IRADIASI SI AR GAMMA UHMWPE DA HDPE U TUK ME I GKATKA KETAHA A MEKA IK TIBIAL TRAY RET O WULA DARI

Transkripsi

1 IRADIASI SI AR GAMMA UHMWPE DA HDPE U TUK ME I GKATKA KETAHA A MEKA IK TIBIAL TRAY RET O WULA DARI DEPARTEME KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DA ILMU PE GETAHUA ALAM I STITUT PERTA IA BOGOR BOGOR 2011

2 ABSTRAK RETNO WULANDARI. Iradiasi Sinar Gamma UHMWPE dan HDPE untuk Meningkatkan Ketahanan Mekanik Tibial Tray. Dibimbing oleh ARMI WULANAWATI dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Polietilena bobot molekul ultra tinggi (UHMWPE) merupakan polimer yang banyak digunakan dalam pembuatan tibial tray, tetapi harganya sangat mahal. Oleh karena itu, dikembangkan polietilena kerapatan tinggi (HDPE) dalam pembuatan tibial tray karena harganya yang lebih murah dan memiliki kemiripan sifat dengan UHMWPE. HDPE dibuat dengan dua metode, yaitu metode kempa dan metode pemanasan, sedangkan UHMWPE hanya dibuat dengan metode kempa. Film tibial tray UHMWPE dan HDPE yang dihasilkan dari kedua metode kemudian diiradiasi sinar gamma dengan ragam dosis 0, 100, 200, 300, dan 500 kgy. Polimer-polimer tersebut dianalisis mikrostruktur permukaan, kekerasan, kekuatan tarik, persentase perpanjangan putus, dan derajat kristalinitas. Semakin tinggi dosis iradiasi, maka kekerasan dan derajat kristalinitas semakin meningkat, tetapi kekuatan tarik dan persentase perpanjangan putus semakin menurun. Kedua polimer belum dapat meningkatkan ketahanan mekanik yang baik pada kisaran dosis iradiasi yang digunakan karena pembentukan ikatan silang terhambat oleh oksigen yang menyebabkan pemutusan rantai. Peningkatan nilai kekerasan HDPE hasil metode kempa yang mendekati kekerasan UHMWPE membuat HDPE memiliki potensi untuk dijadikan sebagai tibial tray dengan metode tersebut. Kata kunci: HDPE, iradiasi sinar gamma, tibial tray, UHMWPE.

3 ABSTRACT RETNO WULANDARI. Gamma Ray Irradiation on UHMWPE and HDPE to Increase Tibial Tray Mechanical Properties. Supervised by ARMI WULANAWATI and SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a polymer that is widely used in the manufacture of tibial tray, but it is very expensive. Therefore, high density polyethylene (HDPE) was developed for the manufacturing of tibial tray because the price is lower and has similar properties to UHMWPE. HDPE was made by two methods, namely hot pressing method and heating method, but UHMWPE wass made only by hot pressing method. Tibial tray film of HDPE and UHMWPE from both methods were irradiated with various doses of gamma rays 0, 100, 200, 300 and 500 kgy. The polymers were analyzed for surface microstructure, hardness, tensile strength, elongation at break percentage, and degree of crystallinity. The higher the dose of irradiation the higher the hardness and the degree of crystallinity, but not for the tensile strength and elongation at break percentage. Both polymers were not able to increase mechanical properties in those irradiation doses range because crosslink formation is inhibited by the presence of oxygen that causes chain scission. HDPE hardness enhancement by hot pressing method was close to hardness of UHMWPE that makes HDPE potential to be used as tibial tray. Keyword: gamma ray irradiation, HDPE, tibial tray, UHMWPE.

4 IRADIASI SI AR GAMMA UHMWPE DA HDPE U TUK ME I GKATKA KETAHA A MEKA IK TIBIAL TRAY RET O WULA DARI Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEME KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DA ILMU PE GETAHUA ALAM I STITUT PERTA IA BOGOR BOGOR 2011

5 Judul Nama NIM : Iradiasi Sinar GammaUHMWPE dan HDPE untuk Meningkatkan Ketahanan Mekanik Tibial Tray : Retno Wulandari : G Menyetujui Pembimbing I Pembimbing II Armi Wulanawati, S.Si, M.Si. NIP Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT NIP Mengetahui Ketua Departemen Kimia Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS. NIP Tanggal Lulus :

6 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Iradiasi Sinar Gamma UHMWPE dan HDPE untuk Meningkatkan Ketahanan Mekanik Tibial tray. Salawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluargannya, dan semoga kita semua menjadi pengikutnya hingga akhir zaman. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Armi Wulanawati, S.Si, M.Si dan Bapak Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing yang senantiasa memberikan arahan, dorongan semangat, dan doa kepada penulis selama melaksanakan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTBIN-BATAN) Serpong atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Bapak, Ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih sayangnya. Kepada Adi yang telah membantu memberi masukan dan saran, Savitri, Danang, Randi, Kandhita, Ayu, Shinta, Dwi Putri, Ardita, serta seluruh teman-teman kimia angkatan 44 atas segala dukungan dan doanya, penulis ucapkan terima kasih. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Bogor, Agustus 2011 Retno Wulandari

7 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 12 Juni 1989 dari bapak Suratman dan ibu Endah Triwahyuning. Penulis adalah putri ketiga dari empat bersaudara. Tahun 2007 penulis lulus dari SMA Negeri 3 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama perkuliahan, penulis aktif mengikuti organisasi kemahasiswaan atau Ikatan Mahasiswa Kimia (IMASIKA) menjadi staf bimbingan belajar Avogadro di Departemen PK2M tahun ajaran 2008/2009 dan 2009/2010. Bulan Juli-September 2010 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop Radiasi Badan Tenaga Nuklir Nasional (PATIR-BATAN) Jakarta dengan judul Evaluasi Metode Pengendapan 125 I dengan Pengekstrak Benzena dan Toluena dalam Sampel Air Panas Bumi.

