Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron

SIFAT FISIKOKIMIA BIOKOMPOSIT UHMWPE/HAp
PASCA IRADIASI BERKAS ELEKTRON

NURIANTI SINUR ULI SINURAT

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sifat Fisikokimia
Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Mei 2015
Nurianti Sinur Uli Sinurat
NIM G44100047

ABSTRAK
NURIANTI SINUR ULI SINURAT. Sifat Fisikokimia Biokomposit
UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron. Dibimbing oleh IRMA
HERAWATI SUPARTO, BAMBANG SUGENG, dan SULISTIOSO GIAT
SUKARYO.
Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) digunakan sebagai
bantalan tibial pada sendi lutut buatan. Pemilihan UHMWPE daur ulang sebagai
alternatif pembuatan bantalan karena lebih murah dibandingkan UHMWPE murni
produksi Sigma Aldrich. Tujuan penelitian ini adalah membuat biokomposit
UHMWPE-HAp dengan pemaduan mekanis serta memodifikasi sifat fisikokimia
biokomposit menggunakan iradiasi berkas elektron. Film biokomposit diiradiasi
pada dosis 0, 50, 100, dan 150 kGy. Pengaruh tambahan HAp dan iradiasi pada
sifat fisikokimia diamati dengan berbagai metode (uji tarik, uji keras, difraksi
sinar-X, spektroskopi inframerah transformasi Fourier, dan kalorimeter
diferensial). Hasil penelitian menunjukkan bahwa UHMWPE daur ulang memiliki

kemiripan sifat dengan UHMWPE murni. Tambahan HAp dan iradiasi
memperlihatkan kekerasan, kristalinitas, dan titik leleh lebih tinggi, serta
perpanjangan putus dan tegangan maksimum yang lebih rendah dibandingkan
UHMWPE murni. Hasil FTIR menunjukkan terbentuknya ikatan baru.
Kata kunci: biokomposit, HAp, iradiasi berkas elektron, sifat fisikokimia,
UHMWPE

ABSTRACT
NURIANTI SINUR ULI SINURAT. Physicochemical Properties of
UHMWPE/HAp Biocomposites Post Electron Beam Irradiation. Supervised by
IRMA HERAWATI SUPARTO, BAMBANG SUGENG and SULISTIOSO
GIAT SUKARYO.
Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) often used for tibial
tray as part of artificial knee joint. The selection of recycled UHMWPE as
alternative for manufacturing tibial tray is due to its low cost compared to the pure
UHMWPE of Sigma Aldrich. Therefore, the purpose this research is to evaluate
physicochemical properties of UHMWPE-HAp biocomposites post electron beam
irradiation. Biocomposite films were irradiated at doses of 0, 50, 100 and 150
kGy. The effect of additional HAp and irradiation on physicochemical properties
were observed using various methods (tensile test, hardness test, X-ray diffraction,

Fourier transform infrared spectroscopy, and differential calorimeter). The results
showed that the recycled and the pure UHMWPE were similar in their properties.
However, the addition of HAp and irradiation on the recycled UHMWPE,
revealed higher hardness, crystallinity, and melting point, but lower elongation at
break and maximum voltage as compared. FTIR results showed the formation of a
new bond.
Keywords: biocomposites, HAp, electron beam irradiation, physicochemical
properties, UHMWPE

SIFAT FISIKOKIMIA BIOKOMPOSIT UHMWPE/HAp
PASCA IRADIASI BERKAS ELEKTRON

NURIANTI SINUR ULI SINURAT

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Judul Skripsi : Sifat Fisikokimia Biokomposit UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi
Berkas Elektron
Nama
: Nurianti Sinur Uli Sinurat
NIM
: G44100047

Disetujui oleh

Dr dr Irma Herawati Suparto, MS
Pembimbing I

Drs Bambang Sugeng
Pembimbing II

Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT
Pembimbing III

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang telah
memberikan berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun karya
ilmiah hasil penelitian yang berjudul “Sifat Fisikokimia Biokomposit
UHMWPE/HAp Pasca Iradiasi Berkas Elektron”. Karya ilmiah ini disusun
berdasarkan penelitian yang dilakukan penulis di Pusat Sains dan Teknologi
Bahan Maju (PSTBM) BATAN dalam jangka waktu September 2014 sampai
Februari 2015.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr dr Irma Herawati Suparto MS,

Bapak Drs Bambang Sugeng, dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT selaku
pembimbing, yang senantiasa memberikan arahan, dorongan semangat, dan doa
kepada penulis selama melaksanakan penelitian ini. Penulis juga mengucapkan
terima kasih kepada segenap staf PSTBM BATAN, Bapak Muhammad Farid,
Bapak Drs Erijal, serta Ibu Dewi, yang telah membantu dan membimbing selama
penelitian berlangsung. Ungkapan terima kasih kepada rekan kerja (Nanda
Shabrina, Uli, Zahra, dan Sofie) atas bantuan yang diberikan sehingga penelitian
ini dapat diselesaikan dengan baik.
Terima kasih tak terhingga penulis sampaikan kepada ibu, ayah (Alm),
kakak, abang, dan seluruh keluarga, atas doa, dukungan moral maupun materil,
dan kasih sayangnya selama kegiatan penelitian dan tugas akhir. Ucapan terima
kasih juga penulis ucapkan kepada Nanda Andrian, Ayus, serta teman-teman
kimia 47 atas segala doa dan dukungan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan ilmu
pengetahuan.

Bogor, Mei 2015
Nurianti Sinur Uli Sinurat

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR LAMPIRAN

vii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

BAHAN DAN METODE

3

Alat dan Bahan

3

Metode

3

HASIL DAN PEMBAHASAN

6

Karakteristik UHMWPE Murni dan Daur Ulang

6

Karakteristik Biokomposit UHMWPE-HAp

7

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kuat Tarik

9

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kekerasan

11

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kristalinitas

12

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Sifat Termal

14

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Gugus Fungsi

15

SIMPULAN DAN SARAN

16

Simpulan

16

Saran

17

DAFTAR PUSTAKA

17

LAMPIRAN

1

DAFTAR TABEL
1 Parameter kisi UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan
HAp dan iradiasi berkas elektron
2 Parameter kisi biokomposit murni dan daur ulang sebelum iradiasi
berkas elektron
3 Hasil analisis sifat termal biokomposit murni dan daur ulang
4 Hasil analisis gugus fungsi biokomposit murni
5 Hasil analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang

7
8
14
15
16

DAFTAR GAMBAR
1 Prostetik sendi lutut total
2 Difraktogram UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan
HAp dan iradiasi berkas elektron
3 Difraktogram biokomposit pada penentuan UHMWPE sebelum iradiasi
berkas elektron
4 Pengaruh dosis iradiasi pada tegangan maksimum
5 Pengaruh dosis iradiasi pada perpanjangan putus
6 Pengaruh dosis iradiasi pada kekerasan
7 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian XRD
8 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian DSC

1
6

8
9
10
12
13
1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Persendian merupakan bagian tubuh yang umum mengalami kerusakan.
Kerusakan dapat disebabkan peradangan sendi lutut (osteoarthritis) serta akibat
benturan mekanik (Fang et al. 2003). Salah satu upaya mengembalikan fungsi
normal sendi melalui operasi penggantian sendi menggunakan prostetik. Prostetik
sendi lutut terdiri atas tiga bagian yaitu, bagian utama prostetik komponen
femoral, bantalan (tibial tray), dan komponen pendukung tibial tray (Musib
2011). Komponen prostetik sendi lutut ditampilkan pada Gambar 1. Biomaterial
yang digunakan sebagai tibial tray harus memiliki kekuatan mekanik yang baik.
Hal ini sesuai dengan fungsi tibial tray sebagai bantalan yang menghubungkan
antara tulang paha dan tulang betis. Pada umumnya, bantalan (tibial tray) yang
digunakan terbuat dari material yang sukar terdegradasi dan memiliki masa pakai
yang lama, yaitu material dari bahan polimer (Aydin 2010).

