BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Bahan cetak dapat dikelompokkan sebagai reversibel atau ireversibel, berdasarkan pada cara bahan tersebut mengeras. Istilah ireversibel menunjukkan bahwa reaksi kimia telah terjadi; sehingga, bahan tidak dapat diubah kembali ke keadaan semula pada klinik dokter gigi. Misalnya, hidrokoloid alginat, pasta cetak oksida seng eugenol (OSE), dan plaster of Paris mengeras dengan reaksi kimia, sedang bahan cetak elastomerik mengeras dengan polimerisasi. Sebaliknya, reversibel berarti bahan tersebut melunak dengan pemanasan dan memadat dengan pendinginan, tanpa terjadi perubahan kimia. 1 2.1 Alginat Alginat adalah material cetakan gigi yang paling banyak digunakan. Bahan utama alginat adalah salah satu soluble alginat. Alginat merupakan kopolimer linear yang mengandung banyak asam uronat yaitu β-d asam mannuronat dan α-l asam guluronat. 2 Asam anhydro-β-d mannuronic disebut juga asam alginik, yang rumus strukturnya terlihat dalam Gambar 3. 1 Alginat berfungsi untuk membuat duplikasi jaringan rongga mulut dengan baik dan akurat. Bubuk alginat mengandung beberapa bahan-bahan yang mempunyai fungsi masing-masing. Ketika air dicampur dengan bubuk alginat, massa berupa plastik lembut akan terbentuk dan kemudian menjadi gel irreversibel setelah beberapa menit pencampuran.
Gambar 3. Rumus bangun struktur asam alginik. 1 2.1.1 Komposisi Alginat Komponen aktif utama dari bahan cetak hidrokoloid ireversibel adalah salah satu alginat yang larut air, seperti natrium atau kalium. Bila alginat larut air dicampur dengan air, bahan tersebut membentuk sol. Sol sangat kental meskipun dalam konsentrasi rendah; alginat yang dapat larut membentuk sol dengan cepat bila bubuk alginat dan air dicampur dengan kuat. Berat molekul dari campuran alginat amat bervariasi, bergantung pada buatan pabrik. Semakin besar berat molekul, semakin kental sol yang terjadi. Bubuk alginat yang diproduksi pabrik mengandung sejumlah komponen. Tabel 1 menunjukkan suatu formula untuk komponen bubuk bahan cetak alginat dengan fungsi dari masing-masing komponen. 1 Proporsi yang tepat dari masing-masing bahan kimia yang digunakan bervariasi sesuai dengan jenis bahan mentah yang digunakan. Tujuan ditambahkannya tanah diatoma adalah untuk berfungsi sebagai pengisi. Bila bahan pengisi ditambahkan dengan jumlah yang tepat, akan dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan gel alginat, menghasilkan tekstur yang halus, dan menjamin permukaan gel padat, yang tidak bergelombang. Bahan tersebut juga membantu permukaan sol dengan menghamburkan partikel bubuk alginat dalam air. Tanpa suatu bahan pengisi, gel yang terbentuk tidak kuat dan menunjukkan permukaan yang lengket tertutupi dengan
eksudat hasil dari sineresis. Oksida seng juga berfungsi sebagai bahan pengisi dan mempengaruhi sifat fisik serta waktu pengerasan gel. 1 Kalsium sulfat dapat digunakan sebagai reaktor. Bentuk dihidrat umumnya digunakan, tetapi untuk keadaan tertentu hemihidrat menghasilkan waktu penyimpanan bubuk yang lebih lama serta kestabilan dimensi gel yang lebih memuaskan. Flourida, seperti kalium titanium fluorid ditambahkan pada alginat sebagai bahan mempercepat pengerasan stone untuk mendapat permukaan model stone yang keras dan padat terhadap cetakan. 1 Tabel 1. Komposisi dari Bubuk Bahan Cetak Alginat 1 Komponen Persentase berat Fungsi Kalium alginat 15 Sebagai pelarut di dalam air dan bereaksi dengan ion kalsium Kalsium sulfat 16 Bereaksi dengan kalium alginat membentuk gel kalsium alginat tidak larut air Natrium posfat 2 Bereaksi khusus dengan ion kalsium untuk menyediakan waktu kerja sebelum gelasi Pengisi, diatomaceous earth seperti 60 Sebagai partikel pengisi Oksida seng 4 Sebagai partikel pengisi Kalium titanium fluorida 3 Sebagai pemercepat pengerasan stone
