Topik 2 LAPORAN IMKG A1b Setting Expansion Gipsum Tipe III Berdasarkan WP Ratio

LAPORAN PRAKTIKUM ILMU MATERIAL I

Topik

: Setting Expansion Gipsum Tipe III berdasarkan W : P Ratio

Kelompok

: A – 1b

Tgl. Praktikum : 26 Maret 2013 Pembimbing

: Soebagio, drg., Mkes.

Penyusun : Adam Bimasakti

021211131008

Erina Fatmala Yuli A.

021211131009

Fitriah Hasan Zaba

021211131010

Ayu Larissa Putri

021211131011

Isnainy Noviantari Zulfah Husnan

021211131012

Putri Andika S

021211131013

Shufiyah Nurul Aini

021211131014

DEPARTEMEN MATERIAL KEDOKTERAN GIGI FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2013

1. TUJUAN a. Di akhir praktikum, mahasiswa mampu melakukan manipulasi gypsum keras serta dapat mengukur dan mengamati perubahan setting expansion dengantepat. b. Di akhir praktikum, mahasiswa mampu mengukur dan mengamati perubahan setting expansion dengan variasi perubahan rasio W/P. 2. BAHAN DAN ALAT 2.1 Bahan a. Gipsum stone (W/P = 14ml/50gr)

Gambar 1.Gipsum stone b. Air PAM c. Vaselin 2.2 Alat a. Mangkuk karetdan spatula

Gambar 2.Mangkuk karet

2

b. Gelas ukur

Gambar 3.Gelas ukur c. Stopwatch

Gambar 4.Stopwatch d. Timbangan analitik

Gambar 5.Timbangan analitik e. Ekstensometer

Gambar 6.Ekstensometer

3

f. Vibrator

Gambar 7. Vibrator 3. CARA KERJA 3.1 Persiapan alat a. Alat dan bahan yang akan digunakan untuk praktikum dipersiapkan terlebih dahulu b. Bagian dalam cetakan ekstensometer diulasi dengan vaselin secara merata c. Alat uji ekstensometer disiapkan, kemudian dial indikator dipasang pada posisi yang tepat dengan jarum menunjukkan ke angka nol 3.2 Pencampur gypsum a. Bubuk gypsum tipe III ditimbang sebanyak 50 gram. Air diambil sebanyak 14 ml diukur dengan gelas ukur b. Air yang telah diukur dimasukkan kedalam mangkuk karet terlebih dahulu, kemudian bubuk gipsum dimasukkan sedikit demi sedikit kedalam mangkuk karet dan dibiarkan mengendap selama 30 detik untuk menghilangkan gelembung udara c. Campuran gipsum dan air diaduk sampai homogen menggunakan spatula dengan gerakan memutar selama 1 menit / 120 putaran, bersamaan dengan itu mangkuk karet diputar secara perlahan-lahan. d. Adonan gipsum dituangkan kedalam cetakan diaatas vibrator dan vibrator dihidupkan dengan kecepatan rendah untuk menghilangkan udara yang terjebak, kemudian permukaan cetakan diratakan

4

3.3 Mengukur setting expansion a. Adonan gipsum dituangkan kedalam cetakan ekstensometer tanpa merubah posisi cetakan pada jarum dial indikator, kemudian ratakan permukaan menggunakan spatula gip b. Dilakukan pengukuran setiap 5 menit dalam 50 menit, amati dan catat ekspansi yang terjadi pada penunjuk mikrometer di dial indikator

4. HASIL PRAKTIKUM Praktikum dilakukan dengan kondisi : a) Suhu ruangan saat praktikum 24oC. b) Suhu air PAM yang digunakan saat praktikum 28oC.

Pengukuran setting expansion pada saat praktikum diamati setiap 5 menit selama 50 menit. Tabel 4.1 Gipsum tipe 3 (W : P = 14 : 45) Waktu

Panjang

Pertambahan

(setiap 5 menit) 5 menit 10 menit 15 menit 20 menit 25 menit 30 menit 35 menit 40 menit 45 menit 50 menit

