Pengaruh Penambahan Pengisi Nanopartikel Cangkang Telur Ayam Terhadap Sifat-Sifat Mekanik Komposit Resin Akrilik Pada Basis Gigi Tiruan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
BASIS GIGI TIRUAN RESIN
Basis gigi tiruan adalah bagian dari gigi tiruan yang berbentuk jaringan lunak
dan bukan merupakan giginya. Sebelum tahun 1940 basis gigi tiruan yang sering
digunakan adalah vulkanisasi dari polimer karet alam. Densitas sambung silang dari
karet alam menyebabkan produk cenderung menjadi kurang higienis dikarenakan
penyerapan air liur. saat ini resin akrilik digunakan secara universal untuk konstruksi
basis gigi tiruan. Terdapat dua metode pada proses pencetakan bahan basis gigi
tiruan, metode yang pertama dikenal dengan metode cetakan adonan resin, dan
metode yang kedua dikenal dengan metode pencetakan adonan resin dengan injeksi.
Akan tetapi metode pencetakan adonan resin dengan injeksi jarang dilakukan
dikarenakan sulit untuk mengontrol bentuk basis gigi yang diinginkan. Gambar 2.1
menunjukkan penampilan gigi tiruan akrilik. Basis gigi tiruan terdiri dari area
berwarna merah muda yang dibuat di laboratorium gigi menggunakan campuran
cairan dan bubuk bahan dasar gigi tiruan akrilik [15].
Gambar 2.1 Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Gigi tiruan pada umumnya menggunakan resin akrilik dikarenakan harganya
yang murah dan relatif mudah dibentuk [16]. Meskipun Polimetil Metakrilat
(PMMA) telah banyak digunakan sebagai komponen utama pembuatan basis gigi
tiruan resin selama bertahun-tahun, bahan ini terkadang dapat mengalami keretakan
pada saat pemakaian ataupun pada penggunaan klinis. Salah satu faktor yang
menyebabkan terjadinya fraktur diakibatkan karena resistansi yang rendah sehingga
5
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan, prodak menjadi kelelahan. Ada banyak studi yang telah dilakukan
peneliti tentang kekuatan mekanik bahan resin dan mereka dibagi dalam dua
pendekatan berikut. Pendekatan pertama adalah untuk meningkatkan kekuatan dari
basis gigi tiruan polimer dengan menambahkan cross-link agent berupa monomer
dari poli-fungsional seperti Polietilenglikol dimetakrilat. Pendekatan kedua adalah
menambahkan serat atau batang untuk meningkatkan kekuatan dari basis gigi tiruan
polimer [17].
Resin akrilik sampai saat ini masih merupakan pilihan untuk pembuatan basis
gigi tiruan lepasan oleh karena harganya relatif murah, mudah direparasi, proses
pembuatan gigi tiruan mudah dan menggunakan peralatan sederhana, warna stabil,
dan mudah dipulas.1 Resin akrilik hybrid yang berkembang saat ini juga sangat
efektif, praktis, mempunyai dua aktivator yaitu kimia dan panas serta proses curing
cepat hanya 20 menit suhu 100°C. Lama proses curing tersebut sangat singkat
dibandingkan dengan proses curing resin akrilik terdahulu. Selain itu resin akrilik
dapat dilakukan proses curing menggunakan gelombang mikro yang hanya
memerlukan waktu 15 menit sehingga waktu kerja lebih efisien. Kekurangan resin
akrilik adalah mudah patah, dan patahnya basis gigi tiruan dapat terjadi di luar mulut
yaitu jatuh pada tempat yang keras [30].
2.2
RESIN AKRILIK
Resin akrilik adalah turunan dari senyawa etilen yang mengandung gugus vinil
dalam rumus strukturnya. Resin akrilik dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu resin
akrilik polimerisasi panas, polimerisasi sinar dan swapolimerisasi. Resin akrilik
polimerisasi panas adalah resin akrilik yang memerlukan energi panas untuk
polimerisasi bahan-bahan tersebut dengan menggunakan perendaman air dan oven
gelombang mikro. Resin akrilik polimerisasi sinar adalah resin akrilik yang
diaktifkan dengan sinar yang terlihat oleh mata. Resin akrilik swapolimerisasi adalah
resin akrilik yang menggunakan energi gelombang mikro dan panas untuk
melakukan proses polimerisasi basis gigitiruan. Penggunaan energi termal
menyebabkan dekomposisi benzoil peroksida dan terbentuknya radikal bebas.
Radikal bebas yang terbentuk sebagai hasil proses ini akan mengawali polimerisasi
[21].
6
Universitas Sumatera Utara
Sejak tahun 1930-an, berbagai macam jenis resin telah diaplikasikan ke dalam
perawatan gigi untuk konstruksi protesa pada gigi tiruan dan kecocokan bahan jenis
resin sebagai bahan konstruksi pada gigi tiruan diperlihatkan pada sifat fisik, sifat
kimia dan sifat biologi pada pengaplikasiannya. Namun, salah satu faktor utama yang
membatasi penggunaan bahan jenis resin ini adalah biokompatibilitas mereka.
