Perbedaan Kekuatan Kompresi Gips Tipe III Pabrikan dan Daur Ulang untuk Pembuatan Model Kerja

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gipsum

Gipsum merupakan mineral yang ditambang dari berbagai belahan dunia. Selain itu, gipsum juga merupakan produk samping dari berbagai proses kimia. Di alam, gipsum merupakan massa yang padat dan berwarna abu-abu, merah atau coklat. Warna tersebut disebabkan adanya zat lain seperti tanah liat, oksida besi, anhidrat, karbohidrat, sedikit SiO2 atau oksida lain.15-6 Secara kimiawi, produk gipsum yang dihasilkan untuk tujuan kedokteran gigi adalah kalsium sulfat dihidrat (CaSO4·2H2O) murni.2,6,17

Produk gipsum dapat digunakan secara umum seperti untuk membuat patung dan sebagai bahan bangunan. Di bidang kedokteran, produk gipsum dapat digunakan sebagai alat ortopedi.5 Di bidang kedokteran gigi, produk gipsum digunakan untuk membuat model dari rongga mulut serta struktur maksilofasial dan sebagai piranti penting untuk pekerjaan laboratorium kedokteran gigi yang melibatkan pembuatan protesa gigi.2,6 Produk gipsum yang digunakan dalam kedokteran gigi dikenal dengan gips yang memiliki rumus kimia CaSO4.½H2O.12

2.1.1 Proses Pembentukan Gips Kedokteran Gigi

Kalsinasi merupakan proses pemanasan gipsum untuk mendehidrasinya (sebagian ataupun seluruhnya) untuk membentuk kalsium sulfat hemihidrat. Plaster dan stone merupakan hasil dari proses dehidrasi gipsum. Proses kalsinasi yang menentukan kekuatan suatu bahan gips. Perbedaan dalam tipe-tipe gips berhubungan dengan jumlah air yang dihilangkan dimana akan menghasilkan densit yang beragam dan ukuran partikel bahan gips yang berbeda.17 Proses kalsinasi yang berbeda akan menghasilkan tipe gips yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1. Hidrasi Kalsium Sulfat6,13

Bahan tambang

Produk samping proses kimia Gipsum, kalsium sulfat dihidrat, CaSO4·2H2O

Dipanaskan di ketel terbuka,

120oC

Dipanaskan di autoklaf di bawah tekanan uap,

120-130oC

Dipanaskan dalam air dengan asam organik atau garam

dalam jumlah sedikit, dalam autoklaf, 140oC

Dipanaskan di larutan kalsium klorida atau magnesium klorida yang mendidih Kalsium sulfat hemihidrat terkalsinasi (kadang disebut

sebagai β -hemihidrat), (CaSO4)2.H2O Kalsium sulfat hemihidrat autoklaf (kadang disebut sebagai hidrokal

atau α-hemihidrat), (CaSO4)2.H2O Kalsium sulfat hemihidrat autoklaf (kadang disebut sebagai kristakal/ α-hemihidrat), (CaSO4)2.H2O Kalsium sulfat hemihidrat (kadang disebut sebagai densit), (CaSO4)2.H2O

Pemanasan < 200oC

Kalsium sulfat hexagonal (kadang disebut sebagai ‘soluble anhydrite’, CaSO4 Pemanasan > 200oC

Kalsium sulfat ortorombik (kadang disebut sebagai ‘insoluble anhydrite’, CaSO4 2.1.2 Jenis Gips Kedokteran Gigi

Menurut spesifikasi American Dental Association (ADA) No. 25, produk gipsum dapat dikelompokkan menjadi lima tipe yaitu:3,12,19

1. Impression Plaster (Tipe I)

Gips tipe I (Impression Plaster) memiliki kalsium sulfat hemihidrat terkalsinasi sebagai bahan utamanya dan ditambahkan kalsium sulfat, borax dan bahan pewarna.13 Gips tipe ini jarang digunakan untuk mencetak dalam kedokteran gigi sebab telah digantikan oleh bahan yang tidak terlalu kaku seperti hidrokoloid dan elastomer,

sehingga gips tipe I terbatas digunakan untuk cetakan akhir, atau wash, untuk rahang edentulus.3,18

