Karakterisasi dan profil biodegradasi material biokomposit bovine hidroksiapatit (BHA)/ampas kopi/shellac - UNS Institutional Repository

  

“KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI

MATERIAL BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT

(BHA)/AMPAS KOPI/SHELLAC ”

  

SKRIPSI

  Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Oleh : TAUFIK HIDAYAT I14142024

  

PROGAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

HALAMAN PERSEMBAHAN

  Dengan segala kerendahan hati, saya persembahkan tulisan ini untuk: 1.

  Ayah, Ibu dan Kakak tercinta yang telah memberikan doa restu, dan dukungannya.

  2. Dosen Pembimbing, Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T dan Bapak Abu Masykur, S.Si., M.Si. yang membimbing dan memantau perkembangan studi yang selama ini saya lakukan.

  3. Staf Dosen dan Karyawan Universitas Sebelas Maret yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan ilmunya dan menuntun saya menjadi sarjana.

  4. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra, Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam sebuah tim.

  5. Teman-teman S1 Non-Reg 2014 yang selama ini menjadi keluarga kedua saya di Universitas Sebelas Maret.

  6. Teman-teman Kos Abednego yang selama ini menemani saya baik dalam keadaan senang maupun sedih.

  7. Teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan doa dan dukungannya kepada saya.

  

KARAKTERISASI DAN PROFIL BIODEGRADASI MATERIAL

BIOKOMPOSIT BOVINE HIDROKSIAPATIT (BHA)/AMPAS

KOPI/SHELLAC

Taufik Hidayat

  Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Indonesia

  Email

  

Abstrak

  Angka kejadian patah tulang di Indonesia cukup tinggi sehingga dibutuhkan biomaterial dibidang kesehatan yang bersifat ekonomis dan ramah lingkungan. Limbah tulang sapi dapat dipergunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi atau mengganti tulang serta pemulihan jaringan gigi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah kandungan dari ampas kopi dan shellac akan hilang setelah proses sintering dan bagaimana pengaruh ampas kopi terhadap porositas dan laju degradasi material biokomposit BHA. Penelitian ini menggunakan metode pemanasan kalsinasi dan sintering. Berdasarkan analisa data pengujian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa pengamatan SEM EDX menunjukkan adanya unsur anorganik berupa Ca dan P dengan intensitas tinggi serta Na, Mg, O dan C dengan intesitas rendah. Pengamatan pola difraksi XRD menunjukkan nilai 2θ dari sampel sesuai dengan pola difraksi standar HA JCPDS 9-432. Analisa gugus fungsi FTIR menunjukkan tidak adanya titik puncak utama

  3− 2−

• 4

  selain gugus fungsi fosfat ( ), karbonat ( ) dan hidroksil (OH ). Dari ketiga

PO CO

  3

  hasil pengamatan ini menunjukkan bahwa kandungan dari ampas kopi dan shellac telah menghilang secara sempurna ketika proses sintering dan hanya meninggalkan kandungan dari BHA dan semakin banyak campuran ampas kopi yang digunakan maka akan menurunkan nilai densitas serta meningkatkan jumlah porus dan mempercepat laju degradasi. Kata Kunci : Biodegradasi, Bovine Hydroxiapatite, FTIR, Porositas, SEM, XRD

  

iii

  

CHARACTERIZATION AND BIODEGRADATION PROFILE

BIOCOMPOSITE MATERIAL BOVINE HYDROXYAPATITE

(BHA)/COFFEE GROUNDS/SHELLAC

  

Taufik Hidayat

Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University Indonesia

  Email

  

Abstract

The incidence of fractures in Indonesia is quite high so it needs biomaterials

in the field of health that is economical and environmentally friendly. Bovine bone

waste can be used for grafting, repairing, replenishing or replacing bones and

restoring dental tissue. The purpose of this research is to determine whether the

content of the coffee grounds and shellac will disappear after the sintering process,

and how the effects of coffee grounds on the porosity and degradation rate of BHA

biocomposite materials. This research uses heating method of calcination and

sintering. Based on the analysis of test data conducted, it was concluded that SEM

EDX observation shows the presence of inorganic elements of Ca and P with high

intensity and Na, Mg, O and C with low intensity. Observation of XRD diffraction

pattern shows 2θ values of the sample according to the standard diffraction pattern

of HA JCPDS 9-432. FTIR functional group analysis showed no major peak points

  3− 2−

other than phosphate functional groups ( ), carbonates ( ) and hydroxyl

  4

  3

• -

  (OH ). From these three observations indicate that the content of coffee and shellac

  dregs has disappeared completely when the sintering process and leaving only the

  content of BHA and the more mixture of coffee dregs used will decrease the density

  value and increase the number of porus and accelerate the degradation rate . Keywords: Biodegradation, Bovine Hydroxyapatite, FTIR, Porosity, SEM, XRD

  

iv

KATA PENGANTAR

  Bismillahirrohmanirrohim, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke

  hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala kemudahan-Nya hingga pada akhirnya penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul “Karakterisasi dan profil biodegradasi material biokomposit bovine hidroksiapatit (BHA)/ampas kopi/shellac) ”.

