BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gipsum - Perbedaan Perubahan Dimensi pada Gipsum Tipe III Komersial Dengan Gipsum Tipe III Daur Ulang Sebagai Bahan Model Kerja Gigitiruan
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gipsum
Gipsum merupakan mineral alami yang telah digunakan sebagai model
20
gigitiruan sejak 1756. Gipsum yang dihasilkan untuk tujuan kedokteran gigi adalah . kalsium sulfat dihidrat murni (CaSO
4
2H
2 O) yang dipanaskan pada suhu 110-120 C . 1,2
sehingga terbentuk kalsium sulfat hemihidrat (CaSO ½ H O). Proses pengerasan
4
2
gipsum terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pertama berupa larutnya hemihidrat dan tahap kedua berupa presipitasi dihidrat yaitu kristal dihidrat mulai terbentuk hingga
3,17 seluruh adonan dipenuhi oleh kristal dihidrat.
2.1.1 Kegunaan 3,4,5
Beberapa kegunaan gipsum dalam kedokteran gigi antara lain:
a. Model dan die
b. Bahan cetak
c. Bahan tanam
d. Refractory investment
e. Pencatatan oklusal
2.1.2 Klasifikasi
Menurut Spesifikasi ADA (American Dental Association) No. 25, gipsum dapat
6,8
diklasifikasikan menjadi:
a. Tipe I Impression Plaster
21 Tipe ini sering juga disebut soluble plaster. Digunakan untuk mencetak
20
daerah edentulus, perbaikan gigitiruan dan pencatatan oklusal. Gipsum yang digunakan untuk mencetak tidak memerlukan kekuatan yang besar sehingga gipsum tipe ini dicampur dengan rasio air bubuk yang lebih besar. Gipsum tipe ini memerlukan konsistensi yang lebih tebal dan kaku sehingga menurunkan kemungkinan gipsum mengalir keluar dari sendok cetak saat dimasukkan ke dalam
8
mulut. Untuk akurasi yang lebih baik setting ekspansi dari bahan ini harus rendah, sehingga produsen menambahkan aselerator atau retarder yang dapat mengendalikan
21 setting ekspansi dan juga setting time.
b. Tipe II Model Plaster Gipsum tipe II digunakan pada tahap laboratoris seperti untuk membuat studi model dan untuk menyatukan model kerja dengan artikulator. Gipsum tipe II dihasilkan dari gipsum yang dipanaskan pada suhu 110 -120 C sehingga menghasilkan kristal
β-hemihidrat yang poreus, mempunyai bentuk yang sangat tidak teratur dan jarak antar partikel yang besar sehingga menyebabkan reaksi pengerasan
8 memerlukan banyak air.
c. Tipe III Dental Stone Gipsum tipe III biasanya digunakan sebagai model kerja dan sebagai lawan dari
8
gigitiruan pada artikulator dalam pembuatan gigitiruan sebagian lepasan. Gipsum tipe III awalnya berwarna putih sehingga sulit dibedakan dengan gipsum tipe I dan II sehingga pabrik biasanya memberi warna kekuningan atau warna kapur lainnya, namun perlu diketahui bahwa pemberian warna pada gipsum tidak menentukan kualitas gipsum. Gipsum tipe III dihasilkan dari gipsum yang dipanaskan pada suhu 125 C dibawah tekanan atmosfer sehingga mengalami dehidrasi dan kandungan airnya akan berkurang. Setelah melalui proses dehidrasi, maka akan dihasilkan kristal α-hemihidrat yang lebih padat, kecil dan seragam. Kekuatan kompresi gipsum tipe III adalah 20,7 MPa (3000 psi) sampai 34,5 MPa (5000 psi). Gipsum tipe III lebih kuat dan tahan terhadap abrasi dibandingkan dengan gipsum tipe II. Setting time gipsum tipe III berkisar antara 12 ± 4 menit dengan setting ekspansi antara 0,00 hingga
1,8,21 0,20%.