2. Model Plaster (Tipe II)

Gips tipe II (Model Plaster) terdiri dari kalsium sulfat terkalsinasi/ β-hemihidrat sebagai bahan utamanya dan zat tambahan untuk mengontrol setting time.13 β -hemihidrat terdiri dari partikel kristal ortorombik yang lebih besar dan tidak beraturan dengan lubang-lubang kapiler sehingga partikel β-hemihidrat menyerap lebih banyak

air bila dibandingkan dengan α-hemihidrat.6 Pada masa sekarang, gips tipe II digunakan terutama untuk pengisian kuvet dalam pembuatan gigitiruan dimana ekspansi pengerasan tidak begitu penting dan kekuatan yang dibutuhkan cukup, sesuai batasan yang disebutkan dalam spesifikasi. 6,18 Selain itu, gips tipe II dapat digunakan sebagai model studi.17

3. Dental Stone (Tipe III)

Gips tipe III (Dental Stone) terdiri dari hidrokal/ α-hemihidrat dan zat tambahan untuk mengontrol setting time, serta zat pewarna untuk membedakannya dengan bahan dari plaster yang umumnya berwarna putih.13α-hemihidrat terdiri dari partikel yang lebih kecil dan teratur dalam bentuk batang atau prisma dan bersifat tidak poreus sehingga membutuhkan air yang lebih sedikit ketika dicampur bila

dibandingkan dengan β-hemihidrat.6,10 Gips tipe III ideal digunakan untuk membuat model kerja yang memerlukan kekuatan dan ketahanan abrasif yang tinggi seperti pada konstruksi protesa dan model ortodonsi.3,6,18 Kekuatan kompresi gips tipe III berkisar antara 20,7 MPa (3000 psi) – 34,5 MPa (5000 psi).2,6

4. Dental Stone, High-Strength (Tipe IV)

Gips tipe IV (Dental Stone, High Strength) terdiri dari densit yang memiliki bentuk partikel kuboidal dengan daerah permukaan yang lebih kecil sehingga

partikelnya paling padat dan halus bila dibandingkan dengan β-hemihidrat dan hidrokal.6-7,18 Gips tipe IV sering dikenal sebagai die stone sebab gips tipe IV ini sangat cocok digunakan untuk membuat pola malam dari suatu restorasi, umumnya digunakan sebagai dai pada inlay, mahkota dan jembatan gigi tiruan.3,5,15 Diperlukan

permukaan yang keras dan tahan abrasi karena preparasi kavitas diisi dengan malam dan diukir menggunakan instrumen tajam hingga selaras dengan tepi-tepi dai.6,18

5. Dental Stone, High Strength, High Expansion (Tipe V)

Adanya penambahan terbaru pada klasifikasi produk gipsum ADA dikarenakan terdapat kebutuhan dental stone yang memiliki kekuatan serta ekspansi lebih tinggi.3 Pembuatan gips tipe V sama seperti gips tipe IV namun gips tipe V memiliki kandungan garam lebih sedikit untuk meningkatkan setting ekspansinya.7 Gips tipe V memiliki setting ekspansi sekitar 0,1% - 0,3% untuk mengkompensasi pengerutan casting yang lebih besar pada pemadatan logam campur.3,5,20 Kekuatan yang lebih tinggi diperoleh dengan menurunkan rasio air-bubuk.5 Gips tipe V umumnya digunakan sebagai dai untuk pembuatan bahan logam campur yang memiliki pengerutan tinggi.17 Bahan ini umumnya berwarna biru atau hijau dan merupakan produk gipsum yang paling mahal.3

2.1.3 Karakteristik Gips Kedokteran Gigi Karakteristik gips meliputi:

a. Setting time

Setting time adalah waktu yang diperlukan gips untuk menjadi keras dan dihitung sejak gips kontak dengan air.6,20-1 Setting time terdapat dua tahap sebagai berikut:3,5-6

1. Initial setting time

Setelah pengadukan selama 1 menit, waktu kerja mulai dihitung. Pada masa ini, adonan gips dituang ke dalam cetakan dengan bantuan vibrator mekanis. Ketika viskositas dari adonan meningkat, daya alir akan berkurang dan gips akan kehilangan tampilan mengkilatnya (loss of gloss). Loss of gloss tersebut menandakan bahwa gips sudah mencapai setting awalnya. Pada saat setting awal dicapai, bahan gips tidak boleh dikeluarkan dari cetakan. Selain itu, pada reaksi pengerasan ini terdapat reaksi eksoterm.3,5