  Berbagai pihak telah ikut berperan serta membantu penulis dalam rangka menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan, bimbingan, dan motivasi. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku pembimbing I Tugas Akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis.

  2. Bapak Dr. Abu Masykur, S.Si., M.Si., selaku pembimbing II Tugas Akhir yang telah membimbing, mengarahkan dan selalu memberikan motifasi kepada penulis.

  3. Bapak, Ibu, dan Kakak yang tidak henti-hentinya memberikan doa, semangat, dan dukungannya sehingga Tugas Akhir dapat terselesaikan dengan baik.

  4. Bapak Dr. Eko Surojo, S.T., M.T., Bapak Nurul Muhayat, S.T., M.T., Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan saran kepada penulis.

  5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

  6. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

  7. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, yang telah banyak memberikan ilmu dan pelajaran berharga.

  8. Teman-teman riset Bujar, Camel, Widi, Ridho, Fathan, Afif, Junet, Hendra, Andhika yang senantiasa membantu dalam riset dan bekerjasama dalam sebuah tim.

  9. Teman-teman S1 Teknik Mesin Transfer Nonreguler angkatan 2014 yang telah menyediakan waktu untuk menyemangati, membagi ilmu, dan gurauan mereka ketika penulis memiliki permasalahan.

  10. Teman-teman KKN UNS Wakatobi yang telah menyediakan waktu untuk menyemangati dan membagi ilmu dalam bermasyarakat.

  11. Teman-teman kos Jarwo, Rois, Mamet, Bang Pijhon, Wisnu, Nanda yang telah selalu mengingatkan penulis untuk tidak malas mengerjakan skripsi.

  12. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

  Surakarta, Juli 2017 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN PERSEMBAHAN....................................................................... ii ABSTRAK ....................................................................................................... iii

  

ABSTRACT ....................................................................................................... iv

  KATA PENGANTAR ..................................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN ................................................................................

  1

  1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

  1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 3

  1.4 Tujuan ............................................................................................... 3

  1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................ 3

  1.6 Sistematika Penelitian....................................................................... 4 BAB II DASAR TEORI...................................................................................

  5 2.1 Tinjauan Pustaka..............................................................................

  5 2.2 Dasar Teori ......................................................................................

  6 2.2.1 Tulang Sapi .............................................................................

  6 2.2.2 Hidroksiapatit .........................................................................

  8 2.2.3 Shellac ....................................................................................

  9 2.2.4 Kopi ........................................................................................

  10 2.2.5 Kalsinasi .................................................................................

  10 2.2.6 Proses Sintering ......................................................................

  11 2.2.7 Karakterisasi Material Hidroksiapatit .....................................

  13 2.2.8 Hipotesis .................................................................................

  18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN.........................................................

  19 3.1 Tempat Penelitian .............................................................................

  19 3.2 Alat dan Bahan .................................................................................

  19 3.2.1 Alat .........................................................................................

  19 3.2.2 Bahan ......................................................................................

  25 3.3 Prosedur Penelitian ...........................................................................

  26 3.3.1 Persiapan .................................................................................

  26 3.3.2 Proses Homogenisasi ..............................................................

  28 3.3.3 Proses Kompaksi ....................................................................

  29 3.3.4 Proses Sintering ......................................................................

  29 3.4 Variabel Penelitian............................................................................

  29 3.5 Tahap Pengamatan ............................................................................

  30 3.6 Tahap Analisa ...................................................................................

  30 3.7 Perencanaan Penelitian .....................................................................

  31 3.8 Diagram Alir .....................................................................................

  31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .........................................................

  33 4.1 Pengaruh Suhu Kalsinasi Terhadap Serbuk Tulang Sapi ................

  33

  4.2 Hasil Proses Sintering Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas Kopi/Shellac Berbagai Variasi Campuran .......................................

  34

  

vii

  4.3 Pengujian Densitas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ............................................

  35

  4.4 Pengujian Porositas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Ampas Kopi/Shellac Setelah Proses Sintering ............................................