Komponen femoral

Bantalan (tibial tray)
Komponen
pendukung tibial tray
Gambar 1 Prostetik sendi lutut total (Musib 2011)
Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) merupakan
polimer yang memiliki sifat tahan abrasi, aus, sobek, benturan, dan bahan kimia
(Sui et al. 2009). Berdasarkan sifat tersebut, penggunaan UHMWPE sebagai
bahan bantalan (tibial tray) pada sendi lutut buatan telah lama digunakan, namun
pengaruh tekanan dan gesekan yang terus menerus menyebabkan terjadinya
keausan pada material bantalan (tibial tray). Salah satu upaya yang dilakukan
mengurangi keausan adalah menambahkan material yang bersifat
biokompatibilitas, yaitu hidroksiapatit (HAp). HAp (Ca10(OH)2(PO4)6 termasuk
material keramik bioaktif yang memiliki bioafinitas tinggi, bersifat biokompatibel
karena memiliki kesamaan komposisi dengan tulang yang mampu menggantikan
jaringan tulang yang rusak tanpa merusak jaringan lain. Berdasarkan sifat
tersebut, HAp dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan biokompatibilitas suatu
implan (Sukaryo et al. 2012b). HAp dapat diperoleh dari sisik ikan, tulang-tulang
ikan, cangkang kerang, serta bahan lain yang berbasis kalsium fosfat.
Penelitian yang menggunakan UHMWPE sebagai bantalan tibial dengan
memodifikasi metode untuk meningkatkan ketahanan mekanik telah banyak
dilakukan, diantaranya pemanasan dengan iradiasi sinar gamma, iradiasi berkas

2
elektron (electron beam) (McKellop et al. 1999), metode iradiasi dengan elektron
yang dipercepat (Šlouf et al. 2007), metode kempa panas tanpa iradiasi (Wang
dan Ge 2007), metode kempa panas dengan iradiasi sinar gamma (Sukaryo et al.
2012a), serta pembuatan komposit UHMWPE-alumina dengan teknik pemaduan
mekanis (Elmkharram 2013). Iradiasi sinar gamma dan berkas elektron telah lama
dimanfaatkan sebagai inisiator pada suatu polimer atau polipaduan. Dosis iradiasi
merupakan salah satu variabel yang dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer
(Lewis 2001).
Sinar gamma dipancarkan oleh isotop radioaktif (radioisotop) kobalt-60 dan
partikel beta atau elektron energi tinggi yang diproduksi oleh mesin akselerator
elektron atau mesin berkas elektron (MBE). Partikel alpha dan proton dapat
diproduksi melalui akselerator berkas ion (ion beam accelerator). Sinar gamma
maupun berkas elektron termasuk jenis iradiasi pengion. Artinya, interaksi iradiasi
pengion dengan materi akan mengakibatkan pembebasan elektron cepat yang
selanjutnya menginduksi pembentukan ion positif dan negatif (ionisasi) serta
pembentukan molekul interaksi (eksitasi) yang akan menghasilkan radikal bebas.
Secara bersama maupun sendiri-sendiri ion-ion molekul tereksitasi dan radikal
bebas tersebut menginduksi terjadinya reaksi kimia. Pada bahan polimer reaksi
kimia yang terjadi dapat mengakibatkan pembentukan ikatan silang (crosslinking)
dan pemutusan rantai (chain scision). Terjadinya ikatan silang, yaitu terbentuknya
ikatan tiga dimensi pada molekul polimer, sedangkan pemutusan ikatan
mengakibatkan molekul polimer terdegradasi, keduanya akan mempengaruhi sifat
fisik mekanik polimer (Razzak dan Subki 1998). Sukaryo et al. (2012)
melaporkan bahwa kekerasan UHMWPE meningkat seiring dengan bertambahnya
dosis iradiasi (0-150 kGy) dengan kisaran nilai 38 sampai 46 Shore D. Tegangan
tarik maksimum menurun seiring bertambahnya dosis iradiasi. Meskipun
mengalami penurunan nilai tegangan maksimum, nilai tersebut (29-41 MPa)
masih memenuhi syarat produk implan (tegangan maksimum >19 MPa).
Penelitian ini menggunakan UHMWPE daur ulang sebagai bahan dasar
pembuatan biokomposit dengan HAp yang menghasilkan sifat fisik dan mekanik
yang lebih baik. Pemilihan UHMWPE daur ulang didasarkan karena mempunyai
nilai yang lebih praktis dibandingkan UHMWPE murni yang diproduksi dari
Sigma Aldrich. UHMWPE daur ulang mudah diperoleh di Pasar lokal dengan
harga jual yang jauh lebih murah dibandingkan UHMWPE murni yang memiliki
harga jual yang tinggi. Pemilihan polimer jenis termoplastik jenis polietilena
sebagai matriks dalam biokomposit dikarenakan polimer UHMWPE mempunyai
titik leleh 125-138 ºC (Fang et al. 2003). UHMWPE daur ulang digunakan
sebagai alternatif lain pembuatan bantalan (tibial tray) dengan alasan pemilihan
yang didasarkan atas kemiripan sifat fisik dan mekanik dengan UHMWPE murni.
Berdasarkan kemiripan sifat tersebut, memungkinkan UHMWPE daur ulang dapat
digunakan sebagai bahan bantalan. Pembuatan biokomposit UHMWPE daur
ulang dengan HAp sebagai pengisi (filler) melalui teknik pemaduan mekanis
kemudian di kempa panas untuk pembuatan film, lalu diiradiasi berkas elektron
untuk meningkatkan sifat mekanik. Penelitian ini bertujuan menentukan sifat
fisikokimia biokomposit UHMWPE/HAp pasca iradiasi berkas elektron agar
diperoleh bahan dengan sifat yang lebih baik.

3

BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah neraca analitik merk Electronic BOSCH SAE
200, vial tahan karat, high energy milling (HEM) tipe PW 700i, alat kempa
hidrolik merk Carver, difraktometer sinar-X (XRD) merk Shimadzu XD 610, alat
kempa panas merk Hydroulics tipe Pj16h, alat kempa dingin, cetakan, pemotong
dumbell, mesin berkas elektron (MBE) dinamitron tipe GJ-2, jangka sorong
digital, alat uji tarik merk Toyoseike, alat uji keras Zwick ISO/R 868 Shore A,
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) merk Shimadzu
IRPrestige-21, dan DSC merk Perkin Elmer. Bahan yang digunakan adalah
UHMWPE (BM 3 × 106 sampai 6 × 106 gram mol-1) dari Sigma Aldrich,
UHMWPE daur ulang dari Pasar Glodok Jakarta, dan HAp hasil sintesis dari sisik
ikan (ukuran partikel 10-20 nm) dari PATIR BATAN.