2. Final setting time

Ketika gips dapat dikeluarkan dari cetakan menandakan bahwa gips tersebut telah mencapai final set. Akan tetapi pada masa ini, gips tersebut memiliki kekerasan dan ketahanan terhadap abrasi yang minimal. Pada reaksi pengerasan akhir ini, reaksi kemis yang terjadi telah selesai dan model akan menjadi dingin ketika disentuh.3,5

b. Setting ekspansi

Setting ekspansi terjadi pada semua jenis gips. Plaster memiliki setting ekspansi yang paling besar yaitu 0,30% sedangkan high-strength stone memiliki setting ekspansi yang paling rendah yakni 0,10%. Setting ekspansi merupakan hasil dari pertumbuhan kristal-kristal gips ketika mereka bergabung. Setting ekspansi harus dikontrol agar tetap minimum terutama ketika gips tersebut akan digunakan untuk membuat pola malam sebuah restorasi. Apabila setting ekspansi yang terjadi berlebihan maka akan menghasilkan sebuah restorasi yang oversized. Settting ekspansi hanya terjadi ketika gips dalam proses pengerasan.3

c. Perubahan dimensi

Perubahan dimensi dipengaruhi oleh setting ekspansi dari gipsum. Setting ekspansi yang terjadi pada proses pengerasan gips disebabkan oleh adanya dorongan ke luar oleh pertumbuhan kristal dihidrat. Semakin tinggi atau besar ekspansi pengerasan maka keakuratan dimensi semakin rendah.2,6

d. W/ P Ratio

Rasio air-bubuk harus diperhatikan ketika melakukan pencampuran gips sebab diperlukan daya alir yang cukup untuk menghasilkan detil permukaan yang akurat.3 Tipe gips yang berbeda akan memiliki rasio air-bubuk yang berbeda juga. Hal ini disebabkan oleh perbedaan bentuk dan ukuran kristal kalsium sulfat hemihidrat.7

e. Kekuatan kompresi

Kekuatan gips merupakan kemampuan bahan untuk menahan fraktur. Kekuatan kompresi gips merupakan faktor penting dalam menentukan kekerasan dan daya tahan abrasi gips.4 Kekuatan kompresi dipengaruhi oleh rasio air-bubuk yang digunakan. Semakin sedikit air yang digunakan maka semakin besar kekuatan kompresi yang dihasilkan.7

Tabel 2. Tabel Karakteristik Gips2,6,23 Tipe gips Setting

time (menit)

Kehalusan Setting ekspansi 2 jam (%)

Kekuatan kompresi 1 jam (MPa) Rasio air-bubuk Penyaringan 150µm (%) Penyaringan 75 µm (%) I (Impression

Plaster)

4±1 98 85 0,00- 0,15 4,0

0,50-0,75 II (Model

Plaster)

12±4 98 90 0,00- 0,30 9,0

0,45-0,50 III (Dental

Stone)

12±4 98 90 0,00- 0,20 20,7

0,28-0,30 IV (Dental

Stone, High-Strength)

12±4 98 90 0,00- 0,10 34,5

0,22-0,24 V (Dental

Stone, High Strength, High

Expansion)

12±4 98 90 0,10- 0,30 48,3

0,18-0,22

2.2 Kekuatan Kompresi

Kekuatan kompresi ialah kekuatan yang diukur dengan cara memecahkan spesimen dengan alat uji tekan. Kekuatan kompresi dikalkulasikan dari kegagalan spesimen menahan beban dibagi dengan cross-sectional area beban dan hasilnya dinyatakan dalam satuan per square inch (psi) dalam satuan US atau megapascals (MPa) dalam satuan SI.21 Menurut spesifikasi ADA, spesimen mencapai kekuatan kompresi minimum satu jam setelah mengeras.4,11 Pengerasan maksimum dicapai pada satu hari (24 jam) setelah pengadukan.2,6 Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan kompresi antara lain:

a. Waktu dan kecepatan pengadukan

Kecepatan dan waktu pengadukan mempengaruhi kekuatan kompresi gips. Peningkatan waktu pengadukan akan meningkatkan kekuatan kompresi gips. Namun, bila pengadukan lebih dari 1 menit akan mengakibatkan kristal-kristal gips yang telah terbentuk menjadi pecah dan jalinan kristal yang terbentuk pada hasil akhir akan lebih sedikit.2,6 Apabila pengadukan dilakukan menggunakan spatula, maka sebaiknya dilanjutkan dengan penggunaan vibrator untuk mencegah terjebaknya udara selama

pengadukan yang dapat mengakibatkan porus sehingga kekuatan kompresi menurun dan model yang dihasilkan menjadi tidak akurat. Pengadukan harus dilakukan dengan cepat dan secara periodik spatula menyapu seluruh gips di dalam mangkuk pengaduk untuk menjamin pembasahan seluruh bubuk serta mencegah endapan atau gumpalan. Pengadukan harus terus berlangsung sampai diperoleh adonan yang halus. Kebiasaan menambahkan air dan bubuk berulang-ulang untuk mencapai konsistensi yang tepat harus dihindari karena hal ini dapat mengakibatkan ketidakseragaman pengerasan massa adukan sehingga menghasilkan kekuatan yang rendah dan distorsi. Metode yang dianjurkan ialah menambahkan air yang telah diukur kemudian masukkan bubuk yang telah ditimbang secara perlahan dan aduk dengan spatula selama kurang lebih 15 detik, diikuti pengadukan dengan vacuum mixer selama 20-30 detik.2

b. Rasio air dan bubuk (W/P ratio)

Kekuatan kompresi dipengaruhi oleh perbandingan air dan bubuk yang digunakan. Penambahan air yang digunakan akan menghasilkan adukan yang halus dan memerlukan waktu yang lebih lama untuk mengeras serta mengurangi kekuatan gips. Sedangkan, pengurangan jumlah air yang digunakan akan menyulitkan manipulasi gips sehingga sangat dianjurkan untuk mengikuti rasio bubuk dan air yang sesuai dengan petunjuk pabrik.10 Sebenarnya yang mempengaruhi W/P ratio adalah ukuran partikel dan porositas gips. Semakin poreus partikel kristal gips, semakin banyak air yang dibutuhkan untuk mengubah partikel hemihidrat ke dihidrat. Partikel gips yang lebih besar, tidak beraturan dan poreus seperti plaster membutuhkan air yang lebih banyak ketika dicampur dan dihidrat yang dihasilkan akan memiliki rongga udara yang lebih banyak sehingga kekuatan produk plaster lebih lemah dibandingkan dengan produk stone.3

c. Retarder dan akselerator

Retarder merupakan suatu bahan kimia yang ditambahkan pada gips untuk menambah setting time. Beberapa contoh retarder ialah boraks, asetat, potasium sitrat, NaCl >2%, Na2SO4 >3,4%, sodium sitrat, dll. Akselerator merupakan suatu bahan kimia yang ditambahkan pada gips untuk mengurangi setting time. Beberapa contoh akselerator ialah K2SO4, NaCl 2%, Na2SO4 3,4%, tera alba 1%, dll.6,21

Penambahan bahan retarder dan akselerator dapat mengurangi kekuatan basah maupun kekuatan kering gips sehingga kekuatan kompresi menurun. Hal ini disebabkan oleh penambahan bahan kimia tersebut mempengaruhi kemurnian dan mengurangi kohesi antar-kristal.2,6,13

d. Penyimpanan dan kontaminasi

Penyimpanan bubuk gips harus dalam wadah yang tertutup dan dijauhkan dari kontaminasi zat lain maupun model gips yang telah mengeras untuk mencegah reaksi disebabkan kelembaban udara sehingga dapat menyebabkan pembentukan dihidrat dan mempercepat pengerasan serta menurunkan kekuatan kompresi.13

e. Suhu dan tekanan atmosfer

Penyimpanan model pada temperatur antara 90oC – 100oC akan mengakibatkan pengerutan yang disebabkan oleh kristalisasi air yang keluar dan mengubah dihidrat menjadi hemihidrat kembali sehingga kekuatan kompresi gips akan berkurang.2,6 Yosi KE, Arianto, Hartono S (1998) dalam penelitian mereka menyatakan bahwa suhu dan kelembaban ruang yang lebih tinggi menurunkan kekuatan kompresi gips tipe III secara signifikan pada gips tipe III.24