8 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... vii PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA... 1 Polimer...1 UHMWPE...1 HDPE...2 Iradiasi Sinar Gamma...2 METODE... 2 Bahan dan Alat...2 Lingkup Kerja...2 HASIL DAN PEMBAHASAN... 4 Ciri-ciri Fisik Tibial Tray...4 Sifat Mekanik...6 SIMPULAN DAN SARAN... 9 Simpulan...9 Saran...9 DAFTAR PUSTAKA... 9 LAMPIRAN... 11

9 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Anatomi tibial tray dalam sendi lutut tiruan Film UHMWPE metode kempa, HDPE metode kempa, dan HDPE metode pemanasan pada dosis 0 kgy Film UHMWPE metode kempa, HDPE metode kempa, dan HDPE metode pemanasan pada dosis 500 kgy Permukaan HDPE metode kempa pada dosis 0 kgy dan 500 kgy dengan perbesaran 1000 kali Permukaan UHMWPE metode kempa pada dosis 0 kgy dan 500 kgy dengan perbesaran 500 kali Pembentukan ikatan silang Pemutusan rantai Nilai kekerasan UHMWPE metode kempa, HDPE metode kempa, dan HDPE metode pemanasan Difraktogram UHMWPE metode kempa pada dosis 0 kgy dan 500 kgy Difraktogram HDPE metode kempa pada dosis 0 kgy dan 500 kgy Difraktogram HDPE metode pemanasan pada dosis 0 kgy dan 500 kgy Nilai kekuatan tarik UHMWPE metode kempa, HDPE metode kempa, dan HDPE metode pemanasan Nilai persentase perpanjangan putus UHMWPE metode kempa, HDPE metode kempa, dan HDPE metode pemanasan...8 DAFTAR LAMPIRA Halaman 1 Diagram alir penelitian Data nilai kekerasan UHMWPE dan HDPE Data nilai rerata ketebalan, gaya maksimum, dan kekuatan tarik UHMWPE dan HDPE Data nilai panjang sampel saat putus dan persentase perpanjangan putus UHMWPE dan HDPE Data nilai bobot kristalin, bobot amorf, bobot kertas 1 1, dan persentase derajat kristalinitas UHMWPE dan HDPE.. 19

10 PE DAHULUA Peradangan sendi lutut (osteoarthritis) merupakan penyakit yang sering menyerang orang-orang berusia di atas 40 tahun baik lakilaki maupun perempuan sehingga perlu adanya upaya untuk mengembalikan fungsi normal dari sendi tersebut. Salah satu upaya yang dilakukan adalah operasi penggantian sendi lutut menggunakan sendi lutut tiruan (Wang dan Ge 2007). Operasi ini membutuhkan polimer sebagai komponen tibial tray. Tibial tray adalah suatu komponen yang termasuk ke dalam komponen tibial dalam sendi lutut tiruan. Komponen ini terdiri dari suatu bidang (tray) yang membatasi antara permukaan yang lebih kuat dan lebih lemah. Bahan-bahan yang digunakan sebagai tibial tray harus memiliki sifat-sifat tertentu sebagai biomaterial agar memiliki kekuatan mekanik yang baik. Sifat-sifat utama biomaterial adalah biokompatibel, tahan terhadap korosi, biofungsional, memiliki kemampuan proses, dan ketersediaan yang baik (Batista et al. 2004). Telah banyak penelitian yang melaporkan pembuatan tibial tray dari polietilena bobot molekul ultra tinggi (UHMWPE) dengan memodifikasi metode agar dapat meningkatkan ketahanan mekaniknya, diantaranya metode pemanasan dengan iradiasi sinar gamma, metode hamburan elektron (electron beam) (McKellop et al. 1999), serta metode kempa tanpa iradiasi gamma (Wang dan Ge 2007). McKellop et al. (1999) melaporkan bahwa jumlah massa UHMWPE yang hilang terendah menggunakan metode iradiasi sinar gamma dapat mencapai 0.12 mg/10 6 siklus, sedangkan menggunakan metode hamburan elektron dapat mencapai 8.5 mg/10 6 siklus. Wang dan Ge (2007) melaporkan bahwa jumlah massa yang hilang pada UHMWPE setelah siklus dalam uji keausan, yaitu 0.93 mg. Keausan yang rendah pada UHMWPE hasil iradiasi sinar gamma menyebabkan peningkatan ketahanan mekaniknya menjadi lebih baik dibandingkan dengan metodemetode yang lain. Rosario dan Silva (2006) melaporkan bahwa kekerasan UHMWPE semakin meningkat seiring bertambahnya dosis iradiasi pada kisaran kgy dengan nilai kekerasan shore D. Wang dan Ge (2007) menyatakan bahwa pemberian tekanan dalam metode kempa dapat meningkatkan kekerasan dalam UHMWPE. McKellop et al. (1999) juga menyatakan bahwa keausan UHMWPE hasil metode pemanasan dengan iradiasi sinar gamma berkurang seiring bertambahnya dosis iradiasi sehingga kekerasan semakin meningkat. Modifikasi metode dengan iradiasi sinar gamma telah luas digunakan dalam bidang kesehatan dan obat-obatan (Gupta dan Anjum 2003). Selain itu, iradiasi sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi. Dengan demikian, berdasarkan kemiripan sifat, seperti bobot jenis dan titik leleh pada polietilena kerapatan tinggi (HDPE) dibandingkan dengan UHMWPE, serta harganya yang relatif murah dan mudah diperoleh, maka penelitian ini bertujuan memodifikasi metode, seperti metode kempa dan metode pemanasan dengan iradiasi sinar gamma terhadap permukaan HDPE dan UHMWPE agar HDPE dapat digunakan sebagai tibial tray. TI JAUA PUSTAKA Polimer Polimer berasal dari bahasa Yunani yang terdiri dari dua kata, yaitu poly yang berarti banyak dan meros yang berarti bagian atau unit sehingga polimer didefinisikan sebagai molekul besar (makromolekul) yang terbentuk dari susunan ulang unit kimia yang kecil dan sederhana (Billmeyer 1984). Molekul sederhana penyusun polimer dinamakan monomer. Berdasarkan strukturnya, polimer dibagi menjadi tiga macam, yaitu polimer rantai lurus, polimer rantai cabang, dan polimer jaringan (Stevens 2001). Klasifikasi polimer berdasarkan sifat termalnya dibagi menjadi dua, yaitu polimer termoset dan polimer termoplastik (Egen & Zentel 2004). Polimer termoplastik dapat meleleh bila dikan di atas suhu transisi gelas (Tg) dan akan mengeras kembali bila didinginkan, sedangkan polimer termoset tidak dapat meleleh jika dikan (Egen dan Zentel 2004). Contoh polimer termoset, yaitu fenol formaldehida (PF), urea formaldehida (UF), epoksi, poliester tidak jenuh, dan melamin formaldehida (MF). Contoh polimer termoplastik, yaitu polietilena kerapatan rendah (LDPE), HDPE, polipropilena (PP), polivinilklorida (PVC), dan polistirena (PS) (Stevens 2001). UHMWPE UHMWPE adalah material yang sudah umum digunakan sebagai tibial tray dalam