d. Tipe IV Die Stone: High Strength Gipsum tipe IV digunakan sebagai die. Gipsum tipe IV dihasilkan dengan memanaskan gipsum kedalam larutan CaCl 30% pada suhu 120 -130 C yang
2
terkandung didalamnya sehingga dihasilkan kristal α-hemihidrat yang lebih padat,
8
lebih besar dan lebih kuboidal daripada gipsum tipe III. Pada pencampuran gipsum tipe IV ini penggunaan air lebih sedikit dibandingkan dengan gipsum tipe III
6 sehingga kekerasan gipsum ini lebih besar dari gipsum tipe III.
e. Tipe V Die Stone: High Strength, High Expansion Gipsum tipe V merupakan gipsum yang memiliki ekspansi yang lebih besar yaitu sekitar 0,1%-0,3% yang digunakan sebagai die untuk mengimbangi pengerutan
3,9
casting logam pada saat pendinginan setelah pemanasan pada suhu tinggi. Proses
pembuatan gipsum tipe IV dan V adalah sama, yang membedakannya adalah pada gipsum tipe IV dilakukan penambahan garam tambahan untuk mengurangi setting ekspansinya. Gipsum tipe V mempunyai kekuatan kompresi yang lebih tinggi dibandingkan dengan gipsum tipe IV. Partikel gipsum tipe V sangat halus dan memiliki rasio air bubuk yang lebih rendah sehingga dihasilkan kekuatan kompresi
8 gipsum yang lebih tinggi.
2.1.3 Karakteristik
Karakteristik gipsum meliputi:
a. Perubahan Dimensi Perubahan dimensi dipengaruhi oleh setting ekspansi dari gipsum. Semakin tinggi atau besar nilai setting ekspansi maka perubahan dimensi semakin besar.
Normalnya toleransi setting ekspansi untuk gipsum keras adalah 0,08% sampai
10 dengan 0,1%.
b. Kekuatan Kompresi Kerapuhan gipsum disebabkan oleh pengerutan volume gipsum selama proses hidrasi dan kandungan air yang terlalu banyak. Model gigitiruan harus menggunakan
3,16 gipsum yang tahan terhadap fraktur dan abrasi.
c. Setting Time Hidrasi gipsum dipengaruhi oleh banyaknya kandungan air. Penambahan air pada pemanipulasian gipsum berguna untuk proses pengerasan gipsum, namun bila
3,16 kandungan air terlalu besar akan menyebabkan setting time menjadi panjang. d. Rasio Air Bubuk (W/P) Rasio air bubuk tiap jenis gipsum berbeda-beda tergantung pada jarak, ukuran dan bentuk dari kristal kalsium sulfat hemihidratnya. Gipsum tipe II membutuhkan lebih banyak air pada pengadukan dikarenakan bentuk partikel gipsum tipe II tidak beraturan dan lebih poreus. Gipsum tipe III membutuhkan lebih sedikit air daripada gipsum tipe II namun gipsum tipe III membutuhkan lebih banyak air dari pada gipsum tipe IV. Jika air yang ditambahkan terlalu banyak, adonan menjadi lebih tipis dan lebih mudah dituang ke dalam mold tetapi setting time akan lebih panjang dan
1 gipsum cenderung lebih lemah.
e. Setting Ekspansi Selama proses pengerasan gipsum, seluruh tipe gipsum akan mengalami ekspansi, namun hal ini harus dihindari semaksimal mungkin dalam pembuatan model gigitiruan karena dapat mempengaruhi perubahan dimensi gipsum. Cara yang paling efektif dalam mengontrol setting ekspansi adalah dengan penambahan bahan kimia. Setting ekspansi dapat dikurangi dengan menambahkan K
2 SO 4 , NaCl atau
1 boraks.
7,8
Tabel 1. Karakteristik Gipsum
Kekuatan Kompresi Rasio Air Setting Setting 2 Tipe Gipsum Bubuk Time Ekspansi Kg/cm Psi (ml/gr) (menit) (%)
I. Impression Plaster 0,40-0,75 4 ± 1 0,00-0,15 40 ± 20 580±290
II. Model Plaster 0,45-0,50 12 ± 4 0,00-0,30 min. 90 1300
III. Dental Stone 0,28-0,30 12 ± 4 0,00-0,20 min. 210 3000
IV. Die Stone: High 0,22-0,30 12 ± 4 0,00-0,10 min. 350 5000 Strength
V. Die Stone: High Strength, High 0,18-0,22 12 ± 4 0,10-0,30 min. 490 7000 Expansion
2.1.4 Manipulasi
Manipulasi yang tepat dari bahan gipsum dapat mempengaruhi kinerja dari gipsum. Manipulasi dapat dibagi menjadi beberapa fase yaitu pengukuran bubuk dan
10,17 air, pengadukan, penuangan, dan desinfeksi.