2.3 Daur Ulang

Limbah secara umum bisa diartikan sebagai kotoran hasil pengolahan pabrik ataupun manusia yang mengandung zat kimia dan dapat menimbulkan polusi serta menganggu kesehatan. Sebagian besar orang mengatakan bahwa limbah adalah sampah yang sama sekali tidak berguna dan harus dibuang, namun jika pembuangan dilakukan secara terus-menerus maka akan menimbulkan penumpukan sampah. Penumpukan limbah yang tidak diolah akan menyebabkan berbagai polusi baik polusi udara, air, tanah dan juga polusi lain yang akan menjadi sarang penyakit.25 Sama halnya dengan limbah gips yang sangat banyak ini sesuai ketentuan akan dibuang di TPA (Tempat Pembuangan Akhir). Hal tersebut akan menyebabkan masalah pencemaran lingkungan sebab limbah tersebut tidak dapat dengan mudah diuraikan. Abidoye LK dan RA Bello (2010) menyatakan bahwa kalsium sulfat dihidrat bisa menyebabkan ancaman polusi yang besar bila terus menerus meningkat jumlahnya.9

Daur ulang merupakan salah satu cara untuk mengatasi penumpukan limbah. Daur ulang mengacu pada proses pengumpulan bahan bekas (limbah) dan pengolahannya. Dalam proses daur ulang, bahan-bahan yang digunakan diurutkan dan diproses untuk digunakan sebagai bahan baku pembentukan produk baru.26

2.3.1 Mekanisme

Mekanisme atau pengelolaan yaitu proses mengolah limbah menjadi bahan yang siap pakai. Pada penelitian Ibrahim RM dkk (1995) serta Abidoye LK dan Bello RA (2010), proses pengelolaan dilakukan dengan cara memanaskan limbah gips. Berdasarkan penelitian tersebut, dinyatakan bahwa gips tersebut dapat didaur ulang dan menunjukkan keadaan mikrostruktural jarum kristal yang mirip dengan gipsum komersial, tetapi terdapat molekul air yang terperangkap pada kisi kristal.8-9.

Gips umumnya didapatkan dari batuan mineral gipsum alam. Gipsum adalah bentuk dihidrat dari kalsium sulfat (CaSO4·2H2O), ketika dipanaskan pada suhu <200oC, akan kehilangan 1,5 g mol dari 2 g mol H2O dan dikonversikan menjadi kalsium sulfat hemihidrat (CaSO4·½ H2O) atau kadang ditulis (CaSO4)2·H2O.7,13

2CaSO4.2H2O + pemanasan (CaSO4)2.H2O + 3H2O Kalsium sulfat dihidrat Kalsium sulfat hemihirat Air

Ketika kalsium sulfat hemihidrat dicampur dengan air, reaksi sebaliknya akan terjadi sehingga kalsium sulfat hemihidrat dikonversikan kembali ke kalsium sulfat dihidrat. Oleh sebab itu, dehidrasi sebagian dari mineral gipsum dan rehidrasi kalsium sulfat hemihidrat bersifat reversibel. Reaksi pengerasan gips yang umumnya terjadi sebagai berikut:7

CaSO4·½ H2O + 1½H2O CaSO4·2H2O + 3900 kal/g mol Kalsium sulfat hemihidrat Air Kalsium sulfat dihidrat

Reaksi pengerasan yang terjadi bersifat eksotermis. Jika 1 g mol kalsium sulfat hemihidrat direaksikan dengan 1,5 g mol air maka 1 g mol kalsium sulfat dihidrat akan terbentuk dan 3900 kalori dalam bentuk panas akan dilepaskan.7

Pada tahap pengelolaan, dapat dilakukan proses pencampuran yaitu untuk mendapatkan bahan yang lebih bermanfaat, misalnya sejenis limbah dicampur dengan bahan lain.27 Penambahan bahan lain, misalnya calcium chloride, dilakukan agar diperoleh peningkatan pada kekuatan kompresi bahan gipsum.28