Biokompatibilitas dapat didefinisikan sebagai penerimaan (atau penolakan) dari
suatu bahan terhadap penambahan bahan lain yang berdampak terhadap
kekuatanbahan tersebut [18]. Definisi ini menunjukkan interaksi antara matriks
dengan material pengisi haruslah sesuai dengan yang diharapkan untuk
mengahasilkan prodak yang diinginkan. Terdapat beberapa faktor yang harus selaras
sebelum material dapat dianggap biokompatibel, diantaranya adalah faktor kekuatan
fisik/sifat mekanik dari prodak, penambahan material pengisi tidak boleh
memberikan efek yang merugikan terhadap matriks, dalam banyak kasus berarti
tidak boleh terjadi dalam proses penambahan material pengisi [19].
Klasifikasi resin menurut DIN-EN ISO-1567 terdiri dari komposisi yang
terkandung pada resin tersebut. Untuk resin termoplastik, dapat dibedakan dalam
beberapa jenis yaitu,
resin asetal, resin polikarbonat, resin akrilik dan resin
poliamida. Penggunaan resin termoplastik dalam kedokteran gigi telah tumbuh
secara signifikan dalam beberapa dekade terakhir. Teknologi ini didasarkan pada
plasticising dari bahan jenis resin hanya menggunakan panas dalam pengolahan
tanpa adanya reaksi kimia yang terjadi. Proses pencetakkan dilakukan dengan cara
menuangkan plasticized resin kedalam cetakan. Hal tersebut telah membuka
perspektif baru untuk perkembangan teknologi gigi tiruan penuh dan gigi tiruan
lepasan [20].
2.3
REAKSI POLIMERISASI
Polimer adalah makromolekul yang dibangun dengan cara menghubungkan
sejumlah besar molekul yang lebih kecil. Molekul-molekul kecil yang tergabungkan
antara satu dengan yang lainnya untuk membentuk molekul polimer disebut dengan
sebutan monomer, dan reaksi untuk menggabungkan monomer-monomer tersebut
disebut reaksi polimerisasi [23].
7
Universitas Sumatera Utara
polimerisasi adalah suatu reaksi pertukaran dan biasanya menghasilkan
senyawa berbentuk cincin, reaksi ini biasanya menggunakan penambahan katalis
ataupun dengan penambahan sejumlah kecil zat untuk mendapatkan suatu prodak
akhir [26]. Polimerisasi membentuk unit monomer yang dihubungkan oleh reaksi
kimia untuk membentuk rantai yang lebih panjang. Rantai panjang dari polimer
tersebut menghasilkan suatu bahan kimia dengan jenis yang lainnya dan akan
menghasilkan bahan yang memiliki sifat dan karakteristik yang unik. rantai polimer
yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi dapat berbentuk linear, bercabang, ataupun
membentuk cross-linked [22] dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.
Gambar 2.2 Rantai Polimer (a) Linier (b) Bercabang
(c) cross-linked
2.3.1 Reaksi Polimerisasi Adisi
Polimerisasi adisi umumnya terjadi pada monomer berikatan rangkap dan
melibatkan molekul tidak stabil sebagai inisiator. Reaksinya diawali pemutusan
ikatan rangkap dengan bantuan inisiator, kemudian dilanjutkan reaksi adisi monomer
lain yang belum bereaksi. Berdasarkan jenis pusat aktifnya, polimerisasi adisi dapat
terbagi lagi menjadi polimerisasi radikal bebas, polimerisasi ionic, dan polimerisasi
Ziegler-Natta. Contoh polimerisasi adisi adalah sintetis polistiren dari monomer
stiren dengan benzoil peroksida sebagai inisiator [25]. Sebagai contoh, polimetil
metakrilat (PMMA) pada umumnya terbentuk melalui suspensi atau emulsi dari
reaksi polimerisasi. PMMA biasanya digunakan dalam kedokteran gigi dan
diproduksi oleh suspensi reaksi polimerisasi adisi [24].
2.3.2 Reaksi Polimerisasi Kondensasi
Polimerisasi kondensasi adalah istilah yang sering digunakan pada reaksi
polimerisasi dan kebalikan dari polimerisasi adisi dalam hal penambahan dan rantai
8
Universitas Sumatera Utara
molekul. Polimerisasi kondensasi dan adisi dapat di bedakan berdasarkan perbedaan
komposisi ataupun monomer yang terkandung pada senyawa polimer yang telah
disentesis Polimerisasi kondensasi adalah jenis polimer yang terbentuk dari monomer
polifungsional oleh berbagai reaksi kondensasi senyawa organik dengan pelepasan
beberapa molekul kecil seperti air [23].
Polimerisasi kondensasi terbentuk dari reaksi seri, polimerisasi kondensasi
mereaksikan dua senyawa atau lebih (monomer, dimer, trimer, dll) yang dapat
bereaksi secara terus menerus membentuk molekul yang lebih besar. Pada
polimerisasi kondensasi, reaksi bertahap terjadi antara kelompok molekul kimia yang
reaktif ataupun kelompok fungsional. Dalam prosesnya, sebuah molekul kecil,
biasanya air atau amonia, dihilangkan. Reaksi khas polimerisasi kondensasi adalah
pembentukan poliester melalui reaksi dari glikol dan asam dikarboksilat [27].