2.1.2. Reaksi Kimia 2.1.2.1 Struktur Gel Pada natrium atau kalium alginat, kation terikat pada kelompok karboksil untuk membentuk ester atau garam. Bila garam tidak larut dibentuk melalui reaksi natrium alginat dalam larutan dengan garam kalsium, ion kalsium akan menggantikan ion natrium dalam 2 molekul berdekatan untuk membentuk ikatan silang antara 2 molekul. Dengan berkembangnya reaksi, ikatan silang kompleks molekuler atau network polimer akan terbentuk. 1 Molekul-molekul dasar mewakili garam natrium dari asam alginik, dengan atom H dari kelompok karboksil digantikan oleh atom natrium. Dengan pengecualian kelompok polar, semua rantai samping dihilangkan untuk penyederhanaan. Beberapa ion natrium belum bereaksi, tetapi nantinya akan digantikan oleh ion kalsium seperti terlihat dalam kelompok polar lainnya. Jadi, molekul natrium alginat tunggal dapat diikat untuk membentuk molekul yang lebih besar atau secara teoritis disebut satu molekul besar. Reaksi ini bisa dikelompokkan sebagai bentuk polimerisasi karena terjadi ikatan silang. 1 Bila suatu garam larut air seperti kalsium klorida digunakan sebagai reaktor, ikatan akan selesai terbentuk dalam beberapa detik dan keseluruhan sol diubah menjadi kalsium alginat tidak larut secara cepat, sehingga menghasilkan massa yang tidak berguna. Kalsium sulfat, yang kurang larut dibandingkan kalsium klorida, memasok ion kalsium pada kecepatan lebih rendah sehingga hanya sebagian dari molekul alginat
yang menjadi saling terkait. Sol yang tertinggal akan terbungkus dalam suatu selubung kalsium alginat tidak larut. Akibatnya, reaksi tidak berlanjut sampai sempurna. 1 2.1.2.2 Proses Gelasi Gelasi adalah perubahan cairan menjadi padat melalui pembentukan ikatan kimia atau fisik jaringan antar molekul-molekul cairan. Gelasi merupakan suatu kejadian dimana ketika larutan tiba-tiba kehilangan cairan dan berubah menjadi padat. 7 Reaksi khas sol-gel dapat digambarkan secara sederhana sebagai reaksi alginat larut air dengan kalsium sulfat dan pembentukan gel kalsium alginat yang tidak larut. Kalsium sulfat bereaksi dengan cepat untuk membentuk kalsium alginat tidak larut dari kalium atau natrium alginat dalam suatu larutan cair. Produksi kalsium alginat ini begitu cepat sehingga tidak menyediakan cukup waktu kerja. Jadi, suatu garam larut air ketiga, seperti trinatrium fosfat ditambahkan pada larutan untuk memperpanjang waktu kerja. Strateginya adalah kalsium sulfat akan lebih suka bereaksi dengan garam lain dibanding alginat larut air. Jadi, reaksi antara kalsium sulfat dan alginat larut air dapat dicegah asalkan ada trinatrium fosfat yang tidak bereaksi. Sebagai contoh, bila sejumlah kalsium sulfat, kalium alginat, dan proporsi yang tepat, reaksi berikut terjadi pertama kali : 2Na 3 PO 4 + 3 CaSO 4 Ca 3 (PO) 4 + 3 Na 2 SO 4 Bila pasokan trinatrium fosfat menipis, ion kalsium mulai bereaksi dengan kalium alginat untuk membuat kalsium alginat seperti berikut : K 2n Alg + ncaso 4 nk 2 SO 4 + Ca n Alg Garam yang ditambahkan dikenal sebagai bahan memperlambat (retarder). Ada sejumlah garam larut air yang dapat digunakan, seperti natrium atau kalium fosfat,
kalium oksalat, atau kalium karbonat, trinatrium fosfat, natrium tripolifosfat dan trenatrium pirofosfat. Dua nama yang terakhir adalah yang paling sering digunakan dewasa ini. Jumlah bahan memperlambat (natrium fosfat) harus disesuaikan dengan hati-hati untuk mendapat waktu gelasi yang tepat. Umumnya, bila kira- kira 15 gr bubuk dicampur dengan 40 ml air, gelasi akan terjadi dalam waktu sekitar 3-4 menit pada temperatur ruangan. 1 2.1.2.2.1 Kandungan Air Pada Alginat Seperti hidrokoloid lainnya, alginat mengandung air sekitar 85 % dan rentan terhadap distorsi yang disebabkan oleh pengembangan yang terkait dengan imbibisi (penyerapan air) atau pengkerutan yang terkait dengan sineresis (penguapan air). 