Metode
Prosedur penelitian terdiri atas 7 tahap, yaitu pembuatan biokomposit daur
ulang UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis, pembuatan film
biokomposit, iradiasi biokomposit dengan berkas elektron, analisis kristalinitas
menggunakan XRD, pengujian kekuatan mekanik, analisis termal, dan analisis
gugus fungsi dengan FTIR. Secara umum bagan alir penelitian dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Preparasi Sampel
UHMWPE daur ulang yang berbentuk silinder dikikir atau digergaji
sehingga menjadi serbuk seperti UHMWPE Sigma Aldrich.
Pembuatan Biokomposit UHMWPE-HAp dengan Teknik Pemaduan
Mekanis (Elmkharram 2013 dengan modifikasi)
Biokomposit UHMWPE yang dibuat memiliki komposisi hidroksiapatit
(HAp), yaitu sebesar 15% dengan bobot total 15 g. Serbuk UHMWPE daur ulang
dan HAp ditimbang untuk membuat biokomposit. Serbuk campuran dengan bobot
15 g tersebut dimasukkan ke dalam ball mill. Nisbah antara bobot campuran
dengan bobot bola sebesar 1:8. Serbuk campuran selanjutnya digiling
menggunakan high energy milling (HEM) PW 700i dengan kecepatan 600 rpm
selama 90 menit. Setiap biokomposit yang telah dihasilkan dari proses
penggilingan dimasukkan ke dalam wadah plastik.
Pembuatan Film Biokomposit UHMWPE-HAp (Apriliyanto 2014 dengan
modifikasi)
Serbuk biokomposit hasil pemaduan mekanis dengan bobot 15 g dituangkan
dalam cetakan berbentuk persegi dengan ukuran 15 cm × 15 cm dengan ketebalan

4
0.5 mm. Serbuk diratakan sehingga memenuhi ruang di dalam cetakan. Cetakan
dimasukkan ke dalam alat kempa panas yang telah dipanaskan dengan suhu 180
ºC kemudian ditekan dengan tekanan 140 kg cm-2 selama 8 menit. Setelah itu
sampel dikeluarkan dari alat kempa panas dan dipindahkan ke dalam alat kempa
dingin selama 8 menit.
Iradiasi Biokomposit dengan Berkas Elektron (Natsir 1998 dengan
modifikasi)
Film biokomposit dalam wadah plastik ditempatkan pada konveyor.
Selanjutnya dilakukan iradiasi berkas elektron dengan akselerator spesifikasi
energi menengah 2 MeV, 10 mA model dinamitron tipe GJ-2 dengan kemampuan
penetrasi elektron masing-masing 0.6 mm dan 1.2 mm untuk iradiasi dua sisi
dalam bahan yang kerapatannya 1 g/cm3. Pengaturan frekuensi dan kecepatan
iradiasi berkas elektron sesuai dengan tabel spesifikasi. Kecepatan konveyor pada
dosis 25 kGy sebesar 0.80 m/menit dan frekuensi sebesar 4.61 Hertz dengan arus
2 mA. Iradiasi berkas elektron dilakukan pada dosis 50, 100, dan 150 kGy.
Analisis Kristalinitas Menggunakan XRD (Wulandari 2011 dengan
modifikasi)
Film biokomposit dengan dosis 0, 50, 100, dan 150 kGy dengan ukuran
tertentu ditempelkan pada sampel dalam alat XRD merk Shimadzu XD 610
dengan perekat ganda yang diletakkan pada goniometer. Kemudian di scanning
pada sudut 2θ antara 10º sampai 40º. Penentuan kristalinitas dapat ditentukan dari
difraktogram hasil XRD menggunakan software Grapher 8 melalui persamaan:

Penentuan ukuran kristalit sampel ditentukan dari pola difraksi sampel
melalui persamaan Scherrer:
Keterangan:
t
k
λ
B
θ

= ukuran rata-rata kristalit
= konstanta Scherrer (0.9)
= panjang gelombang sinar-X
= lebar puncak pada setengah tinggi maksimum
= posisi puncak difraksi

Lebar puncak pada setengah tinggi maksimum (B) sampel dicari
menggunakan software X’pert High Score, serta dilakukan koreksi pelebaran
puncak menggunakan silikon pada sudut 2θ, yaitu sebesar 28.3716 º.

5
Pengujian Kekuatan Mekanik
Uji Tarik dan Perpanjangan Putus (ASTM D 1822-06)
Film biokomposit yang telah dicetak sesuai standar ASTM D 1822-06
diukur ketebalannya kemudian sampel dijepit di antara kedua pendulum alat uji
tarik Toyoseiki. Sampel ditarik dengan kecepatan konstan 50 mm menit -1
sehingga diketahui tegangan maksimum dan perpanjangan putusnya. Pengujian
dilakukan sebanyak 4 kali.
Uji Keras (ASTM D 2240-05)
Film biokomposit diukur ketebalannya dengan tebal lebih atau sama dengan
6 mm, kemudian diletakkan di atas tempat yang rata. Alat uji kekerasan Zwick
ISO/R 868 Shore A diletakkan di atas sampel pada suatu titik kemudian beban
dengan bobot 1 kg ditempatkan di atas alat tersebut. Posisi alat dan beban harus
tegak lurus dengan sampel; setelah 15 detik, dibaca nilai kekerasan yang
ditunjukkan oleh jarum pada alat. Nilai kekerasan berkisar antara 0 dan 100 Shore
A. Pengukuran dilakukan pada 3 titik yang berbeda pada sampel. Pengujian
dilakukan sebanyak 4 kali. Nilai pada satuan Shore A tersebut kemudian
dikonversi dalam satuan Shore D.
Analisis Sifat Termal Menggunakan DSC
Pengaruh iradiasi berkas elektron pada titik leleh biokomposit dapat diamati
menggunakan alat Differential Scanning Calorimeter (DSC). Film biokomposit
dengan kadar HAp 15% dan dosis iradiasi 0 dan 150 kGy diletakkan di atas
wadah yang terbuat dari kuarsa yan terletak di dalam tungku pemanas pada alat
DSC merk Perkin Elmer. Pengukuran dilakukan pada kisaran suhu 25 ºC hingga
200 ºC dengan kecepatan 20 ºC menit-1 dalam hembusan gas nitrogen (20 mL
menit-1). Data yang dihasilkan dalam bentuk termogram. Titik leleh diperoleh dari
puncak grafik endoterm, sedangkan kristalinitas ditentukan melalui persamaan
berikut:

Analisis Gugus Fungsi Menggunakan FTIR
Pencirian menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier
(FTIR) Shimadzu IRPrestige-21 dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi
yang terkandung di dalam sampel. Film biokomposit (kadar HAp 15%) dengan
dosis iradiasi 0, 50, 100, dan 150 kGy sebanyak 0.1 g ditambah KBr. Setelah itu
sampel-KBr diletakkan pada wadah sampel FTIR dan dimasukkan ke dalam
kompartemen sampel. Pengukuran spektrum FTIR dilakukan pada daerah IR
tengah (4000-400 cm-1) dengan melibatkan pengontrol kerja berupa personal
komputer yang dilengkapi perangkat lunak OPUS versi 4.2.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik UHMWPE Murni dan Daur Ulang
UHMWPE merupakan polimer semikristalin yang memiliki fase kristalin
dan amorf. Struktur kristal, ukuran kristalit, dan kristalinitas dari UHMWPE dapat
ditentukan dari difraktogram hasil pengujian menggunakan XRD. Pola difraksi
untuk setiap zat memiliki pola tertentu, sehingga dapat dianalisis secara kualitatif
dengan mencocokkan data difraksi dari pangkalan Joint Committe for Podwer
Diffraction Standard (JCPDS). Difraktogram UHMWPE dapat dilihat pada
Gambar 2. Berdasarkan pengamatan pada difraktogram UHMWPE murni
(Gambar 2 bagian bawah) memperlihatkan bahwa difraktogram UHMWPE daur
ulang (Gambar 2 bagian atas) sebelum penambahan HAp dan iradiasi berkas
elektron mempunyai perbedaan intensitas pada puncak difraksinya, walaupun
tidak terlalu besar. Namun memiliki pola difraksi yang mirip, yaitu dihasilkan
puncak daerah kristalin dan amorf. Puncak daerah kristalin UHMWPE murni dan
daur ulang dihasilkan pada posisi sudut 2θ, yaitu 21.5º.

