus Young dari masing-masing sampel menunjukkan tingkat elastisitas bahan. Permasalah yang sering ditimbulkan pada bahan resin akrilik polimerisasi panas adalah tingkat elastisitasnya yang tinggi artinya resin akrilik tersebut mudah berubah bentuk karena adanya gaya eksternal. Dengan penambahan serat kaca pada sampel 2 4 terlihat bahwa modulus Young dapat meningkat dibanding sampel kontrol. Semakin tinggi nilai modulus Young dari sampel artinya sampel makin sulit untuk berubah bentuk jika dikenakan gaya eksternal terhadap sampel tersebut.

9 Gambar 6. Grafik pengujian modulus young dan kuat tarik sampel terhadap komposisi serat kaca dibandingkan dengan komposisi kontrol (Sampel 1) Secara umum hasil penambahan resin akrilik polimerisasi panas dengna variasi ukuran serat kaca dapat meningkatkan sifat fisis dan mekanik dibandingkan tanpa penambahan bahan apapun. Kualitas terbaik sampel resin akrilik dilihat dari sifat fisis yang meliputi densitas, porositas, dan penyerapan air dan sifat mekanik yang meliputi kuat tekan, kekerasan Vickers, kekuatan tarik, dan modulus Young dihasilkan pada sampel 3 (penambahan serat kaca dengan panjang 6 mm). Berdasarkan hasil penelitian ini ditunjukkan bahwa penambahan serat kaca 6 mm pada bahan resin akrilik polimerisasi panas memiliki potensi untuk dijadikan bahan dasar untuk pembuatan gusi tiruan dilihat dari kualitas sifat fisis dan mekanik yang dapat dicapai untuk bahan produk gusi tiruan. D. KESIMPULAN Pada penelitian ini telah berhasil dibuat bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca dengan beberapa variasi ukuran, yaitu: 4 mm, 6 mm, dan 8 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa resin akrilik dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm merupakan kondisi optimum dengan densitas 1,26 g/cm 3, porositas 0,46 %, absorpsi air 0,36 %, kekuatan tekan 88,89 MPa, kekerasan vickers 21,067 kg/mm 2, kekuatan tarik 70,43 MPa, dan modulus Young s 3,33 GPa. Dengan demikian hasil resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca dengan ukuran 6 mm telah berhasil meningkatkan sifat fisis dan mekanik secara signifikan dibandingkan dengan resin akrilik

10 polimerisasi panas tanpa tambahan apapun (sampel kontrol). Secara umum sampel resin akrilik hasil penambahan serat kaca telah berhasil melampaui kualitas mekanik standar untuk produk gusi tiruan. Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk mengkaji kembali bahan gusi tiruan berbasis resin akrilik polimerisasi panas dengan penambahan serat kaca 6 mm terhadap perubahan fisis, mekanik, maupun secara kimiawi (perubahan warna dan struktur kimianya) jika dilakukan perendaman pada larutan asam kuat atau garam. Daftar Pustaka 1 Anusavice, Kenneth. J, dan Phillips Buku Ajar Ilmu Bahan Kedokteran Gigi, Edisi 10. Penerjemah : Johan Arif Budiman, Susi Puwoko, dan Lilian Juwono. Jakarta : EGC. 2 Tacir, IH., JD Kama, M Zortuk, S Eskimez Flexural properties of glass fibre reinforced acrylic resin polymers. Australian Dental Journal 51,(1): Kostoulas Ioannis, et. al Fracture Force, Deflection, and Toughness of Acrylic Denture Repairs Involving Glass Fiber Reinforcement. Journal of Prosthodontics 17 : Hasan, Radhwan H., Mohammed A Abdulla Reinforced Microwave - Cured Acrylic Resin Denture Base Material with Glass Fibers. Al Rafidain Dent J Vol 10, No.2 : Ming-Gene Tu, Wen-Miin Liang, Tai-Chin Wu, dan San-Yue Chen Improving the mechanical properties of fiber-reinforced acrylic denture-base resin. Materials and Design 30 : Kanie, T., K. Fujii, H. Arikawa, dan K. Inoue Flexural properties and impact strength of denture base polymer reinforced with woven glass fibers. Dental Materials 16 : Narva, Katja K., Lippo V.J. Lassila, dan Pekka K. Vallittu Flexural fatigue of denture base polymer with fiber-reinforced composite reinforcement. Composites: Part A 36 : Trisno, Frederick Alexander Perbedaan Kekuatan Impak Resin Akrilik Heat Cured Dengan Penambahan Glass Fiber Jenis Anyaman dan Serat. Skripsi, Fakultas Kedokteran Gigi. Surabaya : Universitas Airlangga. 9 Ramlah, Rohani S Pengaruh Penambahan Serat Kaca Potongan Kecil dengan Ukuran Berbeda terhadap Kekuatan Impak dan Transversal Resin Akrilik

11 Polimerisasi Panas. Skripsi, Fakultas Kedokteran Gigi. Medan : Universitas Sumatera Utara. 10 Fadilah, Yulia Pengaruh Penambahan Penguat Serat Kaca Pada Resin Akrilik Polimerisasi Panas Terhadap Perubahan Dimensi. Skripsi, Fakultas Kedokteran Gigi. Medan : Universitas Sumatera Utara. 11 Polat TN, Karacaer O, Tezvergil A, Lassila LV, Vallittu PK. Water sorption, solubility and dimensional changes of denture base polymers reinforced with short glass fibers. J Biomater Appl 17 : Premium Denture Solution ( diakses 28 Sept 2011). 13 Bhola, Rahul, Shaily M. Bhola, Hongjun Liang, dan Brajendra Mishra Biocompatible Denture Polymers A Review. Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 23 (3) : Hilgenberg, Sérgio Paulo, et. al Evaluation of Surface Physical Properties of Acrylic Resins for Provisional Prosthesis. Materials Research, Vol. 11, No. 3: Polyzois, E. L, Andrepoulos Acrylic Resin Denture Repair with Adhesive Resin and Metal Wires : Effects of Strenght Parameter. The Journal of Prosthetic Denstistry 75(4) :