2.3.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik
Polimerisasi resin akrilik dapat dicapai dengan aktivasi kimia, aktivasi cahaya
tampak atau aktivasi pemanasan menggunakan air panas atau energi microwave.
Dalam
metode
kedua,
monomer
molekul
bergetar
oleh
terkena
medan
elektromagnetik frekuensi tinggi. Fenomena ini menyebabkan tabrakan antarmolekul
yang menghasilkan panas untuk noumenon proses aktivasi menyebabkan tabrakan
antarmolekul yang menghasilkan panas untuk proses aktivasi. Polimerisasi pada
akrilik dapat memberikan beberapa kelebihan diantaranya adalah, mampu mencapai
sifat terbaik dari resin akrilik, misalnya, kekerasan, porositas, dan rilis monomer
[23].
Tahap-tahap polimerisasi pada basis gigi tiruan resin akrilik tipe heat-cured
terdiri dari tiga tahapan sebagai berikut:
1.
Inisiasi
Masa inisiasi merupakan masa permulaan berubahnya molekul dari inisiator
menjadi bertenaga atau bergerak dan memulai memindahkan energy pada
molekul monomer. Tinggi rendahnya suhu mempengaruhi masa inisiasi. Reaksi
yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.3.
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Inisiasi
2.
Propagasi
Propagasi merupakan tahap pembentukan rantai yang terjadi karena
monomer yang diaktifkan, kemudian terjadi reaksi antara radikal bebas dengan
monomer. Reaksi yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Propagasi
3.
Terminasi
Terminasi terjadi karena adanya reaksi pada radikal bebas 2 rantai yang sedang
tumbuh sehingga terbentuk molekul stabil, . Reaksi yang terjadi pada tahap ini
dapat dilihat pada gambar 2.5 [42].
Gambar 2.5 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Terminasi
Benzoil peroksida sebagai inisiator terurai menjadi radikal bebas saat suhu
dinaikkan diatas 60°C. radikal bebas ini menyatu dengan monomer, menginisiasi
10
Universitas Sumatera Utara
terjadinya polimerisasi. Kemudian terjadi propagasi, yaitu berlanjutnya dengan cepat
penyatuan radikal bebas dengan monomer hingga terjadi ikatan dengan rantai
transfer lainnya, atau bertemu dengan radikal bebas lain. reksi eksoterm ini melepas
12.500 kalori/mol [31].
Berdasarkan polimerisasinya terdapat dua jenis resin akrilik yaitu cold-cured
atau chamical-cured dan heat-cured. Pada resin akrilik cold-cured cairannya
berisikan monomer MMA, cross-linking agent dan inhibitor yang umumnya berupa
hidrokunion. Bubuknya terdiri atas PMMA dan benzoil peroksida. Cara kerja resin
karilik heat-cured mirip dengan cold-cured namun dalam resin akrilik heat-cured
tidak terdapat activator kimia. Karena tidak adanya aktivator maka cairan dan bubuk
yang telah dicampurkan berada dalam bentuk dough lebih lama. Oleh karenanya,
working-time dari resin akrilik heat-cured lebih lama. Saat resin akrilik heat-cured
dipanaskan dalam water bath panas yang diberikan
akan memecahkan benzoil
peroksida, kemudian akan membentuk radikal bebas. Hasil akhir yang diperoleh dari
resin akrilik heat-cured yang dipanaskan dengan baik akan lebih kuat dibandingkan
dengan resin akrilik cold-cured [31].
2.4
BAHAN BASIS GIGI TIRUAN
Material Bahan basis gigi tiruan terbagi menjadi dua, yaitu powder dan liquid
yang nantinya akan di campurkan untuk menghasilkan adonan yang akan digunakan
dalam untuk membuat basis gigi tiruan.
1)
Powder Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Powder bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung serbuk Polimetil
Metakrilat (PMMA) bersama dengan Benzoil peroksida (Inisiator) dan pigmen [4].
Setelah pencampuran powder dan liquid yang disertai aktivasi oleh panas,
pengerasan yang terjadi pada bahan basis gigi tiruan ini disebabkan oleh polimerisasi
monomer metil metakrilat (MMA) yang berubah membentuk polimetil metakrilat
(PMMA) [15].
2)
Liquid Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Liquid bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung monomer Metil Metakrilat
dengan Hydroquinone (inhibitor), dan Glikol dimetakrilat (cross-linking agent) [4].
Komponen utama dari liquid adalah metilmetakrilat (MMA) monomer. Liquid
11
Universitas Sumatera Utara
memiliki ciri fisik tidak berwarna, viskositas rendah dengan titik didih 100,3ºC.