Gambar 2 Difraktogram UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan
HAp dan iradiasi berkas elektron
Setiap puncak memiliki posisi sudut 2θ tertentu yang menjadi dasar untuk
menentukan indeks Miller dan jarak antar bidang kristal, sehingga dapat
menghitung parameter kisi UHMWPE dengan bantuan data difraksi dari
pangkalan JCPDS. Data JCPDS untuk bahan polietilena (PE) ditunjukkan pada
Lampiran 2, sedangkan perhitungan parameter kisi UHMWPE ditampilkan pada
Lampiran 3. Hasil analisis menunjukkan bahwa sampel UHMWPE memiliki
struktur kristal ortorombik dengan mencocokkan pola difraksi JCPDS PE 531859, sehingga diperoleh parameter kisi yang ditunjukkan pada Tabel 1.

7
Tabel 1 Parameter kisi UHMWPE murni dan daur ulang sebelum penambahan
HAp dan iradiasi berkas elektron
Sampel
a (Å)
b (Å)
c (Å)
V (Å3)
UHMWPE Murni
7.4176
4.9568
2.6831
98.5316
UHMWPE Daur ulang
7.4226
4.9386
2.6555
97.3250
Keterangan: a, b, dan c: parameter kisi; V: volume unit kisi
Berdasarkan Tabel 1, parameter kisi UHMWPE daur ulang memiliki nilai
yang tidak jauh berbeda dengan UHMWPE murni, yaitu selisih 0.005 sampai 0.03
Å. Dengan selisih parameter kisi yang kecil, dapat diasumsikan bahwa UHMWPE
daur ulang memiliki struktur kristal yang sama dengan UHMWPE murni. Nilai
parameter kisi yang didapatkan disesuaikan dengan data JCPDS PE 53-1859,
menunjukkan bahwa volume unit sel sampel UHMWPE murni dan daur ulang
lebih besar 6.79% dan 5.48% dibandingkan data JCPDS PE.
Penentuan ukuran kristalit UHMWPE murni dan daur ulang melalui
persamaan Scherrer. Ukuran kristalit ditentukan dengan membandingkan panjang
gelombang sinar-X dan konstanta Scherrer dengan lebar puncak pada setengah
tinggi maksimum dan posisi puncak difraksi dari struktur kristal ortorombik.
Berdasarkan Lampiran 4, ukuran kristalit UHMWPE murni dan daur ulang
dihasilkan sebesar 26.9730 nm dan 33.7180 nm. Perbedaan ukuran kristalit
menunjukkan keteraturan rantai polimer antara UHMWPE murni dan daur ulang.
Berdasarkan hasil pegujian menggunakan DSC diperoleh titik leleh UHMWPE
murni dan daur ulang sebesar 133.79 C dan 129.48 C. Titik leleh yang diperoleh
termasuk dalam rentang sifat mekanik titik leleh UHMWPE, yaitu 125-138 C
(Fang et al. 2003). Berdasarkan kemiripan sifat tersebut, dapat diasumsikan
UHMWPE murni dapat diganti dengan UHMWPE daur ulang dengan
memodifikasi metode untuk meningkatkan sifat mekanik UHMWPE daur ulang
dengan mengkorelasikan sifat mekanik UHMWPE murni.

Karakteristik Biokomposit UHMWPE-HAp
Proses pencirian dengan XRD menghasilkan difraktogram yang dapat
digunakan untuk mengevaluasi apakah telah terbentuk biokomposit. Analisis
secara kualitatif pada biokomposit dilakukan dengan melihat pola difraksi
biokomposit tersebut kemudian membandingkannya dengan pola difraksi
senyawa penyusunnya. Jika pola difraksi bahan awal berubah dan terbentuk pola
difraksi yang lain, ada indikasi telah terjadi reaksi kimia yang menghasilkan
bahan baru yang berbeda dari bahan awalnya. Biokomposit UHWMPE-HAp
dicirikan dengan XRD. Difraktogram biokomposit pada penentuan UHMWPE
dapat dilihat pada Gambar 3.

8

Intensitas

*

10

15
HAp*

*

*

20

25

2

UHMWPE Murni + 15 % HAp

30

35

40

UHMWPE Daur Ulang + 15 % HAp

Gambar 3 Difraktogram biokomposit pada penentuan UHMWPE sebelum iradiasi
berkas elektron
Berdasarkan difraktogram yang dihasilkan, didapatkan grafik yang terdiri
dari beberapa puncak. Keberadaan UHMWPE di dalam biokomposit diidentifikasi
dengan menganalisis pola difraksi dan membandingkan parameter kisi pada
sampel biokomposit (Tabel 2). Munculnya puncak pada sudut 2 serta pola
difraksi yang hampir sama dapat dilihat pada Gambar 3. Pola difraksi biokomposit
UHMWPE menunjukkan bahwa terdapat senyawa UHMWPE di dalam
biokomposit yang telah dibuat. Hal ini ditunjukkan dengan keberadaan puncak
HAp pada sudut 2 di dalam biokomposit. Terjadi pergeseran sudut 2 sebesar
0.2918 pada puncak difraksi biokomposit daur ulang dari sudut 2 sebesar
21.5276º biokomposit murni, namun intensitas biokomposit murni lebih besar
51.57% dibandingkan intensitas biokomposit daur ulang.
Tabel 2 Parameter kisi biokomposit murni dan daur ulang sebelum iradiasi berkas
elektron
Sampel
a (Å)
b (Å)
c (Å)
V (Å3)
Biokomposit Murni
7.4449
4.9537
2.6707
98.4948
Biokomposit Daur ulang
7.3938
4.8795
2.6851
96.8731
Keterangan: a, b, dan c: parameter kisi; V: volume unit kisi
Berdasarkan Tabel 2, parameter kisi UHMWPE pada biokomposit daur
ulang memiliki nilai yang mendekati biokomposit murni, yaitu selisih antara
0.005 sampai 0.07 Å. Nilai volume kisi yang dihasilkan pada biokomposit daur
ulang lebih kecil 1.67% dibandingkan biokomposit murni. Hal ini ditunjukkan
pada pergeseran sudut 2θ pada puncak difraksi biokomposit daur ulang. Pelebaran
setengah puncak tinggi maksimum biokomposit daur ulang diperoleh ukuran
kristalit sebesar 26.9820 nm, sedangkan ukuran kristalit biokomposit murni
sebesar 44.9480 nm. Berdasarkan JCPDS No 86-0740 struktur unit kristal HAp
berbentuk heksagonal dengan parameter kisi a = b = 9.352 Å, c = 6.882 Å, dan V

9
= 521.26 Å. HAp pada biokomposit diidentifikasi dari difraktogram biokomposit
dengan bantuan data JCPDS (Lampiran 2). Berdasarkan difraktogram yang
dihasilkan (Gambar 3), puncak difraksi sampel menunjukkan adanya HAp di
dalam biokomposit dan puncak difraksi HAp memiliki sudut 2θ mirip dengan
puncak difraksi pada biokomposit (ditunjukkan dengan tanda *).