Ekspansi 0 mm 0 mm 0 mm 0,01 mm 0,01 mm 0,015mm 0,03 mm 0,05 mm 0,08 mm 0,105 mm

0 mm 0 mm 0 mm 0,01 mm 0 mm 0,005 mm 0,015 mm 0,02 mm 0,03 mm 0,025 mm

Tabel 4.2 Gipsum tipe 3 (W : P = 14 : 50) Waktu

Panjang

(setiap 5

Pertambahan Ekspansi

5

menit) 5 menit 10 menit 15 menit 20 menit 25 menit 30 menit 35 menit 40 menit 45 menit 50 menit

0 mm 0 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,02 mm 0,025 mm 0,035 mm 0,0475 mm

0 mm 0 mm 0,015 mm 0 mm 0 mm 0 mm 0,005 mm 0,005 mm 0,01 mm 0,0125 mm

Tabel 4.3 Gipsum tipe 3 (W : P = 14 : 55) Waktu

Panjang

Pertambahan

(setiap 5 menit) 5 menit 10 menit 15 menit 20 menit 25 menit 30 menit 35 menit 40 menit 45 menit 50 menit

Ekspansi 0,01 mm 0,01 mm 0,01 mm 0,01 mm 0,01 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,015 mm 0,015 mm

0,01 mm 0 mm 0 mm 0 mm 0 mm 0,005 mm 0 mm 0 mm 0 mm 0 mm

5. PEMBAHASAN 5.1 Landasan Teori Gipsum adalah kalsium sulfat dihidrat, CaSO4.2H2O.Saat mengeras, dimana suhunya cukup tinggi untuk menghilangkan kadar airnya, gypsum berubah menjadi kalsium sulfat hemihidrat, dan pada temperatur lebih tinggi, α-hemihydrate terbentuk. Klasifikasi gypsum adalah sebagai berikut: 1) Impression Plaster (Tipe I), Dental plaster, impression 2) Model Plaster (Tipe II), Dental plaster, model 6

3) Dental Stone (Tipe III), Dental stone, die, model 4) Dental Stone High Strength (Tipe IV), Dental stone, die, high strength, lowexpansion 5) Dental Stone High Strength, High Expansion (Tipe V), Dental stone, die, high strength, high expansion(Applied Dental Materials Ninth Edition. John F. McCabe. 2008. Hal 32)

Sifat-sifat gypsum adalah sebagai berikut: 1) Ketepatan • Plaster sangat baik dalam mencatat detil-detil halus • Perubahan dimensi sewaktu setting sangat kecil • Perubahan dimensi selama penyimpanan cetakan gips adalah kecil meskipun ada sedikit kontraksi karena pengeringan • Bila terdapat undercut, cetakan gipsum akan pecah sewaktu dikeluarkan dari mulut • Sebelum diisi dengan model gipsum, cetakan harus diberi bahan separasi 2) Sifat lainnya • Bahan cetak gipsum bersifat nontoksis • Waktu setting dapat dikontrol dengan menggunakan bahan tambahan yang tepat Manipulasi Cara manipulasi gypsum adalah dengan mencampurkan beberapa bubuk gypsum dengan air sehingga menjadi suatu massa sampai mengalami reaksi pengerasan (setting). Reaksi kimia yang berlangsung saat proses setting adalah: (CaSO4)2.H2O + 3H2O  2CaSO4.2H2O Untuk manipulasi dengan cara hand mixing, biasanya dianjurkan untuk menggunakan mangkuk plastik yang memiliki diameter atas sekitar 130 mm.

7

Adanya residu dalam mangkuk bisa mengubah karakteristik kerja dan pengaturan dari campuran, sehingga kebersihan ditekankan. Pencampuran menggunakan sebuah spatula kaku dengan round-edged blade sekitar 20-25 mm dan panjang 100 mm. Sejumlah air yang diperlukan dimasukkan kedalam mangkuk dan bubuk ditambahkan perlahan ke air selama sekitar 10 detik. Campuran tersebut dibiarkan selama sekitar 20 detik dan kemudian pengadukan dilakukan sekitar 60 detik menggunakan gerakan melingkar. Setelah materi telah dicampur dan digunakan, mangkuk harus benar-benar dibersihkan sebelum campuran berikutnya dilakukan. Tahap pertama proses setting adalah air menjadi jenuh dengan hemihidrat, yang memiliki kelarutan sekitar 0,8% pada suhu kamar. Larutan hemihidrat kemudian dengan cepat dikonversi menjadi dihidrat yang memiliki kelarutan yang jauh lebih rendah sekitar 0,2%. Proses berlanjut sampai sebagian besar hemihidrat dikonversi menjadi dihidrat. (McCabe. 2008. Hal 33-34)