Setiap bahan gipsum memiliki rasio air bubuk yang dianjurkan. Rasio air bubuk mempengaruhi konsistensi campuran, kekuatan material, setting time dan setting expansi. Oleh karena itu, proporsi air dan bubuk yang benar sangat penting. Jumlah air dapat diukur dengan menggunakan silinder pengukur volume sedangkan bubuk diukur dengan satuan massa dan bukan berdasarkan volume.
Tindakan mencampur bubuk dan air bersama-sama disebut pengadukan. Pengadukan bahan gipsum dapat dilakukan dengan tangan atau mekanis. Bahan plaster biasanya diaduk dengan tangan dalam mangkuk karet fleksibel. Bahan stone dapat diaduk secara mekanis atau dengan tangan, namun bahan dental stone high-
strength hampir selalu dengan metode pengadukan mekanis. Saat gipsum diaduk
dengan tangan, bubuk dan air diaduk menggunakan spatula dengan kecepatan sekitar 2 putaran per detik selama sekitar 1 menit. Jika gipsum dicampur dengan mixer, operator harus mengaduk bubuk dan air dengan tangan selama beberapa detik untuk memastikan bahwa pengadukan mekanik akan bekerja secara efektif. Terlepas dari metode yang digunakan untuk mencampur bahan, vibrator hampir selalu digunakan untuk membantu menghilangkan gelembung yang terbentuk selama pencampuran. Biasanya, campuran tersebut digetarkan selama 10 sampai 15 detik untuk memaksa gelembung ke atas campuran. Getaran juga digunakan untuk memudahkan memindahkan gipsum ke bahan cetak atau wadah lainnya.
Ada beberapa metode umum untuk menuangkan model atau cor. Metode pertama, lembaran lilin lunak yang disebut boxing wax dilekatkan di pinggir cetakan kira-kira 1 cm di luar sisi jaringan hasil cetakan untuk memberikan dasar pada model. Metode kedua dimulai dengan menuangkan gipsum pada gigi dan permukaan jaringan lunak hasil cetakan. Cetakan yang telah diisi kemudian dibuatkan basis modelnya dengan cara menempatkan cetakan pada tumpukan campuran gipsum yang diletakkan di atas permukaan nonabsorbent seperti kaca. Metode ketiga untuk menuangkan model ini mirip dengan metode kedua tetapi menggunakan wadah yang disebut rubber base untuk membentuk dasar cetakan.
Model dan die dapat didesinfeksi dengan semprotan iodophor sesuai instruksi pabrik atau dengan cara merendamnya dalam larutan natrium hipoklorit 5% dengan pengenceran 1:10 selama 30 menit. Model yang telah didesinfeksi harus diperiksa dengan cermat untuk melihat kerusakan permukaan, karena tidak semua desinfektan kompatibel dengan produk gipsum. Tabel 2. Efek beberapa variabel pada proses manipulasi terhadap karakteristik
10
gipsum
Karakteristik Gipsum Variabel Setting Time Kekentalan Setting Kekuatan Ekspansi Kompresi Memperbesar rasio Meningkat Meningkat Menurun Menurun air/bubuk Meningkatkan Menurun Menurun Meningkat Tidak ada kecepatan pengadukan efek Meningkatkan Menurun Menurun Meningkat Tidak ada temperatur air yang akan efek dicampur dari
23 hingga 30 C
2.2 Gipsum Daur Ulang
Daur ulang merupakan suatu proses pengelolaan limbah sehingga dapat
22
digunakan kembali untuk fungsi yang sama maupun fungsi yang lain. Beberapa prinsip pada proses daur ulang yaitu: A.