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kuat Tarik

40
30
20
10
0
0

50

100

Dosis iradiasi (kGy)
Murni

Daur ulang

150

Tegangan Maksimum
(MPa)

Tegangan Maksimum
(MPa)

Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tarik UHMWPE tanpa HAp dan
dengan 15% HAp (Lampiran 5) menunjukkan bahwa nilai tegangan maksimum
cenderung menurun dengan peningkatan dosis iradiasi (Gambar 4). Nilai tegangan
maksimum UHMWPE tanpa HAp seiring dengan peningkatan dosis iradiasi
UHMWPE murni dan UHMWPE daur ulang terletak pada kisaran 35.32 sampai
26.23 MPa dan 26.48 sampai 21.09 MPa (Gambar 4a). Nilai tegangan maksimum
yang dihasilkan UHMWPE murni dengan peningkatan dosis iradiasi lebih besar,
yaitu 33.38% hingga 24.37% dibandingkan UHMWPE daur ulang. Berdasarkan
penelitian Apriliyanto (2014), nilai tegangan maksimum UHMWPE murni dengan
iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy terletak pada kisaran
29.23 sampai 21.40 MPa. Nilai tegangan maksimum yang diperoleh dengan
iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron memenuhi standar produk implan
sesuai dengan ISO 5834-2 sebesar >19 MPa (Sukaryo et al. 2012).
40
30
20
10
0
0

50
100
Dosis iradiasi (kGy)

Murni+15% HAp

150

Daur ulang+15% HAp

(b)
(a)
Gambar 4 Pengaruh dosis iradiasi pada tegangan maksimum: (a) Tanpa HAp; (b)
Dengan 15% HAp
Secara umum, nilai tegangan maksimum menurun seiring dengan
peningkatan pesentase HAp dalam biokomposit yang disebabkan oleh penurunan
persentase UHMWPE yang memberikan sifat lentur dan ulet dalam biokomposit.
Berdasarkan Gambar 4b, nilai tegangan maksimum biokomposit murni seiring
dengan peningkatan dosis iradiasi terletak pada kisaran 22.69 sampai 18.68 MPa,
sedangkan hasil pengujian biokomposit daur ulang menunjukkan nilai tegangan
maksimum cenderung fluktuatif, yaitu terletak pada kisaran 17.24 sampai 16.99
MPa pada dosis iradiasi 0 sampai 150 kGy. Titik minimum dihasilkan oleh
biokomposit daur ulang pada dosis iradiasi 50 kGy ialah 14.89 MPa. Nilai
tegangan maksimum yang dihasilkan biokomposit daur ulang dengan peningkatan
dosis iradiasi menurun sekitar 31.61% hingga 9.94% dibandingkan dengan

10
biokomposit murni. Menurut Apriliyanto (2014), nilai tegangan maksimum
biokomposit murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75
kGy terletak pada kisaran 23.80 sampai 23.61 MPa. Sehingga dapat diasumsikan
bahwa iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menurunkan nilai
tegangan maksimum bahan seiring dengan peningkatan dosis iradiasi.
Nilai kekuatan tarik yang semakin menurun dengan meningkatnya dosis
iradiasi terjadi karena adanya pemutusan rantai akibat rantai polimer yang
semakin lama semakin pendek. Pemutusan rantai dapat meningkatkan kekerasan
biokomposit karena terbentuk kristal gabungan hasil pemutusan ikatan C-C yang
berikatan dengan oksigen. Penurunan kekuatan tarik terjadi tidak signifikan
karena pemutusan rantai juga terjadi secara perlahan pada kisaran dosis iradiasi
yang digunakan. Persentase berkurangnya nilai tegangan maksimum biokomposit
murni dan daur ulang masing-masing sebesar 55.66% dan 53.59%. Hal ini
disebabkan oleh kandungan HAp yang cukup besar akan meningkatkan pengaruh
sifat HAp (kaku dan mudah patah) dalam biokomposit (Alothman et al. 2013).
Nilai perpanjangan putus juga menunjukkan hal yang sama, yaitu semakin
meningkat dosis iradiasi yang diberikan, maka semakin menurun nilai
perpanjangan putus (Gambar 5). Nilai perpanjangan putus UHMWPE tanpa HAp
seiring dengan peningkatan dosis iradiasi UHMWPE murni dan UHMWPE daur
ulang terletak pada kisaran 259.93 sampai 115.4% dan 590.43 sampai 235%
(Gambar 5). Menurut Apriliyanto (2014), nilai perpanjangan putus UHMWPE
murni dengan iradiasi sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak
pada kisaran 174 sampai 136.23%. Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas
elektron menurunkan nilai perpanjangan putus bahan seiring dengan peningkatan
dosis iradiasi. Nilai perpanjangan putus yang dihasilkan UHMWPE daur ulang
dengan peningkatan dosis iradiasi meningkat sebesar 100% dari UHMWPE
murni. Nilai perpanjangan putus yang dihasilkan UHMWPE daur ulang termasuk
dalam rentang sifat mekanik perpanjangan putus UHMWPE, yaitu 350 sampai
525% (Fang et al. 2003).
Perpanjangan putus (%)

600
500
400
300
200
100
0
0

50
Dosis iradiasi (kGy)

100

UHMWPE Murni

UHMWPE Daur ulang

Biokomposit Murni

Biokomposit Daur ulang

150

Gambar 5 Pengaruh dosis iradiasi pada perpanjangan putus untuk UHMWPE
tanpa HAP dan tambahan 15% HAp

11
Nilai perpanjangan putus pada biokomposit juga mengalami penurunan
yang
signifikan. Hasil pengujian biokomposit murni menunjukkan nilai
perpanjangan putus terletak pada kisaran 134.5 sampai 42.43% pada dosis iradiasi
0 sampai 150 kGy (Gambar 5). Titik minimum dengan perpanjangan putus pada
biokomposit murni sebesar 41.3% pada dosis iradiasi 100 kGy. Nilai
perpanjangan putus pada biokomposit daur ulang juga mengalami penurunan yang
fluktuatif dengan peningkatan dosis iradiasi terletak pada kisaran 41.83 sampai
28.2%. Titik minimum dengan perpanjangan putus pada biokomposit daur ulang
terletak pada dosis iradiasi 50 kGy dengan nilai sebesar 5.56%. Namun, nilai
perpanjangan putus biokomposit murni dengan peningkatan dosis iradiasi lebih
besar 100 sampai 50% dibandingkan biokomposit daur ulang. Menurut
Apriliyanto (2014), nilai perpanjangan putus biokomposit murni dengan iradiasi
sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 135.20
sampai 105.90%. Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menyebabkan
nilai perpanjangan putus biokomposit yang menurun. Hal ini menunjukkan bahwa
biokomposit semakin getas akibat adanya pemutusan rantai dan meningkatnya
jumlah taut silang. Jumlah taut silang yang meningkat mengakibatkan rantai
polimer tidak mudah bergerak satu dengan yang lain ketika ditarik sehingga
menghasilkan perpanjangan putus yang rendah (Alothman et al. 2013).

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kekerasan
Kekerasan merupakan salah satu sifat bahan yang penting dan digunakan
sebagai indikator untuk ketahanan aus polimer. Pengujian kekerasan menunjukkan
bahwa terjadi peningkatan kekerasan dengan meningkatnya dosis iradiasi (Wang
dan Ge 2007). Sukaryo et al. (2012) melaporkan nilai kekerasan UHMWPE hasil
iradiasi dengan dosis 0 sampai 150 kGy terletak pada kisaran 38 sampai 46 Shore
D. Berdasarkan hasil pengujian kekerasan (Lampiran 6), dapat diketahui
kekerasan UHMWPE murni terletak pada kisaran 39 sampai 42.3 Shore D,
sedangkan untuk UHMWPE daur ulang terletak pada kisaran 38.5 sampai 42
Shore D (Gambar 6a). Titik maksimum dengan kekerasan UHMWPE murni
terletak pada dosis 150 kGy dengan nilai sebesar 42.3 Shore D. Menurut
Apriliyanto (2014), nilai kekerasan UHMWPE murni dengan iradiasi sinar
gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 41.57 sampai
43.07 Shore D. Dapat diasumsikan bahwa iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas
elektron akan meningkatkan nilai kekerasan seiring peningkatan dosis iradiasi.