4 Alginat adalah gel polimer, dengan air sebagai media interstisial, dan karena itu diklasifikasikan sebagai hidrogel. 7 Keberadaan fisik air pada polimer hidrogel biasanya dalam bentuk padat, cair, dan uap. Air pada fase absorbsi dapat terikat (contoh padat, dimana air terperangkap) maupun tidak terikat/bebas (air bergerak). 7 2.1.2.2.1.1 Air Bebas Air bebas terletak pada pori-pori dari partikel filler seperti diatomaceous earth. 8 Air bebas yang terperangkap di antara partikel filler rentan terhadap kenaikan dan penurunan volumetrik, hal ini sebagai akibat dari sineresis atau imbibisi. 3 Air bebas dalam hidrogel telah dijelaskan sebagai air plasticizing (air yang membuat gel menjadi bersifat plastik) dengan menyatu pada partikel polimer dan membuat stabilitas yang lebih tinggi. 7
air terikat. 8 Air bebas mempunyai waktu relaksasi yang lebih panjang dibandingkan dengan 2.1.2.2.1.2 Air Terikat Air terikat yang dikeluarkan melalui proses sineresis merupakan hasil dari reaksi kondensasi 7, yaitu: Ca-OH + Ca-OH Ca-O-Ca + H 2 O Dari hal ini maka alginat dengan rasio yang lebih tinggi kalsium dari natrium kehilangan airnya lebih cepat dibandingkan dengan rasio yang lebih rendah kalsium dari natrium. 8 Imbery dkk mengatakan bahwa sineresis adalah hasil dari penyusunan kembali rantai silang polimer alginat untuk konfigurasi yang lebih stabil, sehingga terjadi pengeluaran air terikat. 3 Fellows dan Thomas mengatakan bahwa air yang keluar pada alginat berupa air yang bebas dan terikat. Dengan menggunakan Nuclear Magnetic Resonance (NMR) mereka telah meneliti jumlah kandungan air terikat pada alginat yaitu sangat sedikit (<5%). 8 2.1.3 Sifat-sifat Umum Alginat mempunyai beberapa sifat-sifat umum. Sifat-sifat itu antara lain : 1. Plastis Sifat bahan cetak yang dapat diterima mulut adalah yang bersifat plastis saat dimasukkan ke dalam rongga mulut, sehingga dapat mencetak detail yang halus. 9
2. Fleksibel Bahan cetak juga harus bersifat fleksibel pada saat dilepas dari mulut sehingga dapat mencetak daerah undercut tanpa mengubah dimensi bentuk hasil cetakan semula. 9 3. Sineresis Apabila hasil cetakan alginat dibiarkan di udara terbuka, air dalam alginat akan menguap. Keadaan ini dapat menyebabkan hasil cetakan mengkerut sehingga disebut sebagai peristiwa sineresis. 1 4. Imbibisi Apabila hasil cetakan direndam dalam air menyebabkan terjadinya penyerapan air dan peristiwa ini disebut imbibisi. 1 5. Kestabilan pada penyimpanan Bubuk alginat tidak stabil bila disimpan pada ruangan lembab atau kondisi yang lebih hangat daripada suhu kamar. 9 6. Kompatibilitas Alginat dapat kompatibel dengan model plaster dan stone. 9 7. Toksisitas dan Irritabilitas Alginat tidak toksis dan tidak mengiritasi, rasa dan baunya biasanya dapat ditoleransi. 9 2.1.4 Pemanipulasian Alginat Bahan cetak alginat mudah digunakan. Bahan ini bersifat hidrofilik, sehingga permukaan jaringan yang lembab bukanlah kendala. Umumnya, alginat digunakan sebagai cetakan awal untuk membuat sendok cetak perseorangan untuk mendapat
cetakan kedua yang lebih akurat atau untuk membuat model studi yang membantu dalam pembuatan rencana perawatan dan diskusi dengan pasien. Tidak seperti banyak bahan cetak lainnya, alginat tidak mempunyai kisaran kekentalan yang jauh berbeda. 1 2.1.4.1 Mempersiapkan Pengadukan Bubuk alginat yang telah ditakar ditaburkan ke dalam air yang juga telah ditakar dan ditempatkan pada rubber bowl yang bersih. Bubuk alginat dan air disatukan dengan pengadukan secara hati-hati menggunakan spatula. Perhatikan agar udara tidak terjebak dalam campuran. Pengadukan bahan alginat yang tidak tepat dapat merusak kualitas hasil cetakan. Gerakan angka delapan dengan cepat adalah yang terbaik, dengan adukan dihentakkan dan ditekan pada dinding rubber bowl dengan putaran intermiten (180 ) dari spatula untuk mengeluarkan gelembung udara. Ini adalah cara efektif dalam mengatasi gelembung udara dan meningkatkan kesempurnaan adukan. Semua bubuk alginat haruslah tercampur, bila terdapat sisa bubuk, gel yang baik tidak akan terbentuk dan sifat bahan menjadi kurang sempurna. 