2.3.2 Syarat

Beberapa persyaratan dalam proses daur ulang:

1. Limbah gips yang didaur ulang berasal dari tipe gips yang sama

Tipe limbah gips perlu diperhatikan sebab proses pembentukan setiap tipe gips berbeda. Selain itu, manipulasi gips yang dijadikan limbah juga berbeda, seperti rasio air bubuk untuk setiap tipe gips berbeda, sehingga limbah gips yang didaur ulang sebaiknya berasal dari tipe gips yang sama sebab dapat mempengaruhi kekuatan kompresi gips daur ulang.13

2. Pemurnian limbah harus dilakukan sebelum diproses dengan pemanasan 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 (dilakukan oleh mesin).9,27 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 menggunakan magnet untuk memisahkan limbah gips dari bahan logam.9

2.3.3 Faktor yang Mempengaruhi

Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan kompresi gips daur ulang: 1. Proses daur ulang yang dilakukan harus sesuai dengan proses pembentukan gips

Perbedaan proses pemanasan akan menghasilkan hemihidrat yang berbeda. Pemanasan gipsum dalam ketel, tong, vacuum oven atau dalam suasana yang hampir kering dengan suhu sekitar 120-180°C maka akan terbentuk β-hemihidrat. Di sisi

lain, pemanasan gipsum pada suhu sekitar 80-150°C dengan tekanan uap di dalam

autoklaf akan menghasilkan α-hemihidrat. Perbedaan antara α dan β-hemihidrat terdapat pada ukuran, bentuk, dan daerah permukaan kristal gips.13,29 Secara

mikroskopik, β-hemihidrat memiliki struktur kumpulan serabut kristal-kristal halus dengan lubang-lubang kapiler sedangkan α-hemihidrat memiliki struktur kristal yang tersusun dalam bentuk batang atau prisma.5 Ketidakhadiran air selama pemanasan dalam vacuum oven menyebabkan partikel gips (β-hemihidrat) yang dihasilkan tetap poreus dan tidak teratur.21 Perbedaan bentuk dan ukuran kristal kalsium sulfat hemihidrat akan mempengaruhi kekuatan kompresi gips.7,13

2. Suhu dan lama penyimpanan limbah

Lama penyimpanan dan keadaan lingkungan penyimpanan (suhu dan kelembaban) dapat mempengaruhi jumlah kandungan air dalam limbah gips.9 Penyimpanan limbah pada temperatur di atas temperatur ruangan akan mengakibatkan pengerutan yang disebabkan oleh kristalisasi air keluar dan mengubah dihidrat menjadi hemihidrat kembali.2,6 Selain itu, limbah gips yang disimpan lebih lama akan memiliki kandungan air yang semakin kecil. Kandungan air yang semakin tinggi akan menurunkan kekuatan kompresi gips.3

reve

rs

ibe

l

dehidrasi 2.4 Kerangka Teori

Gips (CaSO4

.

½H2O)

Klasifikasi

Tipe I Tipe II Tipe III Tipe IV Tipe V

Karakteristik Perubahan Dimensi w/p Ratio Setting Time Setting Ekspansi Kekuatan Kompresi Fungsi Model Kerja (CaSO4 .

2H2O)

Limbah Daur Ulang

Mekanisme Syarat

Faktor yang Mempengaruhi

Air Gips Daur ulang

(CaSO4 . ½H2O)

Karakteristik Perubahan Dimensi w/p Ratio Setting Time Setting Ekspansi Kekuatan Kompresi

Apakah ada perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dengan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 130oC dan 160oC?

Mineral Gipsum (CaSO4 . 2H2O)

dehidrasi rehidrasi daur ulang dehidrasi 1 8 Mineral Gipsum (CaSO4 .

2H2O)

Gips Pabrikan (CaSO4 . ½H2O)

Model Kerja (CaSO4

.

2H2O)

Gips Daur ulang (CaSO4

.