Metil metakrilat (MMA) termasuk dalam salah satu dari kelompok monomer yang
sangat rentan terhadap reasksi polimerisasi radikal bebas.. Liqid biasanya berisi
cross-linking agent yang berbeda akan tetapi zat yang paling banyak digunakan
adalah ethyleneglycol dimethacrylate, senyawa ini digunakan untuk memperbaiki
sifat fisik dari suatu bahan. Dengan begitu rantai bercabang dan cross-linking dapat
memiliki efek penting pada sifat-sifat bahan polimer [15].
Berikut adalah tabel kandungan senyawa-senyawa yang terkandung dalam
bahan basis gigi tiruan resin, yang terdiri dari powder dan liquid :
Tabel 2.1 Kandungan Senyawa Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik [15]
Material
Powder
Liquid
Kandungan
Senyawa
Polimer
Polimetil Metakrilat
Inisiator
Benzoil Peroksida
Pigmen
Kadmium Sulfit/pewarna
Monomer
Metil Metakrilat
Inhibitor
Hidrokuinon
Plastisizer
Dimethyl-p-toluidine
Cross-link Agent
Ethyleneglycol dimethacrylate
2.4.1 Polimetil Metakrilat (PMMA)
Matriks yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin akrilik polimerisasi
panas dari polimetil metakrilat (PMMA). Polimetil metakrilat (PMMA) adalah salah
satu bahan biomedis paling banyak dieksplorasi karena biokompatibilitas, dari
publikasi terbaru menunjukkan meningkatnya minat penggunaan dalam aplikasi
media
obat-obatan.
PMMA
adalah
polimer
non-biodegradable.
Hal
ini
diklasifikasikan sebagai bahan keras, kaku, lentur, dengan suhu transisi gelas 105°C.
Saat ini, secara umum diketahui bahwa PMMA merupakan polimer tidak beracun
karena memiliki catatan keamanan toksikologi sangat baik dalam aplikasi biomedis.
Bahkan, tidak ada referensi dalam literatur untuk efek samping yang disebabkan oleh
PMMA. Aplikasi biomedis lainnya dari PMMA termasuk penggunaannya sebagai
12
Universitas Sumatera Utara
bahan ortopedi pada gigi tiruan dan juga sebagai implan permanen untuk lensa
intraokuler setelah operasi katarak [28].
Gambar 2.6 Struktur Molekul Polimetil Metakrilat (PMMA)
PMMA memiliki kekuatan mekanik,
modulus young tinggi dan elongasi
rendah pada saat break. PMMA adalah salah satu jenis termoplastik yang keras dan
juga tahan terhadap goresan. Hal tersebut menunjukkan bahwa PMMA memiliki sifat
penyerepan terhadap air yang sangat rendah, karena yang produk yang dibuat
memiliki stabilitas dimensi yang baik. PMMA memiliki stabilitas termal pada
kisaran suhu 100°C. PMMA juga dapat bertaahan pada suhu rendah pada kisaran 70°C. Hal tersebut membuat PMMA memiliki sifat ketahanan terhadap perubahan
suhu sangat baik [29]. Berikut adalah sifat fisika yang dimiliki oleh Polimetil
Metakrilat (PMMA).
Tabel 2.2 Sifat Fisika Polimetil Metakrilat (PMMA) [29]
Value
Sifat Fisika
Densitas
1,15 – 1,19 g/cm3
Penyerapan air
0,3 – 2 %
Moisture Absorption pada kesetimbangan
0,3 – 0,33 %
Penyusutan pada saat pencetakan
0,003 – 0,0065 cm
Melt Flow
0,9 – 27 g/10 menit
Beberapa penelitian mengenai resin akrilik polimetil metakrilat (PMMA)
dengan berbagai jenis pengisi telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk
memaksimalkan pengunaannya, diantaranya adalah (Sabda, 2012), menggunakan
resin akrilik polimetil metakrilat (PMMA) berpengisi serat kaca dalam pembuatan
bahan basis gigi tiruan. Hasil yang diperoleh adalah kekuatan tarik pada resin akrilik
dengan penambahan serat kaca mengalami penurunan dibandingkan dengan resin
13
Universitas Sumatera Utara
akrilik tanpa pengisi, dimana kekuatan tarik yang dihasilkan resin akrilik berpengisi
serat kaca adalah sebesar 0,2223736 mpa dan tanpa penambahan serat kaca sebesar
0,276608 mpa [39].
2.4.2 Inisiator Benzoil Peroksida
Benzoil peroksida pada umumnya digunakan sebagai inisiator radikal untuk
polimerisasi akrilat (semen gigi dan restoratif gigi tiruan) dan polimer beberapa
polimer lainnya. Selain itu benzoil peroksida juga dapat digunakan sebagai: agen
pemutih untuk tepung, lemak, minyak, lilin, proses curing pada karet dan, dalam
obat-obatan untuk pengobatan jerawat [48].