42.5
41.5
40.5
39.5
38.5
37.5
0

50

100

Dosis iradiasi (kGy)
Murni

Daur ulang

150

Kekerasan (Shore D)

Kekerasan (Shore D)

12
42.5
41.5
40.5
39.5
38.5
37.5
0

50

100

150

Dosis iradiasi (kGy)
Murni+15% HAp

(a)

Daur ulang+15% HAp

(b)

Gambar 6 Pengaruh dosis iradiasi pada kekerasan: (a) Tanpa HAp; (b) Dengan
15% HAp
Nilai kekerasan juga meningkat seiring dengan penambahan HAp dalam
biokomposit. Berdasarkan hasil pengujian nilai kekerasan biokomposit murni
terletak pada kisaran 39 sampai 40 Shore D, sedangkan untuk biokomposit daur
ulang terletak pada kisaran 38.6 sampai 41.8 Shore D (Gambar 6b). Nilai
kekerasan biokomposit daur ulang lebih besar daripada biokomposit murni.
Menurut Apriliyanto (2014), nilai kekerasan biokomposit murni dengan iradiasi
sinar gamma Co-60 pada dosis 0 sampai 75 kGy terletak pada kisaran 47.84
sampai 49.60 Shore D. Penambahan HAp pada matriks UHMWPE mampu
meningkatkan nilai kekerasan dan biokompatibilitas suatu implan. HAp
merupakan senyawa mineral apatit yang memiliki kesamaan komposisi kimia
dengan jaringan tulang asli. Semakin tinggi kadar HAp di dalam biokomposit,
semakin tinggi nilai kekerasan biokomposit.
Iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron menyebabkan terbentuknya
ikatan silang dan pemutusan rantai akibatnya nilai kekerasan polimer meningkat.
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 berkas elektron 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 semakin meningkat. Nilai kekerasan UHMWPE murni
lebih besar daripada UHMWPE daur ulang dengan peningkatan dosis iradiasi.
Namun, pada penambahan HAp nilai kekerasan biokomposit daur ulang lebih
besar daripada biokomposit murni. Hal ini memungkinkan terbentuknya ikatan
silang lebih banyak sehingga pemutusan rantai yang terjadi lebih banyak seiring
bertambahnya dosis iradiasi.

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Kristalinitas
Kekerasan biokomposit juga dipengaruhi oleh kristalinitas dari biokomposit
tersebut. Bahan dengan kristalinitas yang tinggi akan membuat bahan tahan
terhadap pelarut, menjadi kaku, dan lebih kuat, tetapi mudah getas (Sukaryo et al.
2012). Difraksi sinar-X (XRD) digunakan untuk menentukan kristalinitas polimer.

13

45
43
41
39
37
0

50
100
Dosis iradiasi (kGy)

150

Kristalinitas (%)

Kristalinitas (%)

Penentuan kristalinitas ditentukan dari difraktogram hasil XRD dengan
membandingkan luas fraksi amorf dengan luas fraksi total (Lampiran 7). Selain
dari difraktogram hasil XRD, kristalinitas juga dapat diuji menggunakan hasil
pengujian differential scanning calorimeter (DSC). Kristalinitas ditentukan
dengan membandingkan entalpi peleburan biokomposit dengan entalpi peleburan
polietilena 100% kristalin (292.5 J/g).
45
43
41
39
37
0

50
100
Dosis iradiasi (kGy)

150

Daur ulang+15% HAp

Murni+15% HAp

(a)
(b)
Gambar 7 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian XRD: (a)
Murni+15% HAp; (b) Daur ulang+15% HAp
Kristalinitas biokomposit meningkat seiring dengan meningkatnya dosis
iradiasi. Persentase kristalinitas dengan pengujian menggunakan XRD pada
biokomposit murni terletak pada kisaran 39.53 sampai 44.53%, sedangkan pada
biokomposit daur ulang terletak pada kisaran 37.95 sampai 44.06% pada dosis 0
sampai 150 kGy (Gambar 7). Persentase kristalinitas biokomposit murni lebih
besar dari biokomposit daur ulang. Hal ini menunjukkan bahwa biokomposit
murni lebih kaku dari biokomposit daur ulang. Hasil analisis kristalinitas
biokomposit murni dan daur ulang menggunakan DSC ditunjukkan pada Gambar
8.
150

Kristalinitas (%)

120
90
60
30
0
0

Dosis iradiasi (kGy)

Biokomposit Murni

150

Biokomposit Daur ulang

Gambar 8 Pengaruh dosis iradiasi pada kristalinitas dengan pengujian DSC pada
Murni+15% HAp dan Daur ulang+15% HAp

14
Berdasarkan Gambar 8, persentase kristalinitas dengan pengujian DSC pada
biokomposit murni terletak pada kisaran 30.19% dan 50.64% dengan dosis
iradiasi 0 dan 150 kGy, sedangkan pada biokomposit daur ulang terletak pada
kisaran 32.64% dan 46.94% dengan dosis iradiasi 0 dan 150 kGy. Kristalinitas
biokomposit murni lebih besar 7.88% dibandingkan biokomposit daur ulang. Hal
ini menunjukkan bahwa biokomposit murni lebih keras. Menurut Apriliyanto
(2014), kristalinitas biokomposit murni penambahan 5% HAp dengan iradiasi
sinar gamma Co-60 pada dosis 0, 25, dan 75 kGy diperoleh masing-masing
sebesar 18.57, 39.55, dan 50.43%. Dapat diasumsikan bahwa kristalinitas
meningkat dengan iradiasi sinar gamma Co-60 dan berkas elektron seiring dengan
peningkatan dosis iradiasi.

Pengaruh Dosis Iradiasi pada Sifat Termal
Analisis termal adalah pengukuran fisika suatu bahan terhadap perubahan
suhu yang digunakan untuk mengetahui ketahanan dan kestabilan polimer
terhadap panas. Pengukuran analisis termal menggunakan DSC (Differential
Scanning Calorimeter). Analisis termal DSC dilakukan untuk mengetahui fasefase transisi pada biokomposit murni dan daur ulang. Sampel yang digunakan
untuk pengujian ini adalah UHMWPE dengan HAp dosis 0 kGy dan 150 kGy
(Lampiran 8). Hasil analisis sifat termal biokomposit ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Hasil analisis sifat termal biokomposit murni dan daur ulang
Sampel
Dosis
Titik
Entalpi
Kristalinitas
iradiasi
leleh
peleburan
(%)
(kGy
(°C)
(J/g)
0
133,18
88,3091
30,19
Biokomposit Murni
150
137,49
148,1480
50,64
0
128,78
95,4487
32,63
Biokomposit Daur ulang
150
129,98
143,1645
46,94
Dosis iradiasi juga mempengaruhi titik leleh dan entalpi peleburan pada
biokomposit. Titik leleh dan entalpi peleburan biokomposit meningkat seiring
peningkatan dosis iradiasi. Titik leleh yang dihasilkan pada biokomposit murni
lebih besar 3.41 sampai 5.77% dibandingkan biokomposit daur ulang pada dosis 0
dan 150 kGy. Peningkatan titik leleh tersebut, disebabkan oleh peningkatan taut
silang dan kristalinitas. Tingkat taut silang yang tinggi akan menurunkan derajat
kebebasan antar rantai, sehingga energi yang diperlukan untuk mengubah fase
padatan menjadi fase cairan akan semakin besar. Alothman et al. (2013)
menyatakan bahwa energi yang dibutuhkan untuk meleburkan susunan kristalin
lebih tinggi daripada partikel amorf.