½H2O)

Bentuk kristal lebih teratur dan tidak poreus Pengaruhi rasio bubuk

dan air (W/P ratio) Kekuatan kompresi berkisar

antara 20,7 – 34,5 MPa

Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi

kristal

Bereaksi dengan molekul air

Kekuatan kompresi gips tipe III daur ulang T 130oC

Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi kristal setelah daur ulang pada suhu pemanasan 130oC lebih

banyak

Pengaruhi rasio bubuk dan air (W/P ratio)

T 160oC Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi kristal setelah daur ulang pada suhu pemanasan 160oC lebih

2.6 Hipotesis Penelitian

Berdasarkan tinjauan pustaka di atas, maka dapat disusun hipotesis penelitan bahwa:

1. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 130oC.

2. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 160oC.

3. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III daur ulang pada suhu pemanasan 130oC dan 160oC.

Daur ulang merupakan salah satu cara untuk mengatasi penumpukan limbah. Daur ulang mengacu pada proses pengumpulan bahan bekas (limbah) dan pengolahannya. Dalam proses daur ulang, bahan-bahan yang digunakan diurutkan dan diproses untuk digunakan sebagai bahan baku pembentukan produk baru.26

2.3.1 Mekanisme

Mekanisme atau pengelolaan yaitu proses mengolah limbah menjadi bahan yang siap pakai. Pada penelitian Ibrahim RM dkk (1995) serta Abidoye LK dan Bello RA (2010), proses pengelolaan dilakukan dengan cara memanaskan limbah gips. Berdasarkan penelitian tersebut, dinyatakan bahwa gips tersebut dapat didaur ulang dan menunjukkan keadaan mikrostruktural jarum kristal yang mirip dengan gipsum komersial, tetapi terdapat molekul air yang terperangkap pada kisi kristal.8-9.

Gips umumnya didapatkan dari batuan mineral gipsum alam. Gipsum adalah bentuk dihidrat dari kalsium sulfat (CaSO4·2H2O), ketika dipanaskan pada suhu <200oC, akan kehilangan 1,5 g mol dari 2 g mol H2O dan dikonversikan menjadi kalsium sulfat hemihidrat (CaSO4·½ H2O) atau kadang ditulis (CaSO4)2·H2O.7,13

2CaSO4.2H2O + pemanasan (CaSO4)2.H2O + 3H2O Kalsium sulfat dihidrat Kalsium sulfat hemihirat Air

Ketika kalsium sulfat hemihidrat dicampur dengan air, reaksi sebaliknya akan terjadi sehingga kalsium sulfat hemihidrat dikonversikan kembali ke kalsium sulfat dihidrat. Oleh sebab itu, dehidrasi sebagian dari mineral gipsum dan rehidrasi kalsium sulfat hemihidrat bersifat reversibel. Reaksi pengerasan gips yang umumnya terjadi sebagai berikut:7

CaSO4·½ H2O + 1½H2O CaSO4·2H2O + 3900 kal/g mol Kalsium sulfat hemihidrat Air Kalsium sulfat dihidrat

Reaksi pengerasan yang terjadi bersifat eksotermis. Jika 1 g mol kalsium sulfat hemihidrat direaksikan dengan 1,5 g mol air maka 1 g mol kalsium sulfat dihidrat akan terbentuk dan 3900 kalori dalam bentuk panas akan dilepaskan.7

15

Pada tahap pengelolaan, dapat dilakukan proses pencampuran yaitu untuk mendapatkan bahan yang lebih bermanfaat, misalnya sejenis limbah dicampur dengan bahan lain.27 Penambahan bahan lain, misalnya calcium chloride, dilakukan agar diperoleh peningkatan pada kekuatan kompresi bahan gipsum.28

2.3.2 Syarat

Beberapa persyaratan dalam proses daur ulang:

1. Limbah gips yang didaur ulang berasal dari tipe gips yang sama

Tipe limbah gips perlu diperhatikan sebab proses pembentukan setiap tipe gips berbeda. Selain itu, manipulasi gips yang dijadikan limbah juga berbeda, seperti rasio air bubuk untuk setiap tipe gips berbeda, sehingga limbah gips yang didaur ulang sebaiknya berasal dari tipe gips yang sama sebab dapat mempengaruhi kekuatan kompresi gips daur ulang.13

2. Pemurnian limbah harus dilakukan sebelum diproses dengan pemanasan 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 (dilakukan oleh mesin).9,27 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 menggunakan magnet untuk memisahkan limbah gips dari bahan logam.9