Adapun sifat kimia dan fisika dari benzoil peroksida adalahsebagai berikut:
bentuk kristal padat, tidak berwarna, bau seperti almond, berat molekul 242,23 ;
rumus molekul C14H10O4 ; titik leleh 104,5°C ; titik dekomposisis 106-108°C ;
tekanan uap
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
BASIS GIGI TIRUAN RESIN
Basis gigi tiruan adalah bagian dari gigi tiruan yang berbentuk jaringan lunak
dan bukan merupakan giginya. Sebelum tahun 1940 basis gigi tiruan yang sering
digunakan adalah vulkanisasi dari polimer karet alam. Densitas sambung silang dari
karet alam menyebabkan produk cenderung menjadi kurang higienis dikarenakan
penyerapan air liur. saat ini resin akrilik digunakan secara universal untuk konstruksi
basis gigi tiruan. Terdapat dua metode pada proses pencetakan bahan basis gigi
tiruan, metode yang pertama dikenal dengan metode cetakan adonan resin, dan
metode yang kedua dikenal dengan metode pencetakan adonan resin dengan injeksi.
Akan tetapi metode pencetakan adonan resin dengan injeksi jarang dilakukan
dikarenakan sulit untuk mengontrol bentuk basis gigi yang diinginkan. Gambar 2.1
menunjukkan penampilan gigi tiruan akrilik. Basis gigi tiruan terdiri dari area
berwarna merah muda yang dibuat di laboratorium gigi menggunakan campuran
cairan dan bubuk bahan dasar gigi tiruan akrilik [15].
Gambar 2.1 Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Gigi tiruan pada umumnya menggunakan resin akrilik dikarenakan harganya
yang murah dan relatif mudah dibentuk [16]. Meskipun Polimetil Metakrilat
(PMMA) telah banyak digunakan sebagai komponen utama pembuatan basis gigi
tiruan resin selama bertahun-tahun, bahan ini terkadang dapat mengalami keretakan
pada saat pemakaian ataupun pada penggunaan klinis. Salah satu faktor yang
menyebabkan terjadinya fraktur diakibatkan karena resistansi yang rendah sehingga
5
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan, prodak menjadi kelelahan. Ada banyak studi yang telah dilakukan
peneliti tentang kekuatan mekanik bahan resin dan mereka dibagi dalam dua
pendekatan berikut. Pendekatan pertama adalah untuk meningkatkan kekuatan dari
basis gigi tiruan polimer dengan menambahkan cross-link agent berupa monomer
dari poli-fungsional seperti Polietilenglikol dimetakrilat. Pendekatan kedua adalah
menambahkan serat atau batang untuk meningkatkan kekuatan dari basis gigi tiruan
polimer [17].
Resin akrilik sampai saat ini masih merupakan pilihan untuk pembuatan basis
gigi tiruan lepasan oleh karena harganya relatif murah, mudah direparasi, proses
pembuatan gigi tiruan mudah dan menggunakan peralatan sederhana, warna stabil,
dan mudah dipulas.1 Resin akrilik hybrid yang berkembang saat ini juga sangat
efektif, praktis, mempunyai dua aktivator yaitu kimia dan panas serta proses curing
cepat hanya 20 menit suhu 100°C. Lama proses curing tersebut sangat singkat
dibandingkan dengan proses curing resin akrilik terdahulu. Selain itu resin akrilik
dapat dilakukan proses curing menggunakan gelombang mikro yang hanya
memerlukan waktu 15 menit sehingga waktu kerja lebih efisien. Kekurangan resin
akrilik adalah mudah patah, dan patahnya basis gigi tiruan dapat terjadi di luar mulut
yaitu jatuh pada tempat yang keras [30].
2.2
RESIN AKRILIK
Resin akrilik adalah turunan dari senyawa etilen yang mengandung gugus vinil
dalam rumus strukturnya. Resin akrilik dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu resin
akrilik polimerisasi panas, polimerisasi sinar dan swapolimerisasi. Resin akrilik
polimerisasi panas adalah resin akrilik yang memerlukan energi panas untuk
polimerisasi bahan-bahan tersebut dengan menggunakan perendaman air dan oven
gelombang mikro. Resin akrilik polimerisasi sinar adalah resin akrilik yang
diaktifkan dengan sinar yang terlihat oleh mata. Resin akrilik swapolimerisasi adalah
resin akrilik yang menggunakan energi gelombang mikro dan panas untuk
melakukan proses polimerisasi basis gigitiruan. Penggunaan energi termal
menyebabkan dekomposisi benzoil peroksida dan terbentuknya radikal bebas.
Radikal bebas yang terbentuk sebagai hasil proses ini akan mengawali polimerisasi
[21].
6
Universitas Sumatera Utara
Sejak tahun 1930-an, berbagai macam jenis resin telah diaplikasikan ke dalam
perawatan gigi untuk konstruksi protesa pada gigi tiruan dan kecocokan bahan jenis
resin sebagai bahan konstruksi pada gigi tiruan diperlihatkan pada sifat fisik, sifat
kimia dan sifat biologi pada pengaplikasiannya. Namun, salah satu faktor utama yang
membatasi penggunaan bahan jenis resin ini adalah biokompatibilitas mereka.