11 2 komponen sendi karena bersifat fleksibel, keras, dan halus. UHMWPE yang banyak digunakan pada komponen sendi lutut tiruan mempunyai berat molekul antara 3 juta dan 6 juta g/mol dengan bobot jenis g/cm 3 dan titik leleh 138 C (Batista et al. 2004). Permukaan yang halus dari UHMWPE dapat menghasilkan gesekan yang rendah dengan material lain sehingga dapat meningkatkan ketahanan mekaniknya. Polimer UHMWPE telah digunakan di bidang ortopedi sebagai tibial tray selama lebih dari 40 tahun (Wahyudianto 2006). Gambar 1 menunjukkan anatomi tibial tray dalam sendi lutut tiruan. Gambar 1 Anatomi tibial tray dalam sendi lutut tiruan (Beyer 2011). HDPE HDPE merupakan polietilena kerapatan tinggi yang mempunyai jumlah rantai cabang sangat sedikit dibandingkan dengan LDPE dan LLDPE sehingga HDPE bersifat semikristalin. Polimer ini memiliki bobot jenis minimum g/cm 3, bobot molekulnya berkisar g/mol, dan titik lelehnya sebesar 135 C (Surdia dan Saito 1995). Polietilena kerapatan tinggi ini akan meleleh pada suhu tinggi dan akan memadat jika suhu lingkungan diturunkan. HDPE juga memiliki kecenderungan untuk mengkerut dan getas selama dicetak sehingga termasuk material yang kritis terhadap cetakan (Sulchan dan Endang 2007). Iradiasi Sinar Gamma Iradiasi sinar gamma merupakan pancaran gelombang elektromagnetik energi tinggi dalam bentuk paket energi (foton) (Ivanov 1992). Sinar gamma umumnya bersumber dari isotop kobalt-60 ( 60 Co) dan mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar UV, yaitu sebesar nm (Harten 1998). Interaksi radiasi gamma dengan materi atau penyerapan energi oleh materi menyebabkan terjadinya efek fotolistrik, hamburan Compton, dan produksi pasangan. Ketiga proses tersebut dapat menghasilkan elektron yang dapat mengeksitasi molekul. Ion yang terbentuk akan cepat berinteraksi dengan elektron yang menyebabkan eksitasi molekul. Molekul yang tereksitasi akan terdisosiasi menjadi radikal bebas. Spesi radikal bebas yang dihasilkan dari iradiasi sinar gamma terhadap polimer memegang peranan penting dalam reaksi seterusnya, yaitu polimer dapat mengalami pemutusan rantai (chain scission) dan polimer dapat membentuk ikatan silang (crosslink). Ikatan silang terbentuk dari suatu proses pemutusan ikatan C-H dalam satu rantai polimer pada fase amorf sehingga membentuk radikal bebas yang mudah bergerak untuk berikatan dengan radikal bebas yang terdapat pada rantai polimer lain, tetapi dalam keadaan yang tidak ada oksigen (Blunn et al. 2002). Ikatan silang pada polimer dapat menghasilkan struktur tiga dimensi sehingga akan meningkatkan kekuatan mekanik, titik leleh, dan bobot molekul seiring meningkatnya dosis iradiasi yang diberikan (Ivanov 1992). Pemutusan rantai adalah suatu proses pemutusan ikatan C-C dengan adanya oksigen sehingga oksigen tersebut berikatan atau menangkap radikal bebas yang dihasilkan (Blunn et al. 2002). METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk UHMWPE (bobot molekul 3-6 juta g/mol) dan butiran HDPE. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tabung kaca, wadah cetakan besar berbentuk kotak, gegep, alumunium foil, tanur, alat pemotong, alat kempa, alat kempa dingin, alat pencetak dumbel, mikrometer sekrup, alat uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus Toyoseiki, alat uji kekerasan Zwick shore A, alat difraksi sinar-x (XRD) Shimadzu, alat mikroskop elekron payaran (SEM), dan alat iradiator panorama serbaguna (IPRASENA) Irka. Lingkup Kerja Penelitian ini terbagi menjadi dua tahapan, yaitu tahap pertama yang terdiri dari pembuatan film tibial tray dari UHMWPE dan HDPE dengan metode kempa dan metode pemanasan kemudian diiradiasi sinar gamma, serta dilakukan juga analisis mikrostrukturnya dengan SEM. Tahap kedua adalah pengujian sifat mekanik, meliputi pengujian kekerasan, kekuatan tarik,

12 3 perpanjangan putus, dan analisis derajat kristalinitas dengan XRD (Lampiran 1). Pembuatan Film Tibial Tray Metode Panas (Modifikasi Wang dan Ge 2007) Wadah cetakan berbentuk persegi dengan panjang sisi 20 cm dan tebal 0.5 mm disiapkan kemudian diisi serbuk UHMWPE sebanyak 12 g di bagian tengah cetakan pada suhu ruang. Sampel dalam cetakan tersebut dimasukkan dalam alat kempa dan dikan dengan suhu tinggi sebesar 180 C selama 3 menit. Kemudian ditekan dengan tekanan sebesar 200 kg/cm 2 dan dipertahankan selama 3 menit. Setelah itu, sampel dikeluarkan dari alat kempa dan dimasukkan ke dalam alat kempa dingin selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari wadah cetakan. Sampel berbentuk persegi tersebut dibuat sebanyak tujuh buah. Sampel-sampel kemudian dicetak di alat pencetak dumbel sehingga berbentuk dumbel yang sesuai standar ASTM D sebanyak 25 buah film uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus, dan ada juga yang dipotong berbentuk persegi dengan panjang sisi 3.5 cm sebanyak 60 buah film untuk uji kekerasan. Hal yang sama juga dilakukan terhadap film HDPE. Metode Pemanasan (Modifikasi McKellop et al. 1999) Satu buah tabung kaca disiapkan lalu dilapisi dengan aluminium foil pada bagian bawah dan dalam tabung. Tabung tersebut diisi HDPE sebanyak 10 g. Wadah cetakan besar berbentuk kotak disiapkan kemudian dilapisi dengan aluminium foil hingga seluruh wadah tertutup. Wadah tersebut diisi sedikit demi sedikit secara merata dengan HDPE sebanyak 60 g sehingga bagian dasar wadah tertutup. Tabung kaca dan wadah cetakan yang telah diisi HDPE dikan di atas titik lelehnya pada suhu 180 C selama 4 jam di dalam tanur. Setelah dikan, sampel tersebut didinginkan secara perlahan pada suhu ruang sehingga sampel keras. Sampel yang berada di dalam tabung dipotong-potong berbentuk lingkaran berdiameter 3 cm sebanyak 5 bagian sehingga bobot masing-masing film sebesar 2 g dengan tebal 6 mm untuk uji kekerasan. Sampel yang berada dalam wadah kotak dicetak dengan alat pencetak dumbel sehingga berbentuk dumbel yang sesuai standar ASTM D sebanyak 25 buah film untuk uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus. Iradiasi Sinar Gamma Film HDPE dan UHMWPE dimasukkan ke dalam ampul kemudian diiradiasi sinar gamma (γ) dengan sumber yang berasal dari isotop 60 Co. Iradiasi dilakukan dalam media udara dengan alat iradiator panorama serbaguna (IPRASENA) Irka selama selang waktu dan jarak tertentu dari sumber radiasi. Ragam dosis yang digunakan dalam metode ini, yaitu 0, 100, 200, 300, dan 500 kgy. Analisis Mikrostruktur Permukaan dengan SEM Film HDPE atau UHMWPE dengan ukuran tertentu disalut emas dalam keadaan vakum selama waktu dan kuat arus tertentu dengan penyalut ion. Setelah itu, film dimasukkan pada tempat sampel dalam alat SEM dengan tegangan tertentu. Gambar yang dihasilkan berupa gambar topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang pada permukaan. Gambar tersebut dapat diamati di layar monitor dengan perbesaran tertentu yang dapat diatur. Pengujian Kekerasan (ASTM D ) Film diukur tebalnya dengan ketebalan minimal sebesar 6 mm. Film diletakkan di atas meja atau tempat yang rata kemudian alat uji kekerasan Zwick shore A diletakkan di atas sampel. Lalu baja seberat 1 kg diletakkan di atas alat tersebut selama 15 detik kemudian diukur nilai kekerasannya. Besarnya nilai kekerasan ditentukan dari nilai skala yang ditunjuk oleh jarum yang bergerak dalam alat tersebut. Nilai skala uji kekerasan shore A berkisar antara Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali ulangan. Nilai kekerasan shore A dikonversi ke dalam shore D. Pengujian Kekuatan Tarik dan Perpanjangan Putus (ASTM D ) Film dibentuk dumbel dengan ukuran panjang sebesar 63.5 mm, lebar sebesar 10 mm, dan lebar bagian tengah dumbel sebesar 3 mm. Bagian tengah dumbel ditandai dengan dua titik yang berjarak 1 cm. Kemudian film diukur ketebalannya terlebih dahulu dengan mikrometer sekrup sebanyak 3 kali ulangan. Setelah itu, film dijepit diantara kedua pendulum dalam alat Toyoseiki. Tanda dua titik di bagian tengah dumbel dipastikan berada di tengah kedua pendulum tersebut