2.3.3 Faktor yang Mempengaruhi

Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan kompresi gips daur ulang: 1. Proses daur ulang yang dilakukan harus sesuai dengan proses pembentukan gips

Perbedaan proses pemanasan akan menghasilkan hemihidrat yang berbeda. Pemanasan gipsum dalam ketel, tong, vacuum oven atau dalam suasana yang hampir kering dengan suhu sekitar 120-180°C maka akan terbentuk β-hemihidrat. Di sisi

lain, pemanasan gipsum pada suhu sekitar 80-150°C dengan tekanan uap di dalam

autoklaf akan menghasilkan α-hemihidrat. Perbedaan antara α dan β-hemihidrat terdapat pada ukuran, bentuk, dan daerah permukaan kristal gips.13,29 Secara

mikroskopik, β-hemihidrat memiliki struktur kumpulan serabut kristal-kristal halus dengan lubang-lubang kapiler sedangkan α-hemihidrat memiliki struktur kristal yang tersusun dalam bentuk batang atau prisma.5 Ketidakhadiran air selama pemanasan dalam vacuum oven menyebabkan partikel gips (β-hemihidrat) yang dihasilkan tetap poreus dan tidak teratur.21 Perbedaan bentuk dan ukuran kristal kalsium sulfat hemihidrat akan mempengaruhi kekuatan kompresi gips.7,13

2. Suhu dan lama penyimpanan limbah

Lama penyimpanan dan keadaan lingkungan penyimpanan (suhu dan kelembaban) dapat mempengaruhi jumlah kandungan air dalam limbah gips.9 Penyimpanan limbah pada temperatur di atas temperatur ruangan akan mengakibatkan pengerutan yang disebabkan oleh kristalisasi air keluar dan mengubah dihidrat menjadi hemihidrat kembali.2,6 Selain itu, limbah gips yang disimpan lebih lama akan memiliki kandungan air yang semakin kecil. Kandungan air yang semakin tinggi akan menurunkan kekuatan kompresi gips.3

17 reve rs ibe l dehidrasi

2.4 Kerangka Teori

Gips (CaSO4 . ½H2O)

Klasifikasi

Tipe I Tipe II Tipe III Tipe IV Tipe V

Karakteristik Perubahan Dimensi w/p Ratio Setting Time Setting Ekspansi Kekuatan Kompresi Fungsi Model Kerja (CaSO4 . 2H2O)

Limbah Daur Ulang

Mekanisme Syarat Faktor yang

Mempengaruhi

Air Gips Daur ulang (CaSO4 . ½H2O)

Karakteristik Perubahan Dimensi w/p Ratio Setting Time Setting Ekspansi Kekuatan Kompresi

Apakah ada perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dengan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 130oC dan 160oC?

Mineral Gipsum (CaSO4 . 2H2O)

dehidrasi rehidrasi daur ulang dehidrasi 1 8 Mineral Gipsum (CaSO4 . 2H2O)

Gips Pabrikan (CaSO4 . ½H2O)

Model Kerja (CaSO4 . 2H2O)

Gips Daur ulang (CaSO4 . ½H2O)

Bentuk kristal lebih teratur dan tidak poreus Pengaruhi rasio bubuk

dan air (W/P ratio) Kekuatan kompresi berkisar

antara 20,7 – 34,5 MPa

Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi

kristal

Bereaksi dengan molekul air

Kekuatan kompresi gips tipe III daur ulang T 130oC

Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi kristal setelah daur ulang pada suhu pemanasan 130oC lebih

banyak

Pengaruhi rasio bubuk dan air (W/P ratio) T 160oC

Sisa molekul air yang terperangkap dalam kisi kristal setelah daur ulang pada suhu pemanasan 160oC lebih

19

2.6 Hipotesis Penelitian

Berdasarkan tinjauan pustaka di atas, maka dapat disusun hipotesis penelitan bahwa:

1. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 130oC.

2. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III pabrikan dan gips tipe III daur ulang yang dipanaskan dengan suhu 160oC.

3. Terdapat perbedaan kekuatan kompresi gips tipe III daur ulang pada suhu pemanasan 130oC dan 160oC.