Biokompatibilitas dapat didefinisikan sebagai penerimaan (atau penolakan) dari
suatu bahan terhadap penambahan bahan lain yang berdampak terhadap
kekuatanbahan tersebut [18]. Definisi ini menunjukkan interaksi antara matriks
dengan material pengisi haruslah sesuai dengan yang diharapkan untuk
mengahasilkan prodak yang diinginkan. Terdapat beberapa faktor yang harus selaras
sebelum material dapat dianggap biokompatibel, diantaranya adalah faktor kekuatan
fisik/sifat mekanik dari prodak, penambahan material pengisi tidak boleh
memberikan efek yang merugikan terhadap matriks, dalam banyak kasus berarti
tidak boleh terjadi dalam proses penambahan material pengisi [19].
Klasifikasi resin menurut DIN-EN ISO-1567 terdiri dari komposisi yang
terkandung pada resin tersebut. Untuk resin termoplastik, dapat dibedakan dalam
beberapa jenis yaitu,
resin asetal, resin polikarbonat, resin akrilik dan resin
poliamida. Penggunaan resin termoplastik dalam kedokteran gigi telah tumbuh
secara signifikan dalam beberapa dekade terakhir. Teknologi ini didasarkan pada
plasticising dari bahan jenis resin hanya menggunakan panas dalam pengolahan
tanpa adanya reaksi kimia yang terjadi. Proses pencetakkan dilakukan dengan cara
menuangkan plasticized resin kedalam cetakan. Hal tersebut telah membuka
perspektif baru untuk perkembangan teknologi gigi tiruan penuh dan gigi tiruan
lepasan [20].
2.3
REAKSI POLIMERISASI
Polimer adalah makromolekul yang dibangun dengan cara menghubungkan
sejumlah besar molekul yang lebih kecil. Molekul-molekul kecil yang tergabungkan
antara satu dengan yang lainnya untuk membentuk molekul polimer disebut dengan
sebutan monomer, dan reaksi untuk menggabungkan monomer-monomer tersebut
disebut reaksi polimerisasi [23].
7
Universitas Sumatera Utara
polimerisasi adalah suatu reaksi pertukaran dan biasanya menghasilkan
senyawa berbentuk cincin, reaksi ini biasanya menggunakan penambahan katalis
ataupun dengan penambahan sejumlah kecil zat untuk mendapatkan suatu prodak
akhir [26]. Polimerisasi membentuk unit monomer yang dihubungkan oleh reaksi
kimia untuk membentuk rantai yang lebih panjang. Rantai panjang dari polimer
tersebut menghasilkan suatu bahan kimia dengan jenis yang lainnya dan akan
menghasilkan bahan yang memiliki sifat dan karakteristik yang unik. rantai polimer
yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi dapat berbentuk linear, bercabang, ataupun
membentuk cross-linked [22] dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.
Gambar 2.2 Rantai Polimer (a) Linier (b) Bercabang
(c) cross-linked
2.3.1 Reaksi Polimerisasi Adisi
Polimerisasi adisi umumnya terjadi pada monomer berikatan rangkap dan
melibatkan molekul tidak stabil sebagai inisiator. Reaksinya diawali pemutusan
ikatan rangkap dengan bantuan inisiator, kemudian dilanjutkan reaksi adisi monomer
lain yang belum bereaksi. Berdasarkan jenis pusat aktifnya, polimerisasi adisi dapat
terbagi lagi menjadi polimerisasi radikal bebas, polimerisasi ionic, dan polimerisasi
Ziegler-Natta. Contoh polimerisasi adisi adalah sintetis polistiren dari monomer
stiren dengan benzoil peroksida sebagai inisiator [25]. Sebagai contoh, polimetil
metakrilat (PMMA) pada umumnya terbentuk melalui suspensi atau emulsi dari
reaksi polimerisasi. PMMA biasanya digunakan dalam kedokteran gigi dan
diproduksi oleh suspensi reaksi polimerisasi adisi [24].
2.3.2 Reaksi Polimerisasi Kondensasi
Polimerisasi kondensasi adalah istilah yang sering digunakan pada reaksi
polimerisasi dan kebalikan dari polimerisasi adisi dalam hal penambahan dan rantai
8
Universitas Sumatera Utara
molekul. Polimerisasi kondensasi dan adisi dapat di bedakan berdasarkan perbedaan
komposisi ataupun monomer yang terkandung pada senyawa polimer yang telah
disentesis Polimerisasi kondensasi adalah jenis polimer yang terbentuk dari monomer
polifungsional oleh berbagai reaksi kondensasi senyawa organik dengan pelepasan
beberapa molekul kecil seperti air [23].
Polimerisasi kondensasi terbentuk dari reaksi seri, polimerisasi kondensasi
mereaksikan dua senyawa atau lebih (monomer, dimer, trimer, dll) yang dapat
bereaksi secara terus menerus membentuk molekul yang lebih besar. Pada
polimerisasi kondensasi, reaksi bertahap terjadi antara kelompok molekul kimia yang
reaktif ataupun kelompok fungsional. Dalam prosesnya, sebuah molekul kecil,
biasanya air atau amonia, dihilangkan. Reaksi khas polimerisasi kondensasi adalah
pembentukan poliester melalui reaksi dari glikol dan asam dikarboksilat [27].