13 4 untuk pengukuran perpanjangan putus. Kemudian sampel ditarik sampai putus dengan kecepatan 100 mm/menit sehingga dapat diketahui besarnya gaya maksimum dan panjang sampel saat putus. Pengukuran dilakukan sebanyak lima kali ulangan. Kekuatan tarik dan persentase perpanjangan putus dihitung menggunakan Persamaan 1 dan 2. Keterangan: = kekuatan tarik (kg/cm ) = gaya maksimun (kg) = luas penampang sampel (cm 2 ) = 0,3 = rataan ketebalan sampel (cm) % % 100%...2 = persentase perpanjangan putus (%) = pertambahan panjang sampel (cm) = (cm) (cm) = panjang sampel saat putus (cm) = panjang sampel awal (cm) Analisis Derajat Kristalinitas dengan XRD Film HDPE atau UHMWPE dengan ukuran tertentu ditempelkan pada tempat sampel dalam alat XRD dengan perekat ganda yang kemudian diletakkan pada guaniometer dan dirotasikan pada sudut kalibrasi (2θ) 15 ertentu. Hasil yang 30 selama waktu diperoleh berupa difraktogram dan dapat diamati di layar monitor. Persentase derajat kristalinitas dapat ditentukan dari difraktogram hasil XRD melalui Persamaan 3: Keterangan: = derajat kristalinitas (%) = luas daerah kristalin (cm 2 ) = luas daerah amorf (cm 2 ) HASIL DA PEMBAHASA Ciri-ciri Fisik Tibial Tray %...3 Tibial tray UHMWPE dan HDPE yang dihasilkan dari kedua metode menunjukkan ciri-ciri fisik permukaan yang berbeda. Ada perbedaan warna yang signifikan dari kedua polimer pada dosis 0 kgy dan 500 kgy. UHMWPE hasil metodee kempa pada dosis 0 kgy berwarna putih yang sedikit transparan (Gambar 2a), sedangkan HDPE dengan metode yang sama berwarna putih pekat (Gambar 2b). Polimer HDPE hasil metode pemanasan pada dosis 0 kgy juga berwarna putih, tetapi lebih pekat dari HDPE hasil metode kempa (Gambar 2c). (a) (b) (c) Gambar 2 Film UHMWPE metode kempa (a), HDPE metode kempa (b), dan HDPE metode pemanasan (c) pada dosis 0 kgy. Warna UHMWPE dan HDPE hasil kedua metode setelah diiradiasi pada dosis 500 kgy berubah menjadi warna coklat. Warna coklat pada UHMWPE hasil metode kempa masih sedikit transparan (Gambar 3a), dibandingkan dengan HDPE yang berwarna coklat pekat (Gambar 3b). Namun, HDPE hasil metode pemanasann memiliki warna coklat yang lebih pekat dibandingkan dengan HDPE hasil metode kempa (Gambar 3c). (a) (b) (c) Gambar 3 Film UHMWPE metode kempa (a), HDPE metode kempa (b), dan HDPE metode pemanasan (c) pada dosis 500 kgy. Perubahan warna polimer dari putih menjadi coklat dipengaruhi oleh pemanasan yang dilakukan sebelum iradiasi dan saat iradiasi sinar gamma. Berdasarkan Sulchan dan Endang (2007), HDPE memiliki sifat tahan terhadap suhu tinggi, keras, buram, dan kurang tembus cahaya. Hal ini menyebabkan pemanasan menjadi tidak merata ke seluruh bagian HDPE pada metode pemanasan sehingga yang dihasilkan saat iradiasi hanya terjadi di permukaan saja. Hal ini berbeda dengan HDPE dan UHMWPE yang dihasilkan dari metode kempa, pada metode kempa polimer diberi tekanan selama pemanasan sehingga saat iradiasi, nya tidak hanya di permukaan, tetapi juga ke seluruh bagian polimer. Oleh karena