Setting Expansion Ekspansi massa gipsum dapat dideteksi selama perubahan dari partikel hemihidrat menjadi partikel dihidrat. Setting expansion dapat dijelaskan berdasarkan mekanisme kristalisasi. Proses kristalisasi digambarkan sebagai suatu pertumbuhan kristal – kristal dihidrat dari nukleus, yang saling berikatan satu dengan yang lainnya. Bila proses ini terjadi pada ribuan kristal – kristal selama pertumbuhan, suatu tekanan atau dorongan keluar dapat terjadi dan menghasilkan ekspansi massa keseluruhan. Tumbukan atau gerakan dari kristal – kristal ini menyebabkan terbentuknya mikroporus. Volume eksternal hasil reaksi gipsum yang lebih besar daripada volume kristalin, menyebabkan terbentuknya porus. Oleh karena itu, struktur gipsum yang telah mengeras terdiri dari kristal – kristal yang saling terkait, di antaranya adalah mikroporus dan porus yang mengandung air berlebih. Air tersebut diperlukan ketika pengadukan. Namun, ketika mengering, kelebihan air tersebut menghilang dan ruangan kosong meningkat. (Anusavice, 2003, hal. 266). Ekspansi pengerasan tersebut terjadi di udara sehingga dikenal sebagai normal setting expansion. Sedangkan, jika gipsum pada awal initial setting 8

ditempatkan dalam air akan menyebabkan ekspansi yang lebih besar dan disebut hygroscopic expansion. (McCabe and Walls, 2008, hal. 36).

Perbedaan proses terjadinya normal setting expansion dengan hygroscopic expansion (Anusavice, 2003, hal. 270) Untuk menghasilkan model atau die yang akurat, setting expansion dari dental gipsum harus tetap dikendalikan. Beberapa faktor yang mempengaruhi setting expansion pada dental gipsum adalah rasio W/P, lama pengadukan, dan penambahan akselerator atau retarder. 1. Faktor rasio W/P Semakin tinggi rasio W/P, semakin sedikit nukelus kristalisasi per unit volume sehingga ruangan antar nukleus lebih besar pada keadaan tersebut. Akibatnya, pertumbuhan internal kristal-kristal dihidrat akan semakin sedikit, demikian juga dengan dorongan keluar dari kristal-kristal tersebut. Hal itulah yang menyebabkan semakin tinggi rasio w:p, maka semakin rendah nilai setting ekspansinya. Sebaliknya, penurunan rasio w:p meningkatkan setting expansion dengan cara meningkatkan jumlah nukleuskristalisasi dari partikel dihidrat 9

(Anusavice, 2003, hal. 267). Selain menyebabkansetting expansionyang tinggi, penurunan rasio w:p juga menyebabkan lebih banyak panas yang dilepaskan (Alberto N, et al, 2011). 2. Faktor Pengadukan (mixing time) Bila mengaduk dengan tangan, mangkuk pengaduk harus berbentuk parabolik, halus, dan tahan terhadap abrasi. Spatula harus memiliki bilah yang kaku serta pegangan yang nyaman dipegang. Terjebaknya udara dalam adukan harus dihindari untuk mencegah porus yang dapat menyebabkan kelemahan dan ketidak akuratan permukaan. Air yang sudah diukur jumlahnya ditempatkan dalam mangkuk pengaduk, dan bubuk yang sudah ditimbang ditaburkan. Adukan kemudian dengan cepat diputar, dengan secara periodik mulai mengaduk menggunakan spatula

untuk menjamin pembasahan semua bubuk serta

memecahkan endapan, atau gumpalan. Pengadukan harus terus berlangsung sampai diperoleh adukan yang halus, biasanya dalam 1 menit. Semakin lama waktu pengadukan berarti mengurangi waktu kerja, khususnya untuk menuang model (Annusavice, 277). Sebagian kristal gipsum terbentuk langsung ketika gipsum berkontak dengan air. Begitu pengadukan dimulai, pembentukankristal ini meningkat. Pada saat yang sama, kristal-kristal tersebut diputuskan oleh spatula (pengaduk) dan didistribusikan merata dalam adukan dengan hasil pembentukan lebih banyak nukleus kristalisasi. Dalam jangka limitnya, semakin lama waktu pengadukan, maka akan meningkatkan jumlah nukleus kristalisasi dari partikel dihidrat. Akibatnya, jalinan ikatan kristalin yang terbentuk akan semakin banyak, pertumbuhan internal dan dorongan keluar dari kristal-kristaldihidrat meningkat. Hal inilah yang menyebabkan setting expansion gipsum meningkat sejalan dengan semakin lamanya waktu pengadukan, untuk batasan waktu tertentu (Anusavice, 2003, hal. 264, 267). 3. Faktor Penambahan Akselerator dan Retarder