  36 4.5 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) .....................

  37 4.5.1 Pengamatan Foto Scanning Electron Microschopy (SEM) ...

  37

  4.5.2 Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) dengan Energy Dispersive X-Ray (SEM EDX) .....................

  42 4.6 Pengamatan Laju Degradasi ............................................................

  44 4.7 Analisa Pola Difraksi XRD (X-Ray Diffraction) .............................

  45

  4.8 Analisa Gugus Fungsi dengan FTIR (Fourier Transform Infrared )...........................................................................................

  48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................................

  51 5.1 Kesimpulan ......................................................................................

  51 5.2 Saran ................................................................................................

  52 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................

  53 LAMPIRAN .....................................................................................................

  56

  

viii

  

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Anatomi kerangka tulang sapi ..................................................

  38 Gambar 4.5 Foto SEM perbesaran 200x ......................................................

  27 Gambar 3.18 Ampas kopi mesh 60 (250µm) .................................................

  28 Gambar 3.19 Larutan shellac ........................................................................

  28 Gambar 3.20 Diagram alir penelitian .............................................................

  32 Gambar 4.1 Perubahan warna serbuk tulang sapi ........................................

  33 Gambar 4.2 Hasil pengujian densitas BHA/ampas kopi/shellac ..................

  36 Gambar 4.3 Hasil pengujian porositas BHA/ampas kopi/shellac ................

  37 Gambar 4.4 Foto SEM perbesaran 100x ......................................................

  39 Gambar 4.6 SEM EDX BHA murni .............................................................

  25 Gambar 3.16 Larutan PBS SIGMA P-5368 ...................................................

  41 Gambar 4.7 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac sebelum proses sintering ....................................................................................

  41 Gambar 4.8 SEM EDX BHA/ampas kopi/shellac setelah proses sintering .

  41 Gambar 4.9 Laju degradasi selama 8 minggu ..............................................

  43 Gambar 4.10 Pola difraksi XRD BHA murni ................................................

  44 Gambar 4.11 Pola difraksi XRD BHA/ampas kopi/shellac ...........................

  45 Gambar 4.12 Pola difraksi XRD standard HA JCPDS 9-432 ........................

  45 Gambar 4.13 Spektrum dan gugus fungsi BHA murni dan BHA/ampas kopi/shellac ...............................................................................

  26 Gambar 3.17 Proses pengekstrakan hidroksiapatit .........................................

  25 Gambar 3.15 Tulang sapi bagian femur .........................................................

  7 Gambar 2.2 (a) Tulang femur (b) bagian dalam tulang femur .....................

  20 Gambar 3.5 Mesin crusher ...........................................................................

  8 Gambar 2.3 Proses Sintering .......................................................................

  12 Gambar 2.4 Skema pengujian densitas .........................................................

  13 Gambar 2.5 Skema difraksi hukum Bragg ...................................................

  17 Gambar 3.1 Mortar dan alu ..........................................................................

  19 Gambar 3.2 Gelas kimia ...............................................................................

  20 Gambar 3.3 Magnetic stirrer ........................................................................

  20 Gambar 3.4 Proses pemotongan tulang ........................................................

  21 Gambar 3.6 Mesh .........................................................................................

  24 Gambar 3.14 Proses perendaman spesimen biodegradasi ..............................

  21 Gambar 3.7 Cetakan .....................................................................................

  22 Gambar 3.8 Timbangan digital .....................................................................

  22 Gambar 3.9 Mesin press ...............................................................................

  22 Gambar 3.10 Dapur pemanas (furnace) .........................................................

  23 Gambar 3.11 Mesin XRD (X-Ray Diffraction) ..............................................

  23 Gambar 3.12 Mesin FTIR (Fourier Transform Infrared) ..............................

  24 Gambar 3.13 Scanning Electron Microscopy .................................................

  47

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat fisik dan kimia ampas kopi .................................................

  10 Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran BHA/ampas kopi/shellac

  29 Tabel 4.1 Perubahan warna sebelum dan sesudah proses sintering ............

  34 Tabel 4.2 Perbandingan titik puncak tertinggi dari BHA murni, BHA/ampas kopi/shellac dan HA JCPDS 9-432 ........................

  46 Tabel 4.3 Spektrum hasil uji FTIR dari sampel BHA murni dan BHA/ampas kopi/shellac ............................................................

  47

  

x

  

xi

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan 2.1 ..................................................................................................

  13 Persamaan 2.2 .................................................................................................

  14 Persamaan 2.3 .................................................................................................

  14 Persamaan 2.4 .................................................................................................

  15