14 5 itu, warna coklat HDPE hasil metode pemanasan lebih pekat dibandingkan dengan UHMWPE dan HDPE metode kempa. Iradiasi sinar gamma mengubah sifat-sifat fisik permukaan polimer secara signifikan baik warna maupun struktur permukaannya. Pembentukan radikal bebas menjadi sumber terjadinya perubahan struktur kimia dan perubahan sifat-sifat polimer (Ivanov 1992). Mikroskop elektron payaran (SEM) digunakan untuk mengamati perubahan struktur dari permukaan polimer akibat iradiasi sinar gamma. HDPE hasil metode kempa pada dosis 0 kgy terlihat kasar dan tidak homogen karena masih terdapat banyak butiran di permukaan (Gambar 4a), sedangkan pada dosis 5000 kgy butiran-butiran sedikit berkurang sehingga cenderung lebih homogen (Gambar 4b). Permukaan UHMWPE pada dosis 0 kgy tampak halus, licin, dan lebih homogen dibandingkan dengan HDPE, tetapi masih terlihat adanya sedikit butiran (Gambar 5a). Seiring bertambahnya dosis iradiasi, butiran-butiran pada permukaan UHMWPE yang diberi dosis 500 kgy semakin berkurang sehingga permukaannya menjadi lebih homogen, halus, dan licin (Gambar 5b). Batista et al. (2004) menyatakan bahwa permukaan yang licin dan halus dari UHMWPE dapat menghasilkan gesekan yang rendah dengan material lain sehingga dapat meningkatkan ketahanan mekaniknya. (a) (b) Gambar 4 Permukaan HDPE metode kempa pada dosis 0 kgy (a) dan 500 kgy (b) dengan perbesaran 1000 kali. Butiran yang terdapat di permukaan menunjukkan adanya gelembung udara yang terjebak di dalam polimer akibat proses pemanasan pada suhu tinggi (Billmeyer 1984). Metode kempa adalah metode kompaksi yang dilakukan pada suhu tinggi untuk menghasilkan suatuu proses pemadatan polimer yang sempurna (Rusianto 2009), sedangkan metode pemanasan merupakan metode yang dilakukan pada suhu tinggi, tetapi tidak diberi tekanan. Pemberian tekanan pada metode kempa sebesar 200 kg/cm 2 setelah pemanasan yang tidak berlangsung lama pada serbuk halus UHMWPE menyebabkan pemanasan menjadi merata ke seluruh bagian sehingga gelembung udara yang terjebak, seperti oksigen di permukaan sangat sedikit dan homogen. Hal ini berbeda dengan HDPE karena HDPE yang digunakan masih berupa butiran sehingga luas permukaannya menjadi lebih kecil dari UHMWPE. Luas permukaan yang kecil dan sifat HDPE yang tahan terhadap suhu tinggi menyebabkan gelembung udara yang terjebak di permukaan banyak dan HDPE menjadi kurang homogen. Oksigen yang terdapat pada gelembung udara tersebut berperan sebagai penangkap radikal bebas saat iradiasi sehingga menghambat terbentuknya ikatan silang (Blunn et al. 2002). Oksigen yang kemungkinan terjebak pada permukaan UHMWPE, serta proses iradiasi sinar gamma yang berlangsung dalam media udara mengakibatkann terganggunya pembentukan ikatan silang dan UHMWPE dapat mengalami pemutusan rantai seiring bertambahnya dosis iradiasi (Stephens 2009). Gambar 6 menunjukkan proses pembentukan ikatan silang. HDPE hasil metode kempa juga dapat menghasilkan ikatan silang, tetapi kemungkinan terbentuknya ikatan silang lebih sedikit dari UHMWPE. Hal ini disebabkan oleh banyaknya oksigen yang terjebak di permukaan HDPE sehingga polimer tersebut lebih cepat mengalami pemutusan rantai dibandingkan dengan UHMWPE (Gambar 7). (a) (b) Gambar 5 Permukaan UHMWPE metode kempa pada dosis 0 kgy (a) dan 500 kgy (b) dengan perbesaran 500 kali. Gambar 6 Pembentukan ikatan silang (Lewis 2001).

15 6 Gambar 7 Pemutusan rantai (Lewis 2001). Kekerasan Sifat Mekanik Kekerasan adalah ketahanan suatu material terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan, pantulan, dan indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji (Yuwono 2009). Kekerasan merupakan salah satu sifat bahan yang sangat penting dan sudah sering digunakan sebagai indikator untuk ketahanan aus polimer (Wang dan Ge 2007). Pengukuran kekerasan menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kekerasan dengan meningkatnya dosis iradiasi baik pada UHMWPE maupun HDPE. Hasil ini sesuai dengan laporan Rosario dan Silva (2006) yang menyatakan bahwa nilai kekerasan UHMWPE semakin tinggi seiring bertambahnya dosis iradiasi dan berada pada kisaran shore D. Nilai kekerasan UHMWPE hasil metode kempa berada pada kisaran shore D, HDPE yang dihasilkan dari metode kempa berada pada kisaran shore D, dan HDPE hasil metode pemanasan berada pada kisaran shore D (Gambar 8). Nilai kekerasan yang diperoleh dari ketiga polimer tersebut masih lebih kecil dari hasil laporan Rosario dan Silva (2006). Lampiran 2 menunjukkan perhitungan nilai kekerasan UHMWPE dan HDPE. Nilai Kekerasan (shore D) 46, , , Dosis Radiasi (kgy) Gambar 8 Nilai kekerasan UHMWPE ( ), HDPE ( ), metode kempa (-), dan metode pemanasan (-). Peningkatan nilai kekerasan kedua polimer disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu kemungkinan terbentuknya ikatan silang dan pemutusan rantai. Ikatan silang menyebabkan susunan rantai acak yang berada di daerah amorf menjadi teratur sehingga polimer menjadi lebih keras. Pemutusan rantai juga dapat meningkatkan kekerasan karena oksigen menangkap radikal bebas hasil iradiasi sinar gamma sehingga polimer mengalami suatu proses oksidasi dan menghasilkan senyawa hidroperoksida yang dapat menyebabkan putusnya ikatan C-C dan membentuk kristal baru (Stephens 2009). Kristal-kristal inilah yang menyebabkan kekerasan juga semakin meningkat. Nilai kekerasan UHMWPE lebih besar dari HDPE hasil kedua metode karena kemungkinan terbentuknya ikatan silang pada polimer tersebut lebih banyak sehingga pemutusan rantai yang terjadi seiring bertambahya dosis iradiasi masih lebih lama dibandingkan dengan HDPE. Oleh karena itu, UHMWPE masih lebih keras dari HDPE, tetapi peningkatan kekerasan HDPE hasil metode kempa tidak berbeda jauh dengan UHMWPE. Bobot molekul juga mempengaruhi besarnya nilai kekerasan pada UHMWPE dan HDPE. Bobot molekul yang sangat tinggi pada UHMWPE menyebabkan rantai polimer yang dihasilkan dari iradiasi sinar gamma menjadi lebih panjang, sedangkan bobot molekul HDPE yang lebih kecil dari UHMWPE menghasilkan rantai polimer yang lebih pendek dari UHMWPE. Rantai polimer UHMWPE yang lebih panjang dari HDPE membuktikan bahwa UHMWPE mengalami proses pemutusan rantai yang lebih lama dibandingkan HDPE sehingga UHMWPE masih lebih keras dan lebih mampu dalam menahan gaya penekanan dari material lain yang lebih berat. Pemutusan rantai yang berlangsung secara perlahan pada kisaran dosis kgy menyebabkan kenaikan kekerasan yang dihasilkan dari kedua polimer tidak signifikan. Kenaikan kekerasan yang tidak signifikan juga dapat dilihat dari difraktogram hasil XRD. Ada dua jenis puncak yang dihasilkan dari difraktogram, yaitu puncak yang tajam dan puncak yang lebar. Puncak yang tajam menggambarkan daerah kristalin, sedangkan puncak yang lebar menggambarkan daerah amorf. Puncak-puncak tersebut muncul dalam difraktogram karena polimer UHMWPE dan HDPE merupakan polimer yang semikristalin (Bambang 2011).