10

Penambahan bahan kimia,dalam bentuk akselerator atau retarder, yang biasanya ditambahkan oleh pabrik untuk mengatur setting time, juga mempunyai efek untuk menurunkan nilai setting expansion dengan cara mengubah bentuk kristal dihidrat yang terbentuk. Oleh karena itu, akselerator atau retarder disebut juga sebagai anti expantion agent. Bahan kimia yang biasanya digunakan sebagai akselerator adalah potassium sulfat, sedangkan yang digunakan sebagai retarder adalah boraks. (McCabe and Walls, 2008, hal. 37). 5.2 Analisis Implikasi Beberapa faktor yang mempengaruhi Setting Expansion pada dental gipsum adalah rasio W/P, lama pengadukan, dan penambahan akselerator atau retarder. Faktor pertama adalah rasio W/P. Semakin tinggi rasio W/P, semakin sedikit nukelus kristalisasi per unit volume sehingga ruangan antar nukleus lebih besar pada keadaan tersebut. Akibatnya, pertumbuhan internal kristal – kristal dihidrat akan semakin sedikit, demikian juga dengan dorongan keluar dari kristal – kristal tersebut. Hal itulah yang menyebabkan semakin tinggi rasio W/P, maka semakin rendah nilai setting ekspansi-nya. Sebaliknya, penurunan rasio W/P meningkatkan

setting

expansion

dengan

cara

meningkatkan

jumlah

nukleuskristalisasi dari partikel dihidrat (Anusavice, 2003, hal. 267). Selain menyebabkan setting expansion yang tinggi, penurunan rasio W/P juga menyebabkan lebih banyak panas yang dilepaskan (Alberto N, et al, 2011) Faktor kedua yang memepengaruhi setting expansion gipsum adalah lama pengadukan (mixing time). Sebagian kristal terbentuk langsung ketika gipsum berkontak dengan air. Begitu pengadukan dimulai, pembentukan kristal ini meningkat. Pada saat yang sama, kristal-kristal tersebut diputuskan oleh spatula (pengaduk) dan didistribusikan merata dalam adukan dengan hasil pembentukan lebih banyak nukleus kristalisasi. Dalam jangka limitnya, semakin lama waktu pengadukan, maka akan meningkatkan jumlah nukleus kristalisasi dan partikel dihidrat. Akibatnya, jalinan ikatan kristalin yang terbentuk akan semakin banyak, pertumbuhan internal dan dorongan keluar dari kristal-kristal dihidrat meningkat. Hal inilah yang

menyebabkan setting expansion gipsum meningkat sejalan

11

dengan semakin lamanya waktu pengadukan, untuk batasan waktu tertentu (Annusavice, 2003) Pada praktikum ini tidak dilakukan pengamatan pengaruh lama pengadukan terhadap setting expansion karena lama pengadukan pada ketiga percobaan disamakan yaitu 1 menit dengan kecepatan pengadukan yang konstan 120 putaran/menit. Faktor ketiga yang mempengaruhi setting expansion gipsum adalah penambahan bahan kimia ke dalam bubuk hemihidrat. Penambahan bahan kimia,dalam bentuk akselerator atau retarder, yang biasanya ditambahkan oleh pabrik untuk mengatur setting time, juga mempunyai efek untuk menurunkan nilai setting expansion dengan cara mengubah bentuk kristal dihidrat yang terbentuk. Oleh karena itu, akselerator atau retarder disebut juga sebagai antiexpantionagent. Bahan kimia yang biasanya digunakan sebagai akselerator adalah potassium sulfat, sedangkan yang digunakan sebagai retareder adalah boraks. (McCabe and Walls, 2008) Faktor penambahan bahan kimia ini dapat digolongkan sebagai faktor pabrik. Pada praktikum ini, tidak dilakukan pengamatan pada pengaruh penambahan akselerator atau retarder terhadap perubahan setting expansion karena gypsum tipe III yang digunakan, diproduksi oleh pabrik yang sama. Dengan meninjau teori yang ada, besarnya setting expansion dental gipsum seharusnya berbanding terbalik dengan rasio W/P, yaitu semakin rendah rasio W/P, maka akan meningkatkan setting expansion, dan sebaliknya. Pada praktikum ini, digunakan takaran air yang sama pada ketiga percobaan, yaitu 14 mL. Sedangkan, yang menjadi variabel bebas adalah massa bubuk gipsum, yaitu 45 gr di percobaan pertama, 50 gr pada percobaan kedua dan 55 gr untuk percobaan ketiga, yang berarti W/P rasio terendah ada pada percobaan pertama. Pada tabel 1 hasil percobaan di atas dapat dilihat bahwa pada 5 menit pertama hingga 5 menit ketiga, tidak terdapat perubahan pada gipsum dalam ekstensometer. Namun, setelah menit ke-15 mulai nampak perubahan pada gipsum. Sedangkan pada percobaan kedua, perubahan pada gipsum terlihat mulai

12

pada menit ke-10, namun perubahan yang ditimbulkan tidak stabil. Pada percobaan ketiga, perubahan yang timbul lebih tidak stabil dibandingkan dengan percobaan pertama dan kedua. Interval perubahan gipsum pada percobaan ini terjadi setiap 20 menit sekali. Berdasarkan analisis, penyebab dari ketidaksesuaian ini diperkirakan karena tidak terdeteksinya ekspansi gypsum oleh jarum ekstensometer. Hal ini disebabkan adonan gypsum yang terlalu kental pada percobaan nomor 3. W/P rasio sebesar 14 ml/ 55 gr pada percobaan nomor 3 menghasilkan adonan gipsum yang flow-nya sangat rendah (padat) dan hampir tidak ada. Akibatnya, adonan tidak dapat mengisi cetakan ekstensometer dengan sempurna dan diduga ada rongga udara di dalamnya. Dengan adanya celah berupa rongga udara antara jarum ekstensometer dan adonan menyebabkan ekspansi gypsum yang terjadi tidak mendorong jarum ekstensometer, melainkan mengisi rongga udara. Inilah yang menyebabkan pada percobaan nomor 3 tercatat hasil setting ekspansi yang lebih kecil. Hal ini juga berlaku pada percobaan nomor 1 dan 2. Pada percobaan nomor 1, dengan rasio W/P = 14ml/45gr, didapatkan adonan dengan flow yang tinggi (encer). Akibatnya adonan pun dengan cepat mengisi ekstenso meter tetapi waktu setting ekspansi yang dibutuhkan lebih lama daripada percobaan ke 2. Pada percobaan nomor 2, dengan rasio W/P = 14 ml/50 gr, didapatkan adonan dengan flow yang baik sehingga dapat dengan mudah mengisi cetakan ekstensometer tanpa meninggalkan celah (rongga udara) di dalamnya. Akibatnya, jarum ekstensometer dapat lebih akurat mencatat perubahan ekspansinya. Inilah yang diduga menjadi penyebab hasil percobaan nomor 2 mencapai setting ekspansi yang lebih besar dibandingkan kedua percobaan lain.

6. KESIMPULAN Perbedaan rasio W/P dapat mempengaruhi setting expansion gipsum tipe III. Rasio bubuk yang lebih tinggi daripada air membuat setting expansion tinggi dikarenakan kristal-kristal pada adonan gipsum banyak, sehingga pergerakan

13

untuk mengikat air semakin cepat. Kemudian kristal-kristal memanjang keluar selama pertumbuhan, dan meningkatkan ekspansi.

DAFTAR PUSTAKA Alberto N, Carvalho L, Lima H, Antunes P, Nogueira R, Pinto JL 2011, ‘Characterization of Different Water/Powder Ratios of Dental Gypsum Using Fiber Bragg Grating Sensors’, Dental Materials Journal. Retrieved: April 8,2013, from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21946491 Anusavice, KJ 2003, Phillips’ Science of Dental Material 11th ed, St. Louis: Saunders Elsevier Ltd. McCabe, JF and Walls, AWG 2008, Applied Dental Materials 9th ed., Victoria: Blackwell, Inc.

14