2.3.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik
Polimerisasi resin akrilik dapat dicapai dengan aktivasi kimia, aktivasi cahaya
tampak atau aktivasi pemanasan menggunakan air panas atau energi microwave.
Dalam
metode
kedua,
monomer
molekul
bergetar
oleh
terkena
medan
elektromagnetik frekuensi tinggi. Fenomena ini menyebabkan tabrakan antarmolekul
yang menghasilkan panas untuk noumenon proses aktivasi menyebabkan tabrakan
antarmolekul yang menghasilkan panas untuk proses aktivasi. Polimerisasi pada
akrilik dapat memberikan beberapa kelebihan diantaranya adalah, mampu mencapai
sifat terbaik dari resin akrilik, misalnya, kekerasan, porositas, dan rilis monomer
[23].
Tahap-tahap polimerisasi pada basis gigi tiruan resin akrilik tipe heat-cured
terdiri dari tiga tahapan sebagai berikut:
1.
Inisiasi
Masa inisiasi merupakan masa permulaan berubahnya molekul dari inisiator
menjadi bertenaga atau bergerak dan memulai memindahkan energy pada
molekul monomer. Tinggi rendahnya suhu mempengaruhi masa inisiasi. Reaksi
yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.3.
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Inisiasi
2.
Propagasi
Propagasi merupakan tahap pembentukan rantai yang terjadi karena
monomer yang diaktifkan, kemudian terjadi reaksi antara radikal bebas dengan
monomer. Reaksi yang terjadi pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Propagasi
3.
Terminasi
Terminasi terjadi karena adanya reaksi pada radikal bebas 2 rantai yang sedang
tumbuh sehingga terbentuk molekul stabil, . Reaksi yang terjadi pada tahap ini
dapat dilihat pada gambar 2.5 [42].
Gambar 2.5 Reaksi Polimerisasi Resin Akrilik pada Tahap Terminasi
Benzoil peroksida sebagai inisiator terurai menjadi radikal bebas saat suhu
dinaikkan diatas 60°C. radikal bebas ini menyatu dengan monomer, menginisiasi
10
Universitas Sumatera Utara
terjadinya polimerisasi. Kemudian terjadi propagasi, yaitu berlanjutnya dengan cepat
penyatuan radikal bebas dengan monomer hingga terjadi ikatan dengan rantai
transfer lainnya, atau bertemu dengan radikal bebas lain. reksi eksoterm ini melepas
12.500 kalori/mol [31].
Berdasarkan polimerisasinya terdapat dua jenis resin akrilik yaitu cold-cured
atau chamical-cured dan heat-cured. Pada resin akrilik cold-cured cairannya
berisikan monomer MMA, cross-linking agent dan inhibitor yang umumnya berupa
hidrokunion. Bubuknya terdiri atas PMMA dan benzoil peroksida. Cara kerja resin
karilik heat-cured mirip dengan cold-cured namun dalam resin akrilik heat-cured
tidak terdapat activator kimia. Karena tidak adanya aktivator maka cairan dan bubuk
yang telah dicampurkan berada dalam bentuk dough lebih lama. Oleh karenanya,
working-time dari resin akrilik heat-cured lebih lama. Saat resin akrilik heat-cured
dipanaskan dalam water bath panas yang diberikan
akan memecahkan benzoil
peroksida, kemudian akan membentuk radikal bebas. Hasil akhir yang diperoleh dari
resin akrilik heat-cured yang dipanaskan dengan baik akan lebih kuat dibandingkan
dengan resin akrilik cold-cured [31].
2.4
BAHAN BASIS GIGI TIRUAN
Material Bahan basis gigi tiruan terbagi menjadi dua, yaitu powder dan liquid
yang nantinya akan di campurkan untuk menghasilkan adonan yang akan digunakan
dalam untuk membuat basis gigi tiruan.
1)
Powder Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Powder bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung serbuk Polimetil
Metakrilat (PMMA) bersama dengan Benzoil peroksida (Inisiator) dan pigmen [4].
Setelah pencampuran powder dan liquid yang disertai aktivasi oleh panas,
pengerasan yang terjadi pada bahan basis gigi tiruan ini disebabkan oleh polimerisasi
monomer metil metakrilat (MMA) yang berubah membentuk polimetil metakrilat
(PMMA) [15].
2)
Liquid Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik
Liquid bahan dasar gigi tiruan akrilik mengandung monomer Metil Metakrilat
dengan Hydroquinone (inhibitor), dan Glikol dimetakrilat (cross-linking agent) [4].
Komponen utama dari liquid adalah metilmetakrilat (MMA) monomer. Liquid
11
Universitas Sumatera Utara
memiliki ciri fisik tidak berwarna, viskositas rendah dengan titik didih 100,3ºC.