Syarat Limbah yang akan di daur ulang harus sejenis, sehingga perlu dilakukan proses pemisahan dan pengelompokan. Kegiatan ini dapat dilaksanakan secara manual
(dilakukan dengan tangan manusia secara langsung) maupun secara mekanis
13,23
(dilakukan oleh mesin). Tahapan berikutnya adalah pemurnian yaitu untuk mendapatkan bahan/elemen semurni mungkin, baik melalui proses fisik, kimia, biologi, atau termal. Pemurnian secara fisik misalnya dapat dilakukan dengan
13 menggunakan magnet untuk memisahkan limbah gipsum dari bahan logam.
B.
Mekanisme atau Pengelolaan Mekanisme atau pengelolaan yaitu proses mengolah limbah menjadi bahan yang siap pakai. Pada penelitian Ibrahim (1995) dan Abidoye (2010) proses pengelolaan dilakukan dengan cara pemanasan kembali limbah gipsum. Pada penelitiannya Abidoye (2010) melakukan pemanasan dengan menggunakan oven pada suhu 160 C selama 40 menit. Berdasarkan penelitian tersebut dinyatakan bahwa gipsum tersebut dapat didaur ulang dan menunjukkan keadaan mikrostruktural jarum kristal yang mirip dengan gipsum komersial, tetapi terdapat molekul air yang
11,13
terperangkap pada kisi kristal. Sebagian besar produk gipsum diperoleh dari batu gipsum alami. Gipsum merupakan bentuk dihidrat dari kalsium sulfat (CaSO
4 .2H
2 O)
yang pada pemanasannya akan kehilangan 1,5 gr mol dari H
2 O dan diubah menjadi .
kalsium sulfat hemihidrat (CaSO
4 ½ H 2 O).
2CaSO4.2H2O + pemanasan (CaSO4)2.H2O + 3H2O Jika kalsium sulfat hemihidrat dicampur dengan air, reaksi sebaliknya terjadi dan kalsium sulfat hemihidrat diubah kembali menjadi kalsium sulfat dihidrat. Oleh karena itu, dehidrasi parsial dari batu gipsum dan rehidrasi dari kalsium sulfat hemihidrat merupakan reaksi reversibel. Secara kimiawi, reaksi dinyatakan seperti di
10 bawah ini.
.
CaSO ½ H O + 1½ H O CaSO .
2H O + 3900 kal/g mol
4
2
2
4
2 Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksoterm yang menghasilkan panas. Bila 1 g mol
kalsium sulfat hemihidrat bereaksi dengan 1,5 g mol air, maka akan dihasilkan 1 g
10 mol kalsium sulfat dihidrat dan 3900 kalori dalam bentuk panas akan dilepaskan.
Pada tahap pengelolaan, dapat dilakukan proses pencampuran yaitu untuk mendapatkan bahan yang lebih bermanfaat, misalnya sejenis limbah dicampur dengan
23
bahan lain. Penambahan bahan lain, misalnya calcium chloride, dilakukan agar
24 diperoleh peningkatan pada kekuatan kompresi bahan gipsum. C.
Faktor yang Mempengaruhi Lama penyimpanan dan keadaan lingkungan penyimpanan (suhu dan
13 kelembapan) dapat mempengaruhi jumlah kandungan air dalam limbah gipsum.
Sasaran utama adalah bagaimana mendapatkan bahan yang sebaik mungkin sesuai fungsi dari bahan daur ulang tersebut. Upaya pertama daur ulang adalah bagaimana memisahkan limbah di sumbernya yang sebetulnya merupakan kegiatan yang mudah
23 dilaksanakan.
2.3 Model Gigitiruan
Model gigitiruan merupakan replika yang mencakup jaringan keras dan lunak dari permukaan rongga mulut. Model ini digunakan sebagai media untuk menentukan diagnosis, menjelaskan rencana perawatan dan proses perawatan kepada pasien, serta
25 media pembuatan gigitiruan.