15
Pengaruh Dosis Iradiasi pada Gugus Fungsi
Analisis gugus fungsi dapat ditentukan melalui instrumen FTIR dengan
memanfaatkan absorbansi dari biokomposit terhadap gelombang inframerah yang
dipancarkan. Analisis ini bertujuan mengetahui interaksi yang terjadi pada gugus
fungsi yang disebabkan oleh dosis iradiasi yang semakin besar pada penyusun
film biokomposit UHMWPE daur ulang-HAp. Menurut Janaki et al. (2008)
spektrum FTIR HAp menunjukkan adanya pita serapan daerah 1450 cm-1 (regang
gugus CO3-2), serta 866 cm-1, 604 cm-1, dan 565 cm-1 (gugus PO4-). Berdasarkan
hasil spektrum FTIR (Lampiran 9) berikut merupakan gugus fungsi yang ada pada
biokomposit murni dan daur ulang (Tabel 4 dan Tabel 5).
Tabel 4 Analisis gugus fungsi biokomposit murni
Sampel
Dosis iradiasi (kGy) Bilangan
Gugus fungsi
gelombang (cm-1)
3755.1339
Regang O-H
3574.1623
2913.3417
Regang C-H
2850.2758
1468.3108
Regang CO3-2
0
1032.3338
Regang C-O
733.4564
961.0419
C=C
UHMWPE
845.8782
Regang PO4-3
Murni+15% HAp
637.4867
2919.6381
Regang C-H
2856.1051
1726.3223
C=O
1466.6656
Regang CO3-2
150
1251.2059
Regang C-O
1035.7461
961.1638
C=C
712.5564
Regang PO4-3
-3
Keterangan: C: Carbon; O:Oxygen; H: Hydrogen; PO4 : phosphat; CO3-2:
carbonate. Sumber: Field et al. 2008

16
Tabel 5 Analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang
Sampel
Dosis iradiasi (kGy) Bilangan
Gugus fungsi
gelombang (cm-1)
3371.2547
Regang O-H
0
1638.3145
C=O
1029.5918
Regang C-O
3757.8759
Regang O-H
3571.4203
2921.5677
UHMWPE Daur
Regang C-H
2839.3079
ulang+15% HAp
1462.8269
Regang CO3-2
150
1035.0758
Regang C-O
719.7465
958.3000
C=C
837.6522
Regang PO4-3
637.4867
Keterangan: C: Carbon; O:Oxygen; H: Hydrogen; PO4-3: phosphat; CO3-2:
carbonate. Sumber: Field et al. 2008
Berdasarkan Tabel 4 dan Tabel 5, hasil analisis gugus fungsi biokomposit
murni pada dosis iradiasi 0 dan 150 kGy menunjukkan bahwa terjadi degradasi
yang ditandai dengan adanya interaksi dengan oksigen pada bilangan gelombang
3755, 3574, dan 1032 cm-1. Selain itu, terjadi peristiwa ikatan silang yang ditandai
dengan munculnya serapan gugus vinilena pada bilangan gelombang 961 cm-1.
Pada hasil analisis gugus fungsi biokomposit daur ulang pada dosis iradiasi 0 kGy
terjadi degradasi yang menghasilkan radikal sehingga berinteraksi dengan
oksigen, namun tidak muncul serapan gugus fungsi untuk HAp. Pada dosis
iradiasi 150 kGy, biokomposit daur ulang mengalami degradasi dan terjadi ikatan
silang dengan munculnya serapan gugus vinilena. Tingginya oksidasi dapat
diamati dari perubahan warna komposit yang semakin kuning dengan
meningkatnya dosis iradiasi.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa UHMWPE daur
ulang memiliki kemiripan sifat dengan UHMWPE murni. Kekuatan tarik
UHMWPE daur ulang memenuhi standar produk implan berdasarkan ISO 5834-2
(>19 MPa). Penambahan HAp dan iradiasi berkas elektron pada UHMWPE daur
ulang meningkatkan kekerasan sebesar 8.2%, kristalinitas sebesar 43.8%, dan titik
leleh sebesar 0.9%. Namun, UHMWPE daur ulang dengan penambahan HAp
belum dapat meningkatkan kekuatan mekanik yang baik untuk bantalan tibial,
dapat dilihat dari menurunnya nilai tegangan maksimum dan persentase
perpanjangan putus pada dosis 0 sampai 150 kGy.

17
Saran
Perlu dilakukan analisis morfologi UHMWPE daur ulang setelah
ditambahkan HAp sebagai bahan bantalan untuk mengetahui homogenitas. Perlu
dilakukan uji ESR untuk mengetahui jenis radikal dan jumlah radikal yang tersisa
pada bahan. Perlu dilakukan penentuan densitas dan bobot molekul dari
UHMWPE daur ulang untuk mengetahui berat molekul. Selain itu, diduga HAp
akan lebih biokompatibel bila dilapiskan pada permukaan UHMWPE sesuai sifat
HAp, yaitu meningkatkan biokompatibilitas sekitarnya.

DAFTAR PUSTAKA
Alothman OY, Almajhdi FN, Fouad H. 2013. Effect of gamma radiation and
acceerated aging on the mechanical and thermal behavior of HDPE/HA
nano-composites for bone tissue regeneration. Bio Med Eng. 12(95):1-15.
Apriliyanto YB. 2014. Pengaruh iradiasi gamma pada sifat mekanik dan termal
komposit UHMWPE-HAp untuk tibial tray [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2010. Tensile-Impact
Energy to Break Plastics and Electrical Insulating Materials. Philadelphia:
ASTM; (ASTM Standard: D1822-06).
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2010. Rubber PropertyDurometer Hardness. Philadelphia: ASTM; (ASTM Standard: D2240-05).
Aydin E. 2010. Biodegradable polymer-hydroxyapatite nanocomposites for bone
plate applications [tesis]. Ankara (TR): Middle East Technical University.
Elmkharram HMA. 2013. Mechanically processed alumina reinforced ultrahigh
molecular weight polyethylene (UHMWPE) matrix composites [tesis].
Blacksburg (US): Virginia Polytechnic Institute and State University.
Fang HW, Hsu SM, Sengers JV. 2003. Ultra high molecular weight polyethylene
wear particle effects on bioactivity. Mater Sci Eng. 1002: 1-279.
Field LD, Sternhel S. 2008. Organic Structures from Spectra 4th Edition.
Chechester (GB): John Wiley&Sons.
Janaki K, Elamathi S, Sangeetha D. 2008. Development and characterization of
polymer ceramic composites for orthopedic applications. Trends Biomater:
Artif Organs. 22(3): 169-178.
Lednický F, Šlouf M, Kratochvil I, Baldrian J, Novotná D. 2007. Crystalline
character and microhardness of gamma-irradiated and thermally treated
UHMWPE. Macromol Sci, Part B: Phys. 46: 521-531.
Lewis G. 2001. Properties of crosslinked ultra high molecular weight
polyethylene. Biomaterials. 22: 371-401.
Mc Kellop H, Shen FW, Lu B, Campbell P, Salovey R. 1999. Development of an
extremely wear resistant ultra high molecular polyethylene for total hip
replacement. J Orthop Res. 17(2):157-167.
Musib MK. 2011. A review of the history and role of UHMWPE as a component
in
total
joint
replacements.
Inter
Bio
Eng.
1(1):610.doi:10.5923/j.ijbe.20110101.02.