Metil metakrilat (MMA) termasuk dalam salah satu dari kelompok monomer yang
sangat rentan terhadap reasksi polimerisasi radikal bebas.. Liqid biasanya berisi
cross-linking agent yang berbeda akan tetapi zat yang paling banyak digunakan
adalah ethyleneglycol dimethacrylate, senyawa ini digunakan untuk memperbaiki
sifat fisik dari suatu bahan. Dengan begitu rantai bercabang dan cross-linking dapat
memiliki efek penting pada sifat-sifat bahan polimer [15].
Berikut adalah tabel kandungan senyawa-senyawa yang terkandung dalam
bahan basis gigi tiruan resin, yang terdiri dari powder dan liquid :
Tabel 2.1 Kandungan Senyawa Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik [15]
Material
Powder
Liquid
Kandungan
Senyawa
Polimer
Polimetil Metakrilat
Inisiator
Benzoil Peroksida
Pigmen
Kadmium Sulfit/pewarna
Monomer
Metil Metakrilat
Inhibitor
Hidrokuinon
Plastisizer
Dimethyl-p-toluidine
Cross-link Agent
Ethyleneglycol dimethacrylate
2.4.1 Polimetil Metakrilat (PMMA)
Matriks yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin akrilik polimerisasi
panas dari polimetil metakrilat (PMMA). Polimetil metakrilat (PMMA) adalah salah
satu bahan biomedis paling banyak dieksplorasi karena biokompatibilitas, dari
publikasi terbaru menunjukkan meningkatnya minat penggunaan dalam aplikasi
media
obat-obatan.
PMMA
adalah
polimer
non-biodegradable.
Hal
ini
diklasifikasikan sebagai bahan keras, kaku, lentur, dengan suhu transisi gelas 105°C.
Saat ini, secara umum diketahui bahwa PMMA merupakan polimer tidak beracun
karena memiliki catatan keamanan toksikologi sangat baik dalam aplikasi biomedis.
Bahkan, tidak ada referensi dalam literatur untuk efek samping yang disebabkan oleh
PMMA. Aplikasi biomedis lainnya dari PMMA termasuk penggunaannya sebagai
12
Universitas Sumatera Utara
bahan ortopedi pada gigi tiruan dan juga sebagai implan permanen untuk lensa
intraokuler setelah operasi katarak [28].
Gambar 2.6 Struktur Molekul Polimetil Metakrilat (PMMA)
PMMA memiliki kekuatan mekanik,
modulus young tinggi dan elongasi
rendah pada saat break. PMMA adalah salah satu jenis termoplastik yang keras dan
juga tahan terhadap goresan. Hal tersebut menunjukkan bahwa PMMA memiliki sifat
penyerepan terhadap air yang sangat rendah, karena yang produk yang dibuat
memiliki stabilitas dimensi yang baik. PMMA memiliki stabilitas termal pada
kisaran suhu 100°C. PMMA juga dapat bertaahan pada suhu rendah pada kisaran 70°C. Hal tersebut membuat PMMA memiliki sifat ketahanan terhadap perubahan
suhu sangat baik [29]. Berikut adalah sifat fisika yang dimiliki oleh Polimetil
Metakrilat (PMMA).
Tabel 2.2 Sifat Fisika Polimetil Metakrilat (PMMA) [29]
Value
Sifat Fisika
Densitas
1,15 – 1,19 g/cm3
Penyerapan air
0,3 – 2 %
Moisture Absorption pada kesetimbangan
0,3 – 0,33 %
Penyusutan pada saat pencetakan
0,003 – 0,0065 cm
Melt Flow
0,9 – 27 g/10 menit
Beberapa penelitian mengenai resin akrilik polimetil metakrilat (PMMA)
dengan berbagai jenis pengisi telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk
memaksimalkan pengunaannya, diantaranya adalah (Sabda, 2012), menggunakan
resin akrilik polimetil metakrilat (PMMA) berpengisi serat kaca dalam pembuatan
bahan basis gigi tiruan. Hasil yang diperoleh adalah kekuatan tarik pada resin akrilik
dengan penambahan serat kaca mengalami penurunan dibandingkan dengan resin
13
Universitas Sumatera Utara
akrilik tanpa pengisi, dimana kekuatan tarik yang dihasilkan resin akrilik berpengisi
serat kaca adalah sebesar 0,2223736 mpa dan tanpa penambahan serat kaca sebesar
0,276608 mpa [39].
2.4.2 Inisiator Benzoil Peroksida
Benzoil peroksida pada umumnya digunakan sebagai inisiator radikal untuk
polimerisasi akrilat (semen gigi dan restoratif gigi tiruan) dan polimer beberapa
polimer lainnya. Selain itu benzoil peroksida juga dapat digunakan sebagai: agen
pemutih untuk tepung, lemak, minyak, lilin, proses curing pada karet dan, dalam
obat-obatan untuk pengobatan jerawat [48].
Adapun sifat kimia dan fisika dari benzoil peroksida adalahsebagai berikut:
bentuk kristal padat, tidak berwarna, bau seperti almond, berat molekul 242,23 ;
rumus molekul C14H10O4 ; titik leleh 104,5°C ; titik dekomposisis 106-108°C ;
tekanan uap