2.3.1 Model Studi
Model studi merupakan salah satu jenis dari model gigitiruan. Model studi disebut juga dengan model diagnostik digunakan oleh dokter gigi untuk mengamati dan mempelajari keadaan rongga mulut pasien. Umumnya model studi terbuat dari
16,25
3 dental plaster atau gips tipe II. Kegunaan studi model adalah sebagai berikut:
a. Memperlihatkan gambaran tiga dimensi dari keadaan jaringan keras dan lunak rongga mulut.
b. Sebagai media pembelajaran tentang relasi oklusal dari lengkung rahang.
c. Sebagai media pembelajaran tentang ukuran gigi, letak dan bentuk serta hubungan rahang.
d. Sebagai media pembelajaran tentang jaringan keras dan lunak dalam pandangan lingual ketika gigi dioklusikan.
e. Sebagai media perbandingan antara keadaan sebelum dan sesudah dilakukan perawatan.
f. Sebagai media pembelajaran kepada pasien. g. Sebagai media rekaman legal mengenai lengkung rahang pasien untuk keperluan asuransi, gugatan hukum dan forensik.
2.3.2 Model Kerja
Model kerja merupakan replika dari struktur rongga mulut yang digunakan sebagai media pembuatan gigitiruan. Model kerja umumnya terbuat dari dental stone atau gips tipe III yang memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan tekanan selama
25
2
prosedur laboratoris. Sifat-sifat ideal model kerja adalah sebagai berikut: a. Model harus kuat dan keras.
b. Stabilitas dimensi harus dipertahankan selama dan setelah proses pengerasan.
c. Tidak melengkung atau mengalami distorsi.
d. Tidak pecah atau rusak selama proses laboratoris atau proses pengukiran malam.
e. Cocok dengan semua jenis bahan cetak.
f. Resisten terhadap abrasi dan fraktur.
2.4 Perubahan Dimensi
Perubahan dimensi biasanya dinyatakan sebagai persentase dari panjang semula atau volume. Perubahan dimensi dipengaruhi oleh setting ekspansi dan ekspansi higroskopis. Ekspansi massa gipsum dapat dideteksi selama perubahan dari partikel hemihidrat menjadi partikel dihidrat. Setting ekspansi dapat dijelaskan berdasarkan mekanisme kristalisasi. Proses kristalisasi digambarkan sebagai suatu pertumbuhan kristal
- –kristal dihidrat dari nukleus yang saling berikatan satu dengan yang lainnya. Bila proses ini terjadi pada ribuan kristal
- –kristal selama pertumbuhan, suatu tekanan atau dorongan keluar dapat terjadi dan menghasilkan ekspansi massa keseluruhan sehingga gipsum mengalami perubahan dimensi. Tumbukan atau gerakan dari kri>–kristal ini menyebabkan terbentuknya mikroporus. Volume eksternal hasil reaksi gipsum yang lebih besar daripada volume kristalin menyebabkan terbentuknya porus. Oleh karena itu, struktur gipsum yang telah mengeras terdiri dari kristal
- –kristal
9
kelebihan air tersebut menghilang dan ruangan kosong meningkat. Agar dapat menghasilkan model atau die yang akurat, setting ekspansi dari dental gipsum harus tetap dikendalikan. Beberapa faktor yang mempengaruhi setting ekspansi pada dental gipsum adalah: a.
Rasio Air Bubuk Semakin tinggi rasio air bubuk maka akan semakin sedikit nukleus kristalisasi per unit volume sehingga ruangan antar nukleus lebih besar pada keadaan tersebut.
Akibatnya, pertumbuhan internal kristal
- –kristal dihidrat akan semakin sedikit, demikian juga dengan dorongan keluar dari kristal
- –kristal tersebut. Hal itulah yang menyebabkan semakin tinggi rasio air bubuk, maka semakin rendah nilai setting ekspansinya. Sebaliknya, penurunan rasio air bubuk meningkatkan setting ekspansi
9
dengan cara meningkatkan jumlah nukleus kristalisasi dari partikel dihidrat. Selain menyebabkan setting ekspansi yang tinggi, penurunan rasio air bubuk juga
26
menyebabkan lebih banyak panas yang dilepaskan. Namun menurut Michalakis (2009) setting ekspansi lebih dipengaruhi oleh bahan dan waktu dibandingkan dengan
27 penambahan air.
b.
Lama Pengadukan (mixing time) Sebagian kristal gipsum terbentuk langsung ketika gipsum berkontak dengan air. Begitu pengadukan dimulai, pembentukan kristal ini meningkat. Pada saat yang sama, kristal-kristal tersebut diputuskan oleh spatula (pengaduk) dan didistribusikan merata dalam adukan dengan hasil pembentukan lebih banyak nukleus kristalisasi.