18
Natsir M. 1998. Teknologi dan aplikasi pemercepat elektron. Di dalam: Sahadi F,
editor. Risalah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi
Isotop dan Radiasi; 18-19 Februari 1998, Jakarta, Indonesia. Jakarta (ID):
Badan Tenaga Atom Nasional, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi. (2): 3745.
Šlouf M, Synkova H, Baldrian J, Marek A, Kovarova J, Schmidt P, Dorschner H,
Stephen M, Gohs U. 2007. Structural changes of uhmwpe after e-beam
irradiation and thermal treatment. Biomed Mater Res: Appl Biomat. 85:240251.doi:10.1002/ jbm.b.30942.
Sui G, Zhong WH, Ren X, Wang XQ, Yang XP. 2009. Structure, mechanical
properties and friction behavior of UHMWPE/HDPE/carbon nanofibers.
Mat Chem Phys. 115(1):404-412.doi:10.1016/j.matchemphys.2008.12.016.
Sukaryo SG, Kusumawati DR, P Maria C, Marnada N. 2012a. Pengaruh iradiasi
gamma terhadap sifat HDPE untuk tibial tray. J Ilmiah Aplikasi Isotop
Iradiasi. 8(2):73-82.
Sukaryo SG, Nurchamid J, Sugeng B, Sitompul A, Yuswono. 2012b. Pembuatan
prototip prostetik sendi lutut. Di dalam: Karmiadji DW, Notosudjono D,
Nurzal ER, Syafarudin, Djarot I, Wicaksono H, Saufi A, editor. Membangun
Sinergi Riset Nasional untuk Kemandirian Teknologi. Prosiding Seminar
Insentif Riset SINas [Internet]; 2012 Nov 29-30; Bandung, Indonesia.
Jakarta (ID): Asdep Relevansi Program Riptek, Kemenristek.
Sukaryo SG, Arifin NL, Sudaryo, Sudirman. 2012. Pengaruh iradiasi gamma
terhadap sifat mekanik UHMWPE untuk tibial tray. J Kimia Kemasan.
34(2):271-280.
Stepens CP. 2009. Morphological characterization of irradiated ultrahigh
molecular weight polyethylene (UHMWPE) [disertasi]. Knoxville (US):
University of Tennessee.
Wang S, Ge S. 2007. The mechanical property and tribological behavior of
UHMWPE: effect of molding pressure. Wear. 263(7-12):949-956.
Wulandari R. 2011. Modifikasi polimer UHMWPE dan HDPE dengan iradiasi
gamma untuk meningkatkan kekuatan mekanik tibial tray [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.

19

LAMPIRAN
Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Serbuk Campuran UHMWPE +
HAp
Milling
Biokomposit

Pencirian dengan XRD
Difraktogram
biokomposit

Film biokomposit

Iradiasi

Tanpa iradiasi

XRD

Uji Tarik







Uji Keras

DSC

Difraktogram
Kekuatan Tarik
Shore D
Titik leleh dan Entalpi Peleburan
Spektrum Gugus Fungsi

FTIR

20
Lampiran 2 Data JCPDS

21
Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
Ortorombik:

a)

UHMWPE Murni

2θ (deg)
10.8759
21.5476
23.9411
30.1340
36.2374
38.1157
Hkl
200
110
210
011
Rerata

θ (deg)
5.4379
10.5485
11.9705
15.067
18.1187
19.0578

1/d2 (Å-2)
0.0725
0.0588
0.1138
0.1796

θ (rad)
0.0949
0.1841
0.2089
0.2629
0.3162
0.3326

A
4/a2
0.0181
4/a2
0

h
0
1
2
2
0
0

k
1
1
0
1
2
1

B
0
1/b2
0.0407
0.0407

l
0
0
0
0
0
1
C
0
0
0
1/c2

d (Å)
8.1283
4.1207
3.7139
2.9632
2.4769
2.3591
a (Å)
7.4278
7.4278
7.3972
7.4176

Volume unit sel

3

d2 (Å2)
66.0695
16.9805
13.7931
8.7809
6.1352
5.5653

1/d2 (Å-2)
0.0151
0.0588
0.0725
0.1138
0.1629
0.1796

b (Å)

c (Å)

4.9568
4.9568
4.9568
4.9568

2.6831
2.6831

22
Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
b) UHMWPE Daur ulang
2θ (deg)
10.8833
21.5991
23.9467
30.1328
36.4332
38.4644
Hkl
200
110
210
011
Rerata

θ (deg)
5.4416
10.7995
11.9783
15.0664
18.2166
19.2332

1/d2 (Å-2)
0.0725
0.0591
0.1138
0.1828

θ (rad)
0.0949
0.1884
0.2090
0.2629
0.3179
0.3356

A
4/a2
0.0181
4/a2
0

h
0
1
2
2
0
0

k
1
1
0
1
2
1

B
0
1/b2
0.0401
0.0401

l
0
0
0
0
0
1
C
0
0
0
1/c2

d (Å)
8.1227
4.1110
3.7130
2.9633
2.4640
2.3384
a (Å)
7.4278
7.4278
7.4124
7.4226

Volume unit sel

3

d2 (Å2)
66.9792
16.9005
13.7868
8.7816
6.0717
5.4681

1/d2 (Å-2)
0.0151
0.0591
0.0725
0.1138
0.1646
0.1828

b (Å)

c (Å)

4.9386
4.9386
4.9386
4.9386

2.6555
2.6555

23
Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
c) UHMWPE Murni + 15% HAp
2θ (deg)

θ (deg)

θ (rad)

h

k

l

d (Å)

d2 (Å2)

11.0660
21.5276
23.9050
29.9997
31.6823
33.9899
36.2871
38.2563

5.5330
10.7638
11.9525
14.9998
15.3411
16.9949
18.1435
19.1281

0.0965
0.1878
0.2086
0.2617
0.2764
0.2966
0.3166
0.3338

0
1
2
2
2
3
0
0

1
1
0
1
1
0
2
1

0
0
0
0
0
0
0
1

7.9891
4.1245
3.7194
2.9764
2.8219
2.6354
2.4736
2.3507

63.8257
17.0115
13.8339
8.8577
7.9631
6.9453
6.1186
5.5257

1/d2
(Å-2)
0.0156
0.0587
0.0722
0.1128
0.1255
0.1439
0.1634
0.1809

b (Å)

c (Å)

4.9568
4.9568
4.9568
4.9537

2.6707
2.6707

Hkl
200
110
210
011
Rerata

1/d2 (Å-2)
0.0722
0.0587
0.1128
0.1809

A
4/a2
0.0180
4/a2
0

B
0
1/b2
0.0407
0.0407

C
0
0
0
1/c2

a (Å)
7.4432
7.4432
7.4483
7.4449

Volume unit sel

3

24
Lanjutan Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
d) UHMWPE Daur ulang + 15% HAp
2θ (deg)

θ (deg)

θ (rad)

h

k

l

d (Å)

d2 (Å2)

11.0553
21.8194
24.0840
261398
30.2795
32.0109
34.2479
36.5238
38.2840

5.5276
10.9097
12.0420
13.0699
15.1397
16.0054
17.1239
18.2619
19.1420

0.0964
0.1904
0.2101
0.2281
0.2642
0.2793
0.2988
0.3187
0.3340

0
1
2
0
2
1
2
0
0

1
1
0
0
1
1
0
2
1

0