16 7 Intensitas daerah amorf UHMWPE hasil metode kempa pada dosis 0 kgy terlihat tinggi (Gambar 9a), tetapi setelah diiradiasi pada dosis 500 kgy, intensitas daerah amorfnya berkurang atau lebih rendah (Gambar 9b). Penurunan intensitas daerah amorf menunjukkan bahwa UHMWPE semakin keras dan kristalin akibat terbentuknya ikatan silang dan pemutusan rantai, tetapi penurunannya tidak signifikan. Penurunan intensitas daerah amorf yang tidak signifikan disebabkan oleh pemutusan rantai pada kisaran dosis kgy terjadi secara perlahan (Kim dan Nho 2009). Oleh karena itu, kenaikan kekerasannya pun tidak signifikan. Intensitas Intensitas Ө (a) 2Ө (b) Gambar 9 Difraktogram UHMWPE metode kempa pada dosis 0 kgy (a) dan 500 kgy (b). HDPE hasil metode kempa juga mengalami hal yang sama dengan UHMWPE, tetapi intensitas daerah amorf pada dosis 0 kgy terlihat lebih rendah dari UHMWPE (Gambar 10a). Setelah diiradiasi pada dosis 500 kgy, intensitas daerah amorf juga semakin berkurang (Gambar 10b). Intensitas daerah amorf HDPE hasil metode pemanasan pada dosis 0 kgy terlihat sangat rendah (Gambar 11a). Semakin naiknya dosis iradiasi, yaitu pada dosis 500 kgy, intensitasnya menjadi semakin rendah (Gambar 11b). Intensitas daerah amorf HDPE metode pemanasan setelah iradiasi sangat rendah karena HDPE tersebut sangat mudah mengalami pemutusan rantai akibat oksigen yang terjebak pada permukaan sangat banyak dan kemungkinan tidak ada ikatan silang yang terbentuk. Oleh karena itu, HDPE hasil metode pemanasan lebih cepat kristalin dibandingkan dengan HDPE dan UHMWPE hasil metode kempa. Intensitas Intensitas (a) 2Ө (b) Gambar 10 Difraktogram HDPE metode kempa pada dosis 0 kgy (a) dan 500 kgy (b). Intensitas Intensitas Ө Ө (a) 2Ө (b) Gambar 11 Difraktogram HDPE metode pemanasan pada dosis 0 kgy (a) dan 500 kgy (b). Kekuatan Tarik, Perpanjangan Putus, dan Derajat Kristalinitas Uji tarik suatu bahan dapat memberikan informasi mengenai sifat mekanik, seperti kuat tarik dan perpanjangan putus. Kekuatan tarik menggambarkan kekuatan tegangan maksimum suatu material untuk menahan gaya tarik yang diberikan, sedangkan perpanjangan putus menggambarkan kemampuan material dalam menahan deformasi hingga terjadinya perpatahan. Perpatahan material hasil pengujian tarik ada dua macam, yaitu perpatahan ulet dan perpatahan getas. Perpatahan ulet lebih disukai karena bahan yang ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan terlebih dahulu sebelum terjadinya perpatahan (Yuwono 2009). Pengukuran kuat tarik

17 8 menunjukkan bahwa terjadi penurunan kuat tarik dengan meningkatnya dosis iradiasi baik UHMWPE maupun HDPE dari kedua metode. Bobot molekul mempengaruhi kekuatan tarik dan perpanjangan putus pada polimer (Mark 1999). Bobot molekul yang sangat besar pada UHMWPE menyebabkan rantai polimer hasil iradiasi sinar gamma menjadi lebih panjang (Blunn et al. 2002). Bobot molekul HDPE yang lebih kecil mengakibatkan rantai polimer HDPE lebih pendek dari UHMWPE, namun rantai polimer HDPE hasil metode pemanasan masih lebih pendek dari HDPE hasil metode kempa. Rantai polimer yang panjang dari UHMWPE menyebabkan nilai kuat tariknya lebih besar dari HDPE hasil metode kempa dan rantai polimer HDPE hasil metode pemanasan yang sangat pendek menyebabkan nilai kuat tariknya paling kecil (Gambar 12). Seiring meningkatnya dosis iradiasi, maka rantai polimer semakin lama semakin pendek karena adanya pemutusan rantai sehingga nilai kekuatan tariknya semakin lama semakin menurun. Dengan kata lain, pemutusan rantai dapat meningkatkan kekerasan sekaligus menurunkan kekuatan tarik karena kristal yang terbentuk merupakan gabungan kristal hasil pemutusan ikatan C-C yang berikatan dengan oksigen. Penurunan kuat tarik terjadi secara tidak signifikan karena pemutusan rantai juga terjadi secara perlahan pada kisaran dosis yang digunakan. Lampiran 3 menunjukkan perhitungan nilai kuat tarik yang diperoleh UHMWPE dan HDPE. Nilai Kekuatan Tarik (kg/cm 2 ) Dosis Radiasi (kgy) Gambar 12 Nilai kekuatan tarik UHMWPE ( ), HDPE ( ), metode kempa (-), dan metode pemanasan (-). Pengukuran persentase perpanjangan putus juga menunjukkan hal yang sama, yaitu semakin meningkatnya dosis iradiasi yang diberikan, maka semakin berkurang persentase perpanjangan putusnya. Berkurangnya persentase perpanjangan putus membuktikan bahwa polimer semakin getas akibat adanya pemutusan rantai. UHMWPE getas pada dosis 500 kgy, HDPE hasil metode kempa mulai getas pada dosis 200 kgy, dan HDPE hasil metode pemanasan mulai getas pada dosis 100 kgy (Gambar 13). Terjadinya kegetasan dapat dilihat dari persentase perpanjangan putus yang bernilai 0%. Berdasarkan hasil tersebut UHMWPE mengalami perpatahan ulet dan tidak mudah getas dibandingkan dengan HDPE. Lampiran 4 menunjukkan perhitungan persentase perpanjangan putus yang diperoleh UHMWPE dan HDPE. Perpanjangan Putus (%) Dosis Radiasi (kgy) Gambar 13 Nilai persentase perpanjangan putus UHMWPE ( ), HDPE ( ), metode kempa (-), dan metode pemanasan (-). Persentase perpanjangan putus yang diperoleh UHMWPE menurun dari 350% ke 0% pada kisaran dosis kgy. Hasil tersebut tidak berbeda jauh dengan laporan Rosario dan Silva (2006) yang menyatakan bahwa persentase perpanjangan putus UHMWPE menurun dari 248% ke 30% pada kisaran dosis radiasi kgy sehingga kekuatan tariknya juga menurun. Sedikitnya oksigen yang terjebak pada permukaan UHMWPE menyebabkan polimer tersebut mengalami pemutusan rantai yang lebih lama dibandingkan dengan HDPE sehingga UHMWPE memiliki nilai kuat tarik yang paling besar dan lebih mampu dalam menahan gaya tarikan dari material lain yang lebih berat. Oleh karena itu, UHMWPE mulai getas pada dosis 500 kgy. Hal ini berbeda dengan HDPE dari kedua metode. HDPE hasil metode kempa lebih mudah mengalami pemutusan rantai dibandingkan dengan UHMWPE karena oksigen yang terjebak pada permukaan lebih banyak sehingga kemungkinan terbentuknya ikatan silang lebih sedikit dari UHMWPE. Hal ini menyebabkan HDPE tersebut masih kurang mampu dalam menahan gaya tarikan dari material lain yang lebih berat, nilai kuat tariknya lebih kecil dibandingkan dengan