Dalam jangka limitnya, semakin lama waktu pengadukan, maka akan meningkatkan jumlah nukleus kristalisasi dari partikel dihidrat. Akibatnya, jalinan ikatan kristalin yang terbentuk akan semakin banyak, pertumbuhan internal dan dorongan keluar dari kristal-kristal dihidrat meningkat. Hal inilah yang menyebabkan setting ekspansi gipsum meningkat sejalan dengan semakin lamanya waktu pengadukan untuk batasan
9 waktu tertentu. c.
Penambahan Akselerator atau Retarder Penambahan bahan kimia dalam bentuk akselerator atau retarder, yang biasanya ditambahkan oleh pabrik untuk mengatur setting time, juga mempunyai efek untuk menurunkan nilai setting ekspansi dengan cara mengubah bentuk kristal dihidrat yang terbentuk. Oleh karena itu, akselerator atau retarder disebut juga sebagai
antiexpantion agent . Bahan kimia yang biasanya digunakan sebagai akselerator
17 adalah potassium sulfat, sedangkan yang digunakan sebagai retarder adalah boraks.
d.
Lama Penyimpanan Menurut Michalakis (2009) sangat dipengaruhi oleh waktu dibandingkan dengan suasana lingkungan saat dilakukan pengukuran setting ekspansi. Hal ini dikarenakan adanya pertumbuhan kristal yang berlangsung terus menerus selama material gipsum yang telah mengeras dibiarkan diudara. Pertumbuhan kristal ini diakibatkan oleh masuknya uap air ke dalam mikroporeus yang mengakibatkan menurunnya tegangan permukaan sehingga kristal dapat tumbuh bebas. Pada saat seluruh hemihidrat telah berubah menjadi dihidrat maka air yang terdapat pada gipsum akan menguap dan jumlah air akan berkurang sehingga akan terjadi
27,28 pengerutan pada gipsum.
2.5 Kerangka Teori
Mineral Gipsum .
(CaSO 4
2H 2 O) dehidrasi
Air Gipsum .
(CaSO 4 ½H 2 O) Klasifikasi Tipe I Tipe II Tipe IV Tipe V Tipe III reve rs ibe
Fungsi Karakteristik l
Model Kerja w/p Setting Kekuatan Setting .
(CaSO 4
2H O) 2 Ekspansi Kompresi Ratio Time Limbah Dipengaruhi oleh:
Daur Ulang Lama Pengadukan Perubahan Aselerator Dimensi
Faktor yang Mekanisme Syarat dan Retarder
Mempengaruhi w/p Ratio
Air Gipsum Daur ulang .
(CaSO ½H O) 4 2 Karakteristik Setting Kekuatan w/p Setting
Perubahan Ekspansi Kompresi Ratio Time Dimensi
Apakah terdapat perbedaan perubahan dimensi pada gipsum tipe III komersial dengan gipsum tipe III daur ulang sebagai bahan model kerja gigitiruan pada 2, 24, ?
72 jam dan 2 minggu setelah pencampuran
2.6 Kerangka Konsep
reversibel Gipsum Komersial Mineral Gipsum
Gipsum Daur ulang . dehidrasi hidrasi Model Kerja daur ulang . . . (CaSO ½H O) 4 2
(CaSO ½H O) 4 2 (CaSO 4
2H 2 O) (CaSO 4
2H 2 O) dehidrasi
Pertikel hemihidrat Abidoye LK dan Bello RA (2010) Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi kristal Bereaksi dengan molekul air
Lebih banyak ruang untuk pertumbuhan kristal Kristal dihidrat mulai bertumbuh
Bereaksi dengan molekul Anusavice KJ (2003) air Kristal berkontak satu dengan yang lain dan terjadi dorongan Kristal bertumbuh lebih bebas, keluar dari kristal gipsum interaksi antar kristal sedikit, dorongan keluar sedikit Semakin lama dibiarkan uap air akan masuk ke mikroporus
Perubahan dimensi
18 Universitas Sumatera Utara
2.7 Hipotesis
Ada perbedaan perubahan dimensi pada gipsum tipe III komersial dengan gipsum tipe III daur ulang pada 2, 24, 72 jam dan 2 minggu setelah pencampuran.