LAPORAN PRAKTIKUM ILMU MATERIAL I
Topik
: Setting Time Gipsum Tipe II Berasarkan W:P Ratio
Kelompok
: A4a
Tgl. Praktikum
: 2 April 2013
Pembimbing
: Devi Rianti, drg., MKes.
Penyusun: No.
Nama
NIM
1. FIRSTA MAULIDYA Y.
021211131043 021211131043
2. NISRINA HASNA N.
021211131044 021211131044
3. AMELIA KRISTANTI R.
021211131045 021211131045
4. DITA RANA WIDATI
021211131046 021211131046
5. WILDA SAFIRA
021211131047 021211131047
6. MASHA ANDINA
021211131048 021211131048
7. AGHNIA ALMA L.
021211131049
DEPARTEMEN DEPARTEMEN MATERIAL KEDOKTERAN GIGI FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2013
1. TUJUAN
Mampu memanipulasi gipsum plaster, mengukur initial dan final setting time, serta membedakan setting time gipsum plaster berdasarkan variasi rasio w:p dengan tepat.
2. CARA KERJA 2.1 Alat yang digunakan
a. Mangkuk karet
f. Cetakan bentuk cincin
b. Spatula
g. Vibrator
c. Gelas ukur
h. Jarum Gillmore
d. Stopwatch
i. Termometer air
e. Timbangan analitik
j. Vaselin
Gambar 2. 1. Mangkuk karet dan spatula
Gambar 3. Cetakan dan glass lab
Gambar 2. Jarum Gillmore
Gambar 4. Gelas ukur
Gambar 5. Vaselin
2.2 Bahan yang digunakan
a. Gipsum plaster b. Air PAM
Gambar 6. Air PAM
2.3 Cara kerja 2.3.1 Pencampuran gipsum
a. Alat
dan
bahan
yang
akan
digunakan
untuk
praktikum
dipersiapkan terlebih dahulu. b. Bubuk gipsum plaster ditimbang sebanyak 50 gram. Air PAM diambil sebanyak 30 ml.
c. Air yang telah diukur dimasukkan ke dalam mangkuk karet terlebih dahulu, kemudian bubuk gipsum dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam mangkuk karet dan dibiarkan mengendap selama 30 detik untuk menghilangkan gelembung udara.
d. Pada saat mulai pencampuran antara gipsum dan air stopwatch dinyalakan, pada saat itu mulai dihitung awal setting time. e. 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. Kemudian diletakkan di atas vibrator dengan kecepatan rendah selama 30 detik untuk menghilangkan gelembung udara.
f. Setelah stopwatch menunjukkan menit ke-6, adonan gipsum dituangkan ke dalam cetakan yang telah diolesi vaselin di atas vibrator yang sudah dihidupkan dengan kecepatan rendah untuk menghilangkan udara yang terjebak, kemudian permukaan cetakan diratakan.
2.3.2 Pengukuran pengerasan awal (in iti al setting)
a. Stopwatch dinyalakan dan pengukuran dimulai pada saat adonan dituang ke dalam cetakan. Cetakan diletakkan di bawah jarum Gillmore dengan berat beban ¼ pound dengan penampang jarum 1/12 inch. Kemudian permukaan adonan gipsum ditusuk dengan gerakan cepat dan jarum diangkat kembali, ujung jarum dibersihkan dengan tissue.
b. Penusukan pada permukaan adonan diulangi lagi setiap 30 detik sambil cetakan digerakkan memutar untuk mendapatkan daerah tusukan yang berbeda.
c.
Gerakan ini dilakukan sampai jarum tidak dapat menusuk permukaan adonan gipsum, pada saat itu stopwatch dimatikan dan waktu dicatat.
2.3.3 Pengukuran pengerasan akhir (fi nal setting)
a. Setelah jarum Gillmore dengan ukuran 1/12 inch tidak dapat menusuk permukaan adonan gipsum lagi, maka cetakan gipsum dipindahkan ke bawah jarum berukuran 1/24 inch dengan beban 1 pound . b. Stopwatch dinyalakan, permukaan adonan gipsum ditusuk dengan ujung jarum dengan cara seperti pada pengukuran initial setting sampai jarum tidak dapat menusuk permukaan adonan gipsum. Pada saat itu stopwatch dimatikan waktu dicatat. c. Ulangi percobaan dari awal menggunakan w:p ratio 40 gram : 30 ml air. d. Ulangi percobaan dari awal menggunakan w:p ratio 50 gram : 35 ml air.
3. HASIL PRAKTIKUM Jumlah No.
Percobaan
Pengadukan per menit
1.
Final
Total Waktu
Setting
Setting
Pengerasan
w:p ratio
81
6 menit 55
5 menit 30
30ml : 50gr
putaran/menit
detik
detik
8 tusukan
12 tusukan
Jumlah Tusukan
2.
Initial
w:p ratio
120
28 menit 40
30ml : 40gr
putaran/menit
detik
Jumlah Tusukan
48 tusukan
14 menit 25 detik
12 menit 42 menit 40 24 tusukan
detik
3.
w:p ratio
107
14 menit 32
35ml/50gr
putaran/menit
detik
Jumlah Tusukan
20 tusukan
4 menit 20 menit 32 8 tusukan
detik
Keterangan: Total waktu pengerasan = Waktu mencampur + waktu mengaduk + vibrator + pengerasan awal (initial setting) + pengerasan akhir ( final setting ) 1. Total waktu pengerasan percobaan 1 = 30 detik + 1 menit + 30 detik + 6 menit 55 detik + 5 menit 30 detik = 14 menit 25 detik 2. Total waktu pengerasan percobaan 2 = 30 detik + 1 menit + 30 detik + 28 menit 40 detik + 12 menit = 42 menit 40 detik 3. Total waktu pengerasan percobaan 3 = 30 detik + 1 menit + 30 detik + 14 menit 32 detik + 4 menit = 20 menit 32 detik
4. PEMBAHASAN
Penggunaan material gipsum dalam kedokteran gigi sangat luas. Bahan gipsum didapatkan dari gipsum alam, CaSO 4.2H2O (kalsium sulfat dihidrat), di mana bahan tersebut akan kehilangan 1,5 gram mol air ketika dipanaskan dan berubah menjadi hemihidrat, CaSO4.1/2 H2O. Namun saat pencampuran dengan air, hemihidrat secara eksoterm akan berubah kembali menjadi dihidrat (von Fraunhofer 2010, hal. 9). Menurut ADA, gipsum diklasifikasikan menjadi Impression Plaster, Model Plaster, Dental Stone, Dental Stone High Strength, dan Dental Stone High Strength, High Expansion. Impression Plaster (Tipe I), jarang digunakan dalam bidang kedokteran gigi. Bahan ini digantikan dengan bahan yang tidak terlalu kaku. Model Plaster (Tipe II), biasa digunakan untuk diagnostic cast dan artikulasi dari stone cast . Dental Stone (Tipe III), ideal untuk pembuatan model dari full atau partial denture, model ortodonsi, dan lain-lain. Dental Stone High Strength (Tipe IV), sering digunakan sebagai die stones karena cocok untuk pembuatan pola dari malam dalam cast restoration. Dental Stone High Strength, High Expansion (Tipe V), tambahan klasifikasi ADA untuk
memenuhi kebutuhan akan kekuatan dan ekspansi gips yang lebih tinggi disbanding dental stone. Sifat-sifat gipsum antara lain mixing, setting time, setting expansion, compressive strength, tensile strength, dan surface hardness. Mixing/ pencampuran
secara
mekanis
mengurangi setting
time,
meningkatkan kekuatan, dan mengurangi ekspansi untuk w:p ratio yang sama. Setting time disesuaikan dengan aturan pabrik sekitar 8 sampai 18 menit (ADA, Spn no. 2 antara 5 sampai 25 menit). Dapat dilakukan sedikit variasi apabila diperlukan (Bhat 2006, hal. 406). Setting yang terlalu cepat dapat menghambat pengisian cetakan yang tepat ketika penuangan disebabkan oleh meningkatnya viskositas selama setting. Tetapi hal tersebut pada akhirnya dapat diatur dengan pemberian modifier (von Fraunhofer 2010, hal. 9), seperti potassium sulfate ( dan terra aiba (CaS untuk mempercepat setting, NaCl untuk mempercepat setting time dan meningkatkan setting ekspansi, serta borax ( untuk menghambat reaksi setting. Campuran dari 0.1% CaO dan 1.0% gum arabic mereduksi kebutuhan air dari campuran (von Fraunhofer 2010, hal. 9). Setting expansion gipsum dapat dinaikkan dengan mengubah w:p ratio dan zat tambahan yang memengaruhi ekspansi ( yang mereduksi dan NaCl yang menaikkan); setting dari bahan gipsum dengan air (efek higroskopis) dapat menaikkan ekspansi sampai dengan 100%. Setelah setting, tidak terdapat perubahan dimensional terhadap waktu (von Fraunhofer 2010, hal. 9). Setting ekspansi yang normal (NSE) dapat dinaikkan dengan menurunkan perbandingan air dan bubuk (w:p ratio),
meningkatkan
spatulation time dan menggunakan persediaan baru. Compressive strength adalah sifat mekanis yang paling sering digunakan untuk mengukur kekuatan produk gipsum. Compressive strength sangat dipengaruhi oleh w:p ratio yang digunakan. Jelas bahwa pengurangan jumlah air yang diperlukan untuk menghasilkan pencampuran yang baik memberikan
perubahan
yang
signifikan
pada
compressive
strength.
Penggunaan jumlah air yang berlebihan mempunyai keuntungan yaitu campuran halus, yang dengan mudah dituangkan, dapat diperoleh. Di sisi lain,
menggunakan air kurang dari yang dianjurkan menghasilkan campuran kental di mana udara yang masuk sulit untuk dihilangkan, menyebabkan peningkatan porositas dan pengurangan kekuatan yang signifikan. Jadi, penggunaan air yang kurang mempunyai potensi meningkatkan compressive strength, tapi akan lebih buruk sifat yang muncul apabila air yang digunakan hanya sedikit (van Noort 2007, hal. 214). Gipsum merupakan bahan yang brittle (mudah patah) dan diameter gaya tariknya (diametral tensile strength-DTS) hanya 50% dari dry strength. Rasio DTS-compressive strength adalah 5-10:1 (von Fraunhofer 2010, hal. 9). Gaya tarik basah plaster sangat rendah yaitu sekitar 2 MPa. Ini disebabkan oleh porositas dan sifat mudah patah dari bahan tersebut, yang kerugiannya adalah gigi dan tepi menjadi mudah patah apabila ditangani secara kasar. Dental stone mempunyai gaya tarik sekitar dua kali plaster, dan oleh karena itu lebih banyak dipilih untuk pembuatan mahkota, jembatan, model, dan die (van Noort 2007, hal. 215). Kekerasan permukaan meningkat pada saat pengeringan. Impregnasi dengan resin monomer dan polimerisasi berikutnya atau dengan campuran larutan pengeras yang mengandung koloid Si dapat meningkatkan kekerasan. Perawatan permukaan dengan
wax, minyak, atau gliserol
memperbaiki carvability bukan untuk kekerasan permukaan (von Fraunhofer 2010, hal. 9). Kekerasan permukaan produk gipsum sangat rendah, jadi bahan tersebut sangat rentan terhadap goresan dan pengikisian melalui abrasi. Resin epoxy diteliti sebagai alternatif bahan die karena menghasilkan produk yang lebih baik, tahan abrasi, dan lebih kuat daripada bahan gipsum, akan tetapi tergantung pada shrinkage yang terjadi saat polimerisasi (van Noort 2007, hal. 215). Manipulasi dimulai dengan memasukkan air ke dalam mangkuk plastik, kemudian bubuk plaster dimasukkan sedikit demi sedikit selama 10 detik, lalu ditunggu 20 detik supaya bubuk mengendap. Kemudian tahap pengadukan dilakukan selama 60 detik dengan gerakan memutar. Setting time akan mulai segera setelah bubuk dimasukkan ke dalam air. Campuran tersebut harus segera digunakan setelah pencampuran dilakukan karena viskositas terus
meningkat menuju fase di mana bahan sudah tidak bisa dimanipulasi lagi (Mc Cabe 2008, hal. 34). Ada 2 fase dalam setting time. Pertama adalah initial setting time, di mana material masih belum solid dan memungkinkan membersihkan kelebihan material dengan pisau. Kemudian fase yang kedua adalah final setting time, di mana material sudah kuat dan keras (Mc Cabe 2008, hal. 35). Karakter setting dari
gipsum
secara
tradisional
dapat
diukur
menggunakan ketahanan terhadap tekanan dari jarum. Ada 2 jarum yang digunakan dalam pengukuran. Pertama adalah jarum yang ringan tetapi memiliki diameter jarum yang lebih besar. Initial setting time didapat jika jarum yang lebih ringan sudah tidak meninggalkan bekas pada gipsum. Jarum yang kedua lebih berat daripada jarum pertama, tetapi memiliki diameter yang lebih kecil. Final setting time dicapai saat jarum berat sudah tidak meninggalkan jejak pada gipsum (Mc Cabe 2008, hal. 35). Setting time gipsum dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti operator dan pabrik. Proses pengadukan (spatulation) berpengaruh terhadap setting time gipsum, jika waktu pengadukan semakin lama maka setting time akan berkurang tetapi setting expansion akan meningkat. Perbandingan dari air dan bubuk gipsum juga berpengaruh, jika bubuk lebih banyak daripada air maka setting time akan berkurang. Begitu juga sebaliknya, jika air lebih banyak daripada bubuk gipsum maka setting time akan bertambah panjang. Suhu air dan suhu ruangan juga berperan dalam setting time serta setting expansion dari gipsum, tetapi tidak terlalu berpengaruh dalam proses manipulasi gipsum (van Noort 2007, hal. 212). Setelah melakukan percobaan sebanyak tiga kali dengan w:p ratio yang berbeda, didapatkan data percobaan sebagai berikut: Percobaan pertama dengan w:p ratio 30 ml : 50 gr dan pengadukan sebanyak 81 putaran/menit menghasilkan initial setting time pada tusukan ke 8 dengan waktu 6 menit 55 detik dan final setting time pada tusukan ke 12 dengan waktu 5 menit 30 detik. Waktu keseluruhan (dijumlah dengan waktu mencampur, mengaduk, dan proses dengan vibrator) pada percobaan pertama adalah 14 menit 25 detik.
Percobaan kedua dengan w:p ratio 30 ml : 40 gr dan pengadukan sebanyak 120 putaran/menit menghasilkan initial setting time pada tusukan ke 48 dengan waktu 28 menit 40 detik dan final setting time pada tusukan ke 24 dengan waktu 12 menit. Waktu keseluruhan pada percobaan kedua adalah 42 menit 40 detik. Percobaan ketiga dengan w:p ratio 35 ml : 50 gr dan pengadukan sebanyak 107 putaran/menit menghasilkan initial setting time pada tusukan ke 20 dengan waktu 14 menit 32 detik dan final setting time pada tusukan ke 8 dengan waktu 4 menit. Waktu keseluruhan pada percobaan ketiga adalah 20 menit 32 detik. Perbedaan w:p ratio pada gipsum plaster dapat menyebabkan perbedaan setting time. Hal ini dikarenakan jumlah molekul air dan jumlah molekul bubuk yang ditambahkan tidak seimbang sebagaimana yang telah ditetapkan oleh pabrik. Pada percobaan pertama, perbandingan air dan bubuk yang digunakan mengikuti aturan pabrik. Sedangkan pada percobaan kedua, dilakukan pengurangan jumlah bubuk gipsum yang dimasukkan dalam air sehingga diharapkan adonan menjadi lebih cair daripada percobaan pertama dan ketiga. Pada percobaan ketiga, jumlah air ditingkatkan sehingga adonan yang didapatkan setelah pengadukan lebih cair daripada percobaan pertama. Perubahan w:p ratio dari yang ditentukan oleh pabrik dapat memengaruhi kecepatan pengerasan gipsum. Semakin banyak air, w:p ratio akan semakin besar. Hal ini akan memengaruhi jumlah nukleus yang terbentuk sehingga waktu pengerasan akan semakin panjang. Selain itu, w:p ratio juga dapat memengaruhi kekuatan produk gipsum. Misalnya semakin rendah w:p ratio, gipsum semakin cepat mengeras. Hal itu terjadi akibat kristal hemihidrat menjadi lebar dan tidak larut dengan sempurna. Kecepatan dan banyaknya pengadukan juga berpengaruh terhadap setting time gipsum. Ketika bubuk ditempatkan dalam air, reaksi kimia dimulai dan beberapa kalsium sulfat dihidrat terbentuk. Selama pencampuran (spatulation), kalsium sulfat dihidrat yang baru hancur menjadi kristal yang lebih kecil dan mulai membentuk pusat nukleasi yang baru. Jika jumlah pengadukan lebih banyak, konversi kalsium sulfat hemihidrat menjadi dihidrat
tentunya membutuhkan waktu yang lebih singkat karena jumlah pusat inti (nukleus) yang terbentuk juga semakin banyak (Craig 2002, hal. 396). Dijelaskan pula bahwa semakin banyak pengadukan mengakibatkan banyak tangan-tangan reaksi gipsum terbentuk sehingga perubahan kalsium sulfat hemihidrat menjadi dihidrat menjadi lebih cepat dan adonan lebih cepat menjadi homogen serta berkonsistensi creamy (Sakaguchi 2012, hal. 303). Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dan teori di atas dapat diketahui bahwa semakin besar w:p ratio, maka semakin lambat setting time dan semakin kecil w:p ratio, maka semakin cepat setting time. Namun ada beberapa langkah yang tidak dilakukan secara tepat pada saat melakukan manipulasi gipsum tipe II. Pertama, pengadukan bubuk gipsum dan air dalam bowl kurang dari 120 putaran/menit. Padahal faktor lain yang memengaruhi setting time gipsum adalah cara pengadukan. Sebagian kristal gipsum terbentuk langsung ketika plaster berkontak dengan air. Begitu pengadukan dimulai, pembentukan kristal ini meningkat. Pada saat yang sama, kristal-kristal diputuskan oleh spatula pengaduk dan didistribusikan merata dalam adukan dengan hasil pembentukan lebih banyak nukleus kristalisasi. Selain itu, semakin cepat pengadukan yang diberikan maka partikel-partikel gipsum atau nukleus akan semakin mudah bertumbukan satu sama lain. Hal inilah yang menyebabkan reaksi menjadi semakin cepat dan setting time semakin pendek. Semakin lama waktu pengadukan dan semakin banyak jumlah putaran dalam 1 menit, maka setting time akan semakin pendek. Semakin singkat waktu pengadukan dan semakin sedikit jumlah putaran dalam 1 menit, maka setting time akan semakin panjang (Anusavice 2003, hal 264). Kedua, pada saat melakukan pengukuran initial dan final setting time dengan jarum Gillmore, penusukan pada permukaan adonan gipsum terlalu dalam sehingga menyebabkan permukaan menjadi distorsi dan tidak akurat. Selain itu, terbatasnya jumlah jarum Gillmore yang tersedia sehingga dipakai secara bergiliran satu sama lain dengan selisih waktu yang cukup berdekatan. Hal tersebut menyebabkan adanya keterlambatan penusukan yang membuat pencatatan waktu kurang akurat.
5. KESIMPULAN
Perbedaan setting time yang terjadi pada ketiga percobaan tersebut terjadi akibat bertumbuknya molekul-molekul gipsum untuk berikatan dengan air. Ketika molekul-molekul tersebut berikatan dengan air, maka terbentuk ikatan berbentuk jala atau fibril. Akibat dari reaksi tersebut, gipsum mengeluarkan kalor sebagai hasil reaksi. Molekul-molekul air yang berlebih terlepas ke udara melalui kalor tersebut dan hal ini dapat menyebabkan setting time menjadi lebih lambat. Oleh karena itu, perbandingan antara jumlah air dan bubuk yang digunakan merupakan hal penting yang mempengaruhi setting time. Penggunaan lebih banyak air daripada bubuk dapat memperpanjang setting time (Sakaguchi 2012, hal. 302 dan 305). Proses pengadukan (spatulation) berpengaruh terhadap setting time gipsum, Sebagian kristal gipsum terbentuk langsung ketika plaster berkontak dengan air. Begitu pengadukan dimulai, pembentukan kristal ini meningkat, pada saat yang sama, kristal-kristal diputuskan oleh spatula pengaduk dan didistribusikan merata dalam adukan dengan hasil pembentukan lebih banyak nucleus kristalisasi. Semakin lama waktu pengadukan dan semakin cepat (jumlah putaran dalam 1 menit banyak), maka akan memperpendek setting time. Semakin singkat waktu pengadukan dan semakin lambat (jumlah putaran dalam 1 menit sedikit), maka akan memperpanjang setting time. (Anusavice, 2003, hal. 264).
6. DAFTAR PUSTAKA
Anusavice, Kenneth J 2003, Phillips’ Science of Dental Materials Eleventh Edition, Saunders Elsevier, Missouri Bhat, V. Shama 2006, Science of Dental Materials (Clinical Applications), CBS Publishers & Distributors PVT. Ltd, New Delhi Craig, R & Powers, J 2002, Restorative Dental Materials Eleventh Edition, Mosby Inc, Missouri. McCabe, John F & Walls, Angus W.G. 2008, Applied Dental Material Ninth Edition, Blackwell Publishing Ltd, Singapura
Sakaguchi, L. Ronald & Powers, John M 2012, Craig’s Restorative Dental Materials Thirteenth Edition, Mosby Inc, Missouri van Noort, Richard 2007, Introduction to Dental Materials Third Edition, Mosby Elsevier, Philadelphia von Fraunhofer, J. Anthony 2010, Dental Materials at a Glance, WileyBlackwell, Oxford