1 Waktu pengadukan amatlah penting, misalnya, kekuatan gel dapat berkurang sampai 50% bila pengadukan tidak sempurna. Waktu pengadukan 45 detik sampai 1 menit umumnya sudah cukup, bergantung pada merek dan jenis alginat. Hasilnya harus berupa campuran seperti krim yang halus serta tidak menetes dari spatula ketika diangkat dari rubber bowl. Bila digunakan produk yang unggul, campuran seperti krim yang halus dijamin dapat diperoleh. 1 Peralatan yang bersih adalah penting karena banyak masalah dan kegagalan yang disebabkan karena alat pengaduk yang kotor atau terkontaminasi. Kontaminasi
selama pengadukan dapat membuat bahan mengeras terlalu cepat, kekentalannya tidak sempurna atau malahan robeknya cetakan ketika dikeluarkan dari mulut. Sebagai contoh, sepotong kecil gipsum yang tersisa pada rubber bowl dari adukan plaster atau stone sebelumnya, dapat mengkontaminasi bahan cetak dan mempercepat pengerasan. Sebaiknya digunakan rubber bowl berbeda untuk mengaduk alginate dan stone. 1 Idealnya bubuk alginat harus ditimbang dan bukan diukur secara volumetrik dengan sendok penakar, seperti yang banyak dianjurkan oleh pabrik. Meskipun metode penakaran dengan sendok sangat menyimpang, tidak mungkin ada variasi berat bubuk per sendok takaran yang lebih besar dari 0,2-0,4 gr. Variasi semacam itu dalam sekali pengadukan tidak banyak mempengaruhi sifat fisik. 1 Namun bila petunjuk pabrik tidak ditaati dengan baik, sifat manipulasi dari campuran alginat akan terpengaruh. Misalnya, variasi perbandingan bubuk alginat dan air sebesar 15% sudah dapat mempengaruhi waktu pengerasan dan konsistensi secara nyata. 1 2.2 Sineresis 2.2.1 Pengertian Sineresis Menurut Craig (2006), sineresis adalah suatu proses yang menyebabkan terbentuknya eksudat (cairan) pada permukaan gel alginat. 2 Menurut McCabe (2008), proses sineresis merupakan akibat dari tekanan yang terjadi terhadap air yang berada diantara rantai polisakarida yang berakibat keluarnya
tetes-tetes kecil air pada permukaan bahan cetak. Air dapat keluar dari alginat oleh karena penguapan. 10 Menurut Phillips (1996), cairan yang muncul di permukaan gel selama dan sesudah proses sineresis tidak murni air, tetapi kemungkinan alkali atau asam tergantung pada komposisi gel. 1 2.2.2 Reaksi Kimia Sineresis Sineresis dalam sistem hidrogel umumnya dikaitkan dengan pembentukan rantai baru setelah reaksi kondensasi, seperti persamaan berikut : Ca-OH + HO-Ca Ca-O-Ca + H 2 O Bagaimana pembentukan rantai menimbulkan pengkerutan? Hal ini dimulai dengan terjadinya reaksi kondensasi antara dua kelompok Ca-OH (reaksi kondensasi adalah reaksi penggabungan antara dua senyawa yang memiliki gugus fungsi dengan menghasilkan molekul yang lebih besar, dalam hal ini biasanya dibebaskan air). Molekul lebih besar yang terbentuk dari hasil reaksi kondensasi adalah Ca-O-Ca. Selain itu hasil reaksi kondensasi tersebut menyebabkan dibebaskannya H 2 O (air). Proses dikeluarkannya air tersebut disebut sebagai sineresis, dan akibatnya gel mengkerut. 7
2.2.3 Faktor-Faktor Yang Menyebabkan Terjadinya Sineresis Proses sineresis pada cetakan dapat terjadi karena : 1. Cetakan terlalu lama diletakkan atau disimpan di udara terbuka. Sesudah cetakan dikeluarkan dari mulut, penyimpanan cetakan yang terlalu lama akan menyebabkan penguapan dan sineresis sehingga dimensi berubah dan tidak akurat. 2 2. Kenaikan suhu. Bila suhu udara naik atau lebih tinggi dari suhu kamar, maka setelah cetakan dikeluarkan dari dalam mulut, cetakan tersebut akan mengalami sineresis. 9