ProsidingPertemuanIlrniah gains Materi 1996
APLIKASI METODA UL TRASONIK UNTUK MENGUKUR POROSITAS RESIN AKRILrK YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BAHAN PEMBUA T DASAR GELIGI TIRUAN1 AmorantoTrisnobudi1dan Nina Ardhana3 ABSTRAK APLIKASI METODA ULTRASONIK UNTUK MENGUKUR POROSITAS RESIN AKRILIK YANG DlGUNAKAN SEBAGAI BAHAN PEMBUAT DASAR GELIGI TIRUAN. Salah satu penggunaan bahan resin akrilik adalah untuk keperluan kedokteran gigi, yaitu sebagai bahan pembuat dasar geligi tiruan. Dasar geligi tiruan ini harus mempunyai kualitas tertentu dan salah satu cara yang dapat digunakan untuk menilai kualitasnya adalah dengan mengukur porositasnya dimana makin kecil porositasnya berarti makin baik kualitasnya. Untuk membuat bahan resin akrilik biasanya digunakan metoda adonan, yaitu mencampur cairan monomer dengan bubuk polimer. Hasil adonan ini kemudian dimasukkan ke dalam cetakan untuk diproses lebih Ianjut. Kualitas yang diperoleh tergantung pada berbagai parameter seperti temperatur pencampuran, temperatur pemasakan, waktu pemasakan dan tekanan pengepresan.Agar diperoleh bahan resin akrilik dengan kualitas terbaik perlu diselidiki pengaruh parameter-parameter tersebut terhadap besamya porositas. Pengukuran porositas dilakukan dengan menggunakan metoda ultrasonik yang memanfaatkan ketergantungan kecepatan gelombang ultrasonik terhadap besamya porositas dari bahan yang dilaluinya. Pengukuran porositas dengan metoda ultrasonik ini dilakukan pada 40 bulb bahan resin akrilik yang dibuat dengan berbagai perubahan parameter. Dari pengukuran porositas ini, suatu kombinasi parameter yang akan memberikan basil terbaik dapat diperoleh. ABSTRACf ULTRASONIC METHOD APPLICATION FOE MEASURING POROSITY OF ACRYLIC RESIN USED FOR MAKING DENTURE BASE. One of the dentistry applications of acrylic resin is for making denture base. This denture base must have a certain quality and one way to estimate the quality is to measure its porosity where low porosity means high quality. Acrylic resin is usually made by dough method i.e. mixing a monomer liquid with a powdered polimer. The result of this dough is then poured into a mould for further processing. The quality obtained dependson various parameters such as mixing temperature, curing temperatur, curing time and pressing pressure. In order to obtain acrylic resin with the highest quality it is necessaryto investigate the influence of these parameters on the porosity. The measurement of porosity is carried out by ultrasonic method, where the ultrasonic wave velocity depends on the porosity of the material being propagated. The porosity measurementis carried out on 40 acrylic resin sampels made with various parameter changes. From these porosity measurements,a combination of parametersthat will give the best result can be obtained.
PENDAHULUAN Dasar geligi timan (denture base)adalah tempat dimana gigi-gigi buatan diletakkan. Agar tampak seperti yang asli tentunya dasar geligi timan ini diinginkan berbentuk seperti mulut (melengkung), berwarna seperti gusi (merah muda), kuat (tidak mudah patah) daD tidak beriubang-lubang(berpori). Jadi secara umum dasargeligi tiruan ini harns dibuat dari bahanatau campuranbahan-bahansedemikian rnpa sehingga dapat memenuhi tiga persyaratanberikut, yaitu kekuatan,keindahan (estetika) daD kenyamanan (enak dipakai). Untuk memenuhi ketiga persyaratan ini biasanya digunakan bahan pembuat utama bernparesin akrilik yang mernpakan.campuran daTiberbagaibahan seperti monomer,polimer, inisiator, plastisizer daD zat warDa [1]. Meskipun resin akrilik ini sudah dibuat dart campuranbahan-bahanyang memenuhisyaratsyarat tersebut di atas, hasilnya belum tentu
baik, karena masih tergantung pada cara pembuatannya.Bila cara pembuatannyatidak tepat, maka hasilnya menjadi kurang sempurna. Salah satu akibat dari ketidaksempurnaan cara pembuatannyaadalah terjadinya banyak rongga-rongga udara di dalamnya atau dengan perkataan lain porositasnyaterlalu besar. Selaintidak nyaman dipakai karena mudah menyerapair, pori-pori ini juga membuat kekuatannya berkurang sehingga mudah patah atau terkikis. Jadi porositasmerupakansalah satuparameteryang dapat digunakan untuk menilai kualitas dari resinakrilik. Ada berbagai cara pembuatan yang perbedaannyaterutama terletak pada proses pemasakannya[2]. Pada cara konvensional prosespemasakannyaberlangsunglama, yaitu dari 3 jam (fast cured) sampai 9 jam (slow cured). Pada cara yang lebih barn, pembuatannyamemerlukanwaktu yang jauh
I Dipresentasikanpada PertemuanIlmiah gains Materi '96 2LaboratoriaFisika Bangunandan Akustik, JurusanTeknik Fisika ITB 3FakultasKedokteranGigi, UNPAD
227
lebih singkat. Dalampenelitian ini resin akrilik yang digunakan sebagai bahan uji dibuat dengancarayang tidak konvensionalini. Resin akrilik untuk keperluan kedokteran gigi biasanyadibuat denganmetodaadonan(dough method).Pembuatandenganmetodaadonanini dilakukan denganmencampurcairan monomer dan bubuk polimer. Bila cairan monomerdan bubuk polimer dicampur, maka bubuk polimer akan melunak oleh monomemya sendiri yang kemudianakan mengabsorbsicairan monomer. Akibatnya campuran ini akan berubah dari berbentuk pasir basah (wet sand) menjadi berbentukadonan. Bentuk adonaninilah yang nantinya dimasukkanke dalam cetakanuntuk diproseslebih Ianjut. Beberapaparameteryang terlibat dalam pemrosesanlebih Ianjut dari adonan ini antara lain adalah temperatur pencampuran. temperatur pemasakan,waktu pemasakandan tekananpengepresan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui cara pembuatanresin akrilik yang bagaimana yang akan menghasilkan kualitas terbaik, dalam hal ini yang mempunyai porositas terkecil. Untuk mempelajari pengaruh setiap parameterdi atas terhadapbesarnyaporositas dibuat sepuluhbuah sampelbahandengandua ketebalan berbeda untuk lima perubahan parameter. Dua ketebalan berbeda ini dimaksudkan agar dapat diperoleh ketelitian yang lebih tinggi dalampengukurannya.
