1. TUJUAN Mahasiswa dapat memanipulasi bahan tanam tuang dengan cara yang tepat dan dapat membedakan setting expansion bahan tanam tuang tersebut dengan variasi w/p rasio.
2. ALAT DAN BAHAN 2.1 ALAT a) Spatula Gypsum
Gambar 1. Spatula Gypsum b) Mangkuk karet
Gambar 2. Mangkuk karet
1
c) Gelas Ukur
Gambar 3. Gelas ukur d) Stopwatch
Gambar 4. Stopwatch e) Timbangan
Gambar 5. Timbangan f) Ekstensometer
Gambar 6. Ekstensometer 2
g) Dial indicator h) Kaca penutup ekstensometer i) Pisau Gypsum j) Pisau model k) Pisau Malam
Gambar 7. Pisau Malam l) Sonde m) Vibrator
2.2 BAHAN a) Bahan tanam tuang Gypsum Bonded
Gambar 8. Bahan tanam tuang Gypsum Bonded
3
b) Air PDAM
Gambar 9. Air PDAM c) Vaselin
Gambar 10. Vaselin
4
3. CARA KERJA
a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan untuk praktikum (gambar 11).
Gambar 11. Menyiapkan alat dan bahan
b. Mengolesi bagian dalam cetakan gypsum bonded pada alat ekstensometer dengan vaselin secara merata (gambar 12).
Gambar 12. Mengolesi bagian dalam cetakan Gypsum Bonded pada alat ekstensometer dengan vaselin c. Menyiapkan alat uji ekstensometer, kemudian memasang dial indicator pada posisi yang tepat dengan jarum indikator menunjuk ke angka nol. d. Menimbang bubuk bahan tanam tuang seberat 45 gr lalu menyiapkan air sebanyak 15 ml untuk adonan yang kental, seberat 42 gr bubuk bahan tanam tuang dan air 15 ml untuk adonan yang normal, dan
5
seberat 42 gr bubuk bahan tanam tuang dan air sebanyak 18 ml untuk adonan yang encer. e. Menuangkan air kedalam mangkuk karet (gambar 13), selanjutnya memasukkan bubuk bahan tanam sedikit demi sedikit dan membiarkan mengendap selama 30 detikagar terserap semua (gambar 14).
Gambar 13. Menuangkan air kedalam mangkuk karet.
Gambar 14. Memasukkan bubuk bahan tanam sedikit demi sedikit.
6
f. Mengaduk adonan bahan tanam tuang dan air sampai homogen selama 1 menit/120 putaran, bersamaan dengan itu memutar mangkuk perlahan-lahan (gambar 15).
Gambar 15. Mengaduk adonan bahan tanam tuang dan air g. Memasukkan adonan bahan tanam tuang ke dalam cetakan (tanpa merubah posisi cetakan dan jarum dial indicator), kemudian meratakan permukaannya dengan spatula gips/pisau malam (gambar 16).
Gambar 16. Memasukkan adonan bahan tanam tuang ke dalam cetakan h. Mengukur panjang awal bahan tanam tuang pada alat ekstensometer dengan penggaris. i. Mengamati dan mencatat terjadinya ekspansi bahan tanam pada dial indicator pada menit ke 30 dan menit ke 60.
7
4. HASIL PRAKTIKUM Tabel 1. Hasil Perhitungan setting expansion Bahan Tanam Tuang Gypsum Bonded Jumlah W/P putaran/ (ml/gr) menit 15/45 50 kental 15/42 121 normal 18/42 120 encer
Waktu (menit ke-) / pertambahan panjang (mm) 10 20 30 40 50 60
Panjang awal (mm)
Perubahan (%)
125
0,1
0,95
1,35
1,45
1,5
1,5
1,2
127
0,1
0,21
0,3
0,33
0,34
0,34
0,27
130
0
0,10
0,19
0,22
0,24
0,24
0,19
Perubahan = Besar setting expansion Menit ke-60 x 100% Panjang Awal Grafik 1. Grafik perbandingan setting expansion dengan variabel w/p ratio
1.45
1.35
0.95
1.5
1.5
0.1 0.1 0 10
18/42 Encer 0.21
0.1 20
0.3 0.19
30
0.33 0.22
40
0.34 0.24
50
0.34 0.24
15/42 Normal 15/45 Kental
60
Menit ke
Keterangan : -
Expansi bahan tanam tuang diukur dengan : angka yang ditunjukkan pada jarum indikator x 0,01. Hasil yang didapat merupakan pertambahan panjang dalam mm.
8
-
Pengukuran
panjang
awal
dan
akhir
pada
cetakan
dengan
menggunakan penggaris.
5. PEMBAHASAN Bahan tanam tuang (casting investment) adalah bahan yang bersifat tahan panas, digunakan untuk menanam model malam dan menghasilkan mould yang sesuai untuk dilakukan proses casting (penuangan) (Bhat, 2006). Bahan tanam tuang ini digunakan untuk membuat gold alloy inlay, crown, bridges dan restorasi lainnya. Sifat yang dibutuhkan dari bahan tanam yakni mudah dimanipulasi, cukup kuat dalam temperatur ruang, stabil pada temperatur yang tinggi, kemampuan ekspansi yang cukup, porositas sebagai jalan agar udara atau gas-gas lainnya dapat mudah keluar dari mould selama proses casting, permukaan yang halus dan murah (Sakaguchi & Powers, 2012). Proses penuangan (casting) meliputi : 1. Mempersiapkan gigi geligi 2. Membuat cetakan 3. Menuangkan model 4. Membentuk malam sesuai dengan keiginan 5. Menanam malam yang telah dibentuk 6. Burnout dan memanaskannya 7. Mencairkan dan menuangkan logam campur 8. Finishing dan polishing 9. Heat treatments (van Noort, 2007). Komposisi dari bahan tanam terdiri dari tiga tipe material, yakni refractory material, binder material dan bahan kimia lainnya. Refractory material merupakan bahan tahan panas yang selalu ada di setiap bahan tanam, yakni dalam bentuk silicon dioxide seperti quartz, tridymite atau cristobalite. Binder material merupakan bahan yang bekerja bersama refractory material untuk membentuk massa padat, contohnya α-calcium sulfate hemihydrate.
9
Bahan kimia lainnya juga dibutuhkan untuk memperbaiki sifat fisik dari bahan tanam, contohnya sodium chloride, boric acid, potassium sulfate, graphite, copper powder atau magnesium oxide (Sakaguchi & Powers, 2012). Berdasarkan titik leleh dari logam campur, tipe bahan tanam dibagi menjadi 3, yakni gypsum bonded , phosphate bonded dan silica bonded. Gypsum bonded merupakan bahan tanam yang tersedia dalam bentuk bubuk, lalu dicampur dengan air sehingga menjadi bahan yang dapat digunakan untuk menanam model malam. Gypsum bonded mengandung bahan silica yang ditambahkan ke dalam dental stone. Penambahan bahan silica berfungsi untuk
meningkatkan
ketahanan
bahan
tanam
terhadap
panas
dan
meningkatkan ekspansi thermal dari mould. Ekspansi thermal dari mould sangat dibutuhkan untuk mengkompensasi penyusutan logam saat logam mendingin setelah casting (Stewart & Bagby, 2013). Bahan tanam tuang gypsum bonded digunakan untuk penuangan logam campur dengan titik leleh di bawah 1200°C, contohnya sebagai pembuatan inlays, onlays, crowns, dan frame dari fixed partial dentures (Anusavice, 2003). Keuntungan dari bahan tanam tuang gypsum bonded yakni : 1. Cukup kuat 2. Porositas yang cukup 3. Setting dan thermal expansion dapat dikontrol 4. Proses manipulasi dan casting cukup sederhana 5. Tidak mahal Sedangkan kerugian dari bahan tanam tuang gypsum bonded yakni : 1. Kekuatan casting yang terlalu tinggi dan metode burnout pada model malam yang tidak hati-hati dapat menghasilkan retakan di dalam bahan tanam. 2. Bubuk bahan tanam tuang gypsum bonded bersifat higroskopik yakni dapat menyerap air, oleh karena itu tidak seharusnya dibeli dalam jumlah yang besar dan sebaiknya disimpan di wadah yang kedap udara. 3. Tidak bisa digunakan untuk logam campur titanium (Bhat, 2006).
10
Phosphate bonded merupakan bahan tanam tuang yang digunakan untuk penuangan logam campur dengan titik leleh yang tinggi, yakni di atas 1200° C, sebagai contoh pembuatan framework untuk metal ceramic prostheses dan base metal alloy (Anusavice, 2003). Bahan tanam tuang ini tersedia dalam bentuk sachet tertutup yang kemudian dicampur dengan air suling (Bhat, 2006). Bahan tanam tuang phosphate bonded ini terdiri dari tiga komponen yakni, komponen pertama mengandung ion fosfat yang larut dalam air, komponen kedua bereaksi dengan ion fosfat pada temperatur ruang dan komponen ketiga merupakan bahan refractory yakni bahan yang dapat meningkatkan ketahanan bahan tanam terhadap panas, contohnya bahan silica (Sakaguchi & Powers, 2012). Keuntungan dari bahan tanam tuang phosphate bonded yakni : 1. Memiliki kemampuan untuk menahan temperatur yang tinggi dari metal ceramic alloys. 2. Setting dan thermal expansion dapat dikontrol. Sedangkan kerugian dari bahan tanam tuang phosphate bonded yakni : 1. Tidak cukupnya porositas menyebabkan terjebaknya udara di dalam mould yang menghasilkan tekanan balik sehingga proses casting tidak berjalan sempurna. 2. Memiliki adhesi yang kuat dengan logam campur. 3. Hasil akhir pada permukaan kurang baik jika dibandingkan dengan bahan tanam tuang gypsum bonded (Bhat, 2006). Silica bonded merupakan bahan tanam tuang yang digunakan untuk penuangan logam campur dengan titik leleh di atas 1200° C, seperti contoh pada pembuatan removable partial dentures dengan base metal alloy yaitu cobalt-based atau nickel-based alloy (Anusavice, 2003). Bahan tanam tuang ini mengandung bahan silica yang diikat oleh hidrolisis etil silikat di dalam larutan HCl. Hidrolisis ini menghasilkan larutan koloid dari asam silikat dan etil alkohol. Bahan tanam tuang silica bonded tersedia dalam bentuk dua botol yang berisi cairan khusus dan bubuk quartz atau cristobalite. Keuntungan dari bahan tanam tuang silica bonded yakni memiliki thermal expansion yang cukup besar untuk mengkompensasi penyusutan logam
11
campur setelah casting. Sedangkan kerugian dari bahan tanam tuang ini yakni: 1. Tidak porus 2. Proses manipulasi dan penanaman yang sukar 3. Uap alkohol yang mudah terbakar 4. Tidak bisa digunakan untuk logam campur titanium (Bhat, 2006). Bahan tanam tuang gypsum bonded dapat mengalami setting expansion. Setting expansion dapat dijelaskan berdasarkan mekanisme kritalisasi. Proses kristalisasi digambarkan sebagai suatu pertumbuhan kristalkristal dihidrat dari nukleus, yang saling berikatan satu dengan yang lainnya. Apabila 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. Struktur gipsum yang telah mengeras terdiri dari kristal-kristal yang saling terkait, mikroporus, dan porus yang mengandung air berlebih. Air tersebut diperlukan ketika pengadukan. Namun, ketika mengering, kelebihan air menghilang dan ruang kosong meningkat (Stewart and Bagby, 2013). Setting bahan tanam terdiri dari partikel halus silica yang menempel pada suatu kumpulan yang lebih kecil yang saling berkaitan dengan kristal gypsum acicular. Campuran dari silika dan gipsum menghasilkan setting expansion yang lebih besar dari setting expansion produk gipsum yang digunakan sendiri. Ukuran partikel kalsium sulfat hemihidrat mempunyai efek yang kecil pada hygroscopic expansion, sedangkan ukuran partikel silika mempunyai efek yang signifikan. Partikel silika yang semakin baik menyebabkan setting dan hygroscopic expansion yang lebih tinggi. Partikel-partikel silika akan bercampur dengan kristal interlocking dan intermeshing ketika mengalami pembentukan, sehingga selama pembentukan terdapat tekanan pada kristal (Craig & Powers, 2002).
Mekanisme terjadinya hygroscopic expansion berhubungan dengan normal setting expansion yang muncul ketika adonan bahan tanam tuang set dan kontak dengan udara. Dasar dari mekanisme ini berada pada tegangan permukaan dari air campuran. Setelah adonan bahan tanam tuang tercampur, air mengelilingi komponen bahan tanam tuang setting. Sebagai reaksi dari 12
calcium sulfate binder, air di sekelilingnya berkurang dan menyebabkan adanya kristal gipsum berbenturan pada permukaan dari sisa air yang oleh tegangan permukaan pertumbuhan kristal dihambat. Ketika air yang dibutuhkan untuk reaksi habis digunakan dan reaksinya selesai, pertumbuhan kristal gipsum berhenti (Stewart and Bagby, 2013). Normal setting expansion dapat meningkat 0.3 % hingga 0,5% dengan mengurangi rasio dari water-powder, meningkatkan waktu pengadukan dan memakai bubuk gipsum bonded yang stock baru. Sedangkan Hygroscopic dapat meningkat 1.0 hingga 2.0%. Dengan mengurangi rasio air dan bubuk, meningkatkan waktu pengadukan (Bhat, 2011). Faktor-faktor yang mempengaruhi setting expansion adalah: 1. Ukuran partikel silika Ukuran partikel silica mempunyai pengaruh yang signifikan. Silica yang baik akan menghasilkan setting dan hygroscopic expansion yang lebih tinggi. 2. Silica/Binder ratio Silica/binder ratio juga berpengaruh terhadap setting expansion. Apabila silica/stone ratio dinaikkan, hygroscopic expansion dari bahan tanam tuang juga akan meningkat, tetapi kekuatannya akan menurun. 3. Water/Powder ratio Water/Powder ratio juga berpengaruh dalam setting expansion. Semakin banyak air pada adonan (semakin cair adonan atau W/P ratio lebih tinggi), normal setting expansion dan hygroscopic setting expansion berkurang. Thermal expansion berkurang apabila adonan lebih encer. Menyebabkan tumbukan silica akan semakin sedikit dan pembentukan kristal-kristal nuklei juga sedikit, sehingga ekspansinya akan menjadi lebih kecil. 4. Spatulation Semakin banyak jumlah spatulasi atau semakin lama waktu yang digunakan untuk spatulasi, akan memperpendek setting time. Bubuk dimasukkan ke dalam air, reaksi kimia dimulai dan beberapa kalsium sulfat dihidrat terbentuk. Selama pengadukan, kalsium sulfat dihidrat
13
yang baru terbentuk pecah menjadi kristal yang lebih kecil dan memulai nukleasi dimana kalsium sulfat dihidrat dapat mengendap. Karena penambahan jumah spatulasi menyebabkan nuklei pusat terbentuk, perubahan dari kalsium sulfat hemihidrat menjadi dihidrat semakin cepat. 5. Usia dari bahan tanam tuang Usia dari bahan tanam tuang juga berpengaruh dalam setting expansion. Bahan tanam tuang yang sudah berusia dua atau tiga tahun tidak akan memuai seperti bahan tanam tuang yang baru. Oleh sebab itu, container tempat menyimpan bahan tanam tuang harus disimpan tertutup serapat mungkin, terutama apabila bahan tanam tuang disimpan di tempat yang lembab 6. water-bath temperature 7. Suhu Penggunaan bahan tanam tuang gypsum bonded digunakan pada suhu dibawah 1200o C, semakin tinggi suhu maka setting expansion akan semakin cepat pula (Craig & Powers, 2002). Pada praktikum bahan tanam gypsum bonded, dengan melakukan percobaan pengukuran setting expansion dengan menggunakan ekstensometer dengan perbandingan w/p rasio dengan tiga variasi yakni encer, normal, dan kental. Dengan mengukur setting expansion selama 10 menit sekali selama 60 menit. Percobaan pertama digunakan komposisi water dan powder (w/p rasio) yang normal, yakni 15 ml : 42 gr. Dengan menggunakan variasi w/p rasio ini, mengalami setting expansion sebesar 0.27%. Pada percobaan pertama mengalami puncak setting expansion pada menit ke 50.
Pada
percobaan ini, kami melakukan pengadukan sebanyak 121 putaran dalam 1 menit. Percobaan ini memperoleh hasil yang normal pada setting ekspansinya hal ini dipengaruhi oleh pengadukan yang benar dan w/p rasio yang sesuai dengan aturan. Diperoleh bahan tanam tuang gypsum bonded yang bertekstur halus. Flow dan kepadatan yang didapat cukup, sehingga mudah saat dicetak dan dilepaskan dari ekstensometer.
14
Pada percobaan kedua digunakan komposisi water dan powder (w/p rasio) kental, yaitu 15 ml : 45 gr, powder bertindak sebagai accelerator. Pada variasi w/p rasio ini mengalami ekspansi sebesar 1,2%. Pada percobaan kedua ini juga mengalami puncak setting expansion pada menit ke 50. Pada percobaan ini, kami melakukan pengadukan sebanyak 50 putaran per menit. Semakin banyak powder, maka jumlah partikel silika pada adonan bahan tanam tuang semakin banyak. Jumlah partikel silika yang banyak dapat menyebabkan pembentukan dari nuklei kristal meningkat. Selanjutnya, kristal-kristal ini akan berdesakan dan bergerak ke luar selama reaksi pengerasan. Semakin banyak nuklei kristal yang bergerak keluar, ekspansi yang dihasilkan akan semakin besar pula. Pada variasi w/p rasio ini dapat memperoleh hasil ekspansi yang lebih besar jika jumlah pengadukan 120 putaran dalam 1 menit. Pada percobaan ketiga dengan memakai komposisi water dan powder (w/p rasio) 18 ml : 42 gr, dengan adonan gipsum yang encer. Pada variasi water dan powder ini mengalami setting expansion sebesar 0.19% dan mengalami puncak setting expansion pada menit ke 50. Pada percobaan ini, kami melakukan pengadukan sesuai prosedur yaitu 120 putaran dalam 1 menit. Air pada percobaan ini bertindak sebagai retarder. Penambahan air menghasilkan konsistensi adonan yang lebih encer dibandingkan konsistensi adonan pada percobaan pertama. Jumlah partikel silika yang bertumbukan pada adonan bahan tanam tuang menjadi semakin sedikit sehingga nuklei kristal yang bergerak keluar semakin sedikit pula, dan ekspansi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan percobaan yang pertama dan kedua. Hasil praktikum kami menunjukan kesamaan dengan teori yakni w/p ratio pada bahan tanam tuang dapat mempengaruhi setting expansion, semakin rendah rasio w/p maka akan semakin besar ekspansinya, dan apabila semakin tinggi w/p rasio yang digunakan makan akan semakin kecil ekspansinya.
15
6. KESIMPULAN Setting expansion bahan tanam tuang gypsum bonded dipengaruhi oleh w:p ratio, cara
pengadukan, lama pengadukan, banyaknya
pengadukan, suhu, dan kelembapan dari cara penyimpanan. W:P ratio berbanding terbalik terhadap setting expansion, semakin rendah w:p ratio maka akan semakin besar ekspansinya, begitu juga sebaliknya, semakin tinggi w:p ratio maka akan smakin kecil pula ekspansinya.
16
7. DAFTAR PUSTAKA Anusavice, KJ. 2003. Phillip’s Science of Dental Materials. 11th ed St Louis. Saunders. p. 296. Bhat, V Shama. 2006. Science of Dental Materials (Clinical Application). New Delhi. CBS. pp.401, 403, 406, 408, 410-11. Craig, RG & Powers, JM. 2002. Restorative Dental Materials. 11th ed. Texas. Mosby. pp. 410-412. Sakaguchi RL and Powers, JM. 2012. Craig’s Restorative Dental Materials. Philadelphia. Elsevier. pp. 309, 310, 314, 316. Stewart, GM &Bagby, M. 2013. Clinical Aspects of Dental Materials : Theory, Practice, and Cases. 4th ed. Philadelphia. Wolters Kluwer. pp. 132, 144. Van Noort, R. 2007. Introduction to Dental Materials. 3th ed. Edinburgh. Mosby Elsevier Science Limited. p. 227.
17