18 9 UHMWPE, dan mulai getas pada dosis 200 kgy. HDPE hasil metode pemanasan tidak terbentuk ikatan silang dan sangat kristalin. Kristalinitas yang tinggi akibat pemutusan rantai menyebabkan HDPE hasil metode pemanasan memiliki nilai kuat tarik paling kecil sehingga HDPE tersebut sangat mudah getas setelah diiradiasi. Hasil ini sesuai dengan laporan Rosario dan Silva (2006) yang melaporkan bahwa semakin kecil kekuatan tarik dan perpanjangan putusnya, maka polimer semakin getas seiring bertambahnya dosis iradiasi. Nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putus yang semakin menurun juga dipengaruhi oleh faktor derajat kristalinitas yang semakin meningkat. Derajat kristalinitas adalah derajat kemungkinan terbentuknya susunan kristal dalam bentuk rantai (Bambang 2011). Sifat kristalinitas yang tinggi menyebabkan tegangan yang tinggi dan kaku (Agusnar 2004). Difraksi sinar-x (XRD) digunakan untuk menentukan derajat kristalinitas polimer. Persentase derajat kristalinitas UHMWPE hasil metode kempa pada dosis 0 kgy sebesar 52.07%, sedangkan pada dosis 500 kgy sebesar 59.70%. Persentase derajat kristalinitas HDPE hasil metode kempa juga semakin meningkat dan lebih besar dari UHMWPE, yaitu 67.11% pada dosis 0 kgy dan 68.75% pada dosis 500 kgy. Kenaikan derajat kristalinitas juga terjadi pada HDPE hasil metode pemanasan dan memiliki nilai yang paling besar, yaitu 69.96% pada dosis 0 kgy dan 79.15% pada dosis 500 kgy. Hasil ini sesuai dengan laporan Kim dan Nho (2009) yang menyatakan bahwa semakin tinggi dosis iradiasi, maka semakin tinggi derajat kristalinitasnya. Lampiran 5 menunjukkan perhitungan persentase derajat kristalinitas yang diperoleh UHMWPE dan HDPE. Derajat kristalinitas HDPE hasil metode pemanasan memiliki persentase yang paling besar dibandingkan dengan UHMWPE dan HDPE hasil metode kempa karena daerah amorf HDPE pada dosis 0 kgy sangat sedikit atau lebih kristalin sehingga HDPE tersebut sangat mudah terjadi pemutusan rantai. Hal ini disebabkan oleh oksigen yang terjebak sangat banyak baik pada daerah kristalin maupun daerah amorf sehingga oksigen tidak hanya menyerang radikal bebas di daerah kristalin saja, melainkan juga di daerah amorf. Proses tersebut menyebabkan adanya oksidasi pada polimer sehingga menghasilkan senyawa hidroperoksida yang dapat menyebabkan pemutusan rantai dan menghasilkan kristal baru (Stephens 2009). Semakin tinggi kristalinitas akibat pemutusan rantai, maka HDPE menjadi semakin keras, tetapi mudah rapuh atau getas. Hasil ini sesuai dengan pernyataan Sulchan dan Endang (2007) yang menyatakan bahwa HDPE memiliki kecenderungan untuk mengkerut dan getas selama dicetak sehingga termasuk material yang kritis terhadap cetakan. Faktor jenis ikatan dan struktur rantai juga mempengaruhi kristalinitas polimer (Agusnar 2004). Rantai polimer HDPE hasil metode kempa yang lebih pendek dari UHMWPE menyebabkan rantai polimer lebih cepat berkurang akibat adanya pemutusan rantai. Oleh karena itu, HDPE lebih cepat menjadi kristalin, derajat kristalinitasnya lebih besar, dan termasuk material yang lebih keras dan rapuh dibandingkan dengan UHMWPE. SIMPULA DA SARA Simpulan UHMWPE yang dihasilkan dari metode kempa dan HDPE yang dihasilkan dari metode kempa dan metode pemanasan belum dapat meningkatkan ketahanan mekanik yang baik, dilihat dari menurunnya nilai kuat tarik dan persentase perpanjangan putus pada kisaran dosis kgy. Nilai peningkatan kekerasan HDPE hasil metode kempa yang mendekati UHMWPE membuat HDPE memiliki potensi untuk dijadikan sebagai tibial tray menggunakan metode tersebut dibandingkan dengan metode pemanasan. Saran Perlu dilakukan homogenisasi sebelum dicetak menjadi tibial tray, iradiasi sinar gamma dalam keadaan vakum, dan dosis yang lebih tinggi terhadap HDPE baik metode pemanasan maupun metode kempa karena pembentukan ikatan silang merupakan faktor penting dalam tibial tray. Selain itu, perlu dilakukan pengujian untuk membuktikan adanya ikatan silang atau pemutusan rantai. DAFTAR PUSTAKA Agusnar H Penentuan derajat kristalinitas larutan kitin dengan variasi

19 10 waktu penyimpanan menggunakan difraksi sinar-x (XRD). Sains Kimia 8: [ASTM] American Society for Testing and Materials Tensile-Impact Energy to Break Plastics and Electrical Insulating Materials. Philadelphia: ASTM; (ASTM Standard: D ). [ASTM] American Society for Testing and Materials Rubber Property- Durometer Hardness. Philadelphia: ASTM; (ASTM Standard: D ). Bambang E Pengaruh variasi temperatur pada proses plastic injection molding jenis RN. 350 dengan bahan baku polypropylene murni, campuran polypropylene, polyethylene, dan polystyrene [skripsi]. Medan: Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Batista G, Ibarra M, Ortiz J, Villegas M Engineering biomechanics of knee replacement. Engineering Mechanics 1: Beyer A Arthroscopic surgery [terhubung berkala]. [5 Februari 2011]. Billmeyer FW Text Book of Polymer Science. New York: John Willey and Sons. Blunn et al Ultrahigh molecular weight polyethylene (uhmwpe) in total knee replacement: fabrication, sterilisation and wear. Journal of Bone and Joint Surgery 84: Egen M, Zentel R Surfactant free emulsion polymerization of various methacrylates; towards monodisperse colloids for polymer opals. Macromolecule Chemistry Physical 205: Gupta B, Anjum N Plasma and radiation-induced graft modification of polymers for biomedical applications. Adv. Polymer Science 162: Harten AV Mutation Breeding, Theory, and Practical Application. London: Cambridge University Pr. Ivanov VS Radiation Chemistry of Polymers. Netherland: VCP BV. Kim S, Nho YC Controlling of Degradation Effects in Radiation Processing of Polymers. Austria: IAEA. Lewis G Properties of crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene. Biomaterials 22: Mark JE Polymer Data Handbook. New York: Oxford University. McKellop et al Development of an extremely wear resistant ultrahigh molecular weight polyethylene for total hip replacements. Journal Orthop Res 17: Rosario SC, Silva LGA Characterization of the virgin and recycled ultra high molecular weight polyethylene irradiated [tesis]. Brazil: Cidade University. Rusianto T Hot pressing metalurgi serbuk alumunium dengan variasi suhu pemanasan. Teknologi 2: Stevens MP Kimia Polimer. Jakarta: Pradnya Paramita. Stephens CP Morphological characterization of irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) [disertasi]. Knoxville: University of Tennessee. Sulchan M, Endang NW Keamanan pangan kemasan plastik dan styrofoam [tesis]. Semarang: Program Pascasrjana, Universitas Diponegoro. Surdia, Saito Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramita. Wahyudianto AFX Pengaruh implantasi ion berbasis nitrogen pada cobalt chrome alloy terhadap sifat keausan die drawn GUR 1120 UHMWPE [tesis]. Yogyakarta: Program Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada. Wang S, Ge S The mechanical property and tribological behavior of UHMWPE: effect of molding pressure. Wear 263: Yuwono AH Karakterisasi Material Pengujian Merusak (Destructive Testing). Jakarta: UI Pr.

20 LAMPIRA

21 12 Lampiran 1 Diagram alir penelitian Pembuatan film tibial tray HDPE UHMWPE Metode pemanasan Metode kempa Dikan dalam tanur pada suhu 180 C selama 4 jam Dikan dalam alat kempa pada suhu 180 C selama 3 menit lalu ditekan dengan tekanan 3000 psi selama 3 menit Didinginkan pada suhu ruang Didinginkan dalam alat kempa dingin pada suhu ruang (25 C) selama 10 menit Dicetak dengan bentuk sesuai uji ketahanan mekanik masing-masing Dicetak dengan bentuk sesuai uji ketahanan mekanik masingmasing Iradiasi sinar gamma 0, 100, 200, 300, dan 500 kgy Analisis mikrostruktur permukaan dengan SEM Pengujian kekuatan kekerasan, kekuatan tarik, perpanjangan putus, dan analisis derajat kristalinitas dengan XRD

22 13 Lampiran 2 Data Nilai Kekerasan UHMWPE dan HDPE Sampel HDPE UHMWPE Metode Pemanasan Dosis Nilai kekerasan (shore A) Rerata iradiasi (shore D) (kgy) ,

23 14 Lampiran 3 Data Nilai Rerata Ketebalan, Gaya Maksimum, dan Kekuatan Tarik UHMWPE dan HDPE ilai rerata ketebalan ( ) Sampel HDPE UHMWPE Metode Pemanasan Dosis Rerata ketebalan (cm) iradiasi (kgy) ilai gaya maksimum (F) Sampel HDPE Metode Pemanasan Dosis Gaya maksimum (kg) iradiasi (kgy)

24 15 Lanjutan Lampiran 3 ilai gaya maksimum (F) Sampel UHMWPE Metode Dosis Gaya maksimum (kg) iradiasi (kgy) ilai kekuatan tarik ( ) Sampel HDPE UHMWPE Metode Pemanasan Dosis Kekuatan tarik (kg/cm 2 ) iradiasi (kgy)

25 16 Lanjutan Lampiran 3 ilai rerata kekuatan tarik ( ) Sampel Metode Dosis iradiasi (kgy) Rerata (kg/cm 2 ) HDPE UHMWPE Pemanasan Contoh perhitungan HDPE metode pemanasan pada dosis iradiasi 0 kgy: Kekuatan tarik = = = (. ). (.. ) = kg/cm 2 Rerata kekuatan tarik = ( ) = (.. ) / = kg/cm 2

26 17 Lampiran 4 Data Nilai Panjang Sampel saat Putus dan Persentase Perpanjangan Putus UHMWPE dan HDPE ilai panjang sampel saat putus (L 1 ) Panjang sampel awal = = 1 cm Sampel HDPE UHMWPE Metode Pemanasan Dosis iradiasi Panjang sampel saat putus (cm) (kgy) ilai persentase perpanjangan putus (%E) Sampel HDPE Metode Pemanasan Dosis Perpanjangan putus (%) iradiasi Rerata (%) (kgy)

27 18 Lanjutan Lampiran 4 ilai persentase perpanjangan putus (%E) Sampel UHMWPE Metode Dosis Perpanjangan putus (%) iradiasi Rerata (%) (kgy) Contoh perhitungan HDPE metode pemanasan pada dosis iradiasi 0 kgy: Perpanjangan Putus = 100% = ( ) ( ) 100% = (.. ). = 20.00% 100% Rerata perpanjangan putus = = ( )% (..... )% = 20.00%

28 19 Lampiran 5 Data Nilai Bobot Kristalin, Bobot Amorf, Bobot Kertas 1 1, dan Persentase Derajat Kristalinitas UHMWPE dan HDPE ilai bobot kristalin, bobot amorf, dan bobot kertas 1 1 Sampel Metode Dosis iradiasi (kgy) Bobot kristalin (g) Bobot kristalin + amorf (g) Bobot kertas 1 1 (g/cm 2 ) HDPE Pemanasan UHMWPE ilai persentase derajat kristalinitas Sampel Metode Dosis iradiasi (kgy) Luas kristalin (cm 2 ) Luas kristalin + amorf (cm 2 ) Derajat kristalinitas (%) HDPE UHMWPE Pemanasan ,