Mengenaihal ini akan dibahaslebih lanjut. Karena ada empat parameter yang akan diselidiki, makajumlah seluruh sampelbahan ada 40 buah. Untuk setiap kelompok (10 sampelbahan)ada satuparameteryang diubah sedangkantiga parameter lain dijaga tetap. Sampel-sampel bahan ini dibuat dari salah satu produk yang ada dipasaran,yaitu resin akrilik jenis QC-20. Pengukuranporositassecarakonvensional dari suatubahan biasanya memerlukanwaktu yang lama dan tidak praktis. Seperti kita ketahui porositasbiasanyaditentukan dengan cara menimbang sampel bahan pada saat kering (setelahdimasukkanke dalam oven)dan pada saat jenuh air (setelah direndam dalam air). Kadang-kadang pengeringan dan perendamanini memerlukanwaktu berjam-jam bahkanberhari-hari. Salah satucarayang dapat digunakan untuk menentukanporositas suatu bahan dengan lebih cepat dan praktis adalah dengan menggunakan metoda ultrasonik. Pengukuran dengan metoda ultrasonik ini dilakukan dengan memanfaatkan ketergantungan kecepatan gelombang ultrasonik terhadap besarnya porositas dari bahan yang dilaluinya. Jadi dengan mengukur kecepatannya porositas suatu bahan dapat ditentukan.
reSIn
: ~4
L
.;
: .!4
Lu
: ~!
Gambar1. Perambatangelombangultrasonikdi dalam bahanberpori.
228
TEORI Dasar dari pengukuran porositas dengan menggunakan metoda ultrasonik ini adalah karena adanya perbedaan yang besar antara kecepatangelombangdi dalam padatan,cairan dan gas. Sebagaicontoh, kecepatandi dalam resin akrilik adalah 2670 mls sedangkan kecepatandi dalam udara adalah hanya 343 mls. Jadi rnakin besar porositasnya (banyak rongga-rongga udara) makin kecil kecepatannya. Porositassuatubahan didefinisikansebagai perbandinganvolume ronggaudarayang ada di dalamnya terhadap volume total. Dalam penelitian ini, sampel-sampelbahan resin akrilik yangdigunakandianggapsebagaibahan berpori dirnana rongga-rongga udaranya mempunyaivolume yang seragamsepertiyang ditunjukkan pada Gambar 1. Oleh karena itu perbandinganvolume udara terhadapvolume resin dianggap sarna dengan perbandingan panjang bagian yang berisi udara terhadap panjangyang berisi resin. Dari gambardi atasterlihat bahwaporositasnya adalah:
Masing-masingwaktu tempuhpada Persamaan (3) didapatkandari panjangdibagi dengan kecepatannya sehingga:
~ =~ +~ V v. ~
dimana:
Vu = kecepatandi dalamudara V r = kecepatandi dalam resin V = kecepatandi dalambahanberpori Dari persamaan-persamaan di atasdapat diturunkanbesarnyaporositassebagaifungsi dari kecepatan[3], yaitu :
(
(j)= -~
)!_~-
v.-v. v v.-v.
.W.W)
V
Lu
(2)
dimana:
T=~+~
(6)
(1) Persamaan6 inilah yang akandigunakanuntuk menentukanporositasdari sampel-sampel bahanresinakrilik.
L
L=~+Lr
(5)
Denganmenggunakankecepatandi dalam resinsebesar2670m/s dan kecepatandi udara sebesar343 m/s akan diperolehbesarnya porositasdalam %, yaitu :
"'=--15 cj)=
(4)
(3)
dirnana:
T u = waktu tempuhtotal di dalamudara Tr = waktu tempuhtotal di dalam resin T = waktu tempuhkeseluruhandi dalam bahanberpori
CARA KERJA Kecepatan gelombang ultrasonik dapat ditentukan dengan menggunakan berbagai metoda pengukuran seperti metoda-metoda pantulan pulsa, sing-around,superposisipulsa, tumpang tindih dan gelombang kontinu [4]. Dalam penelitian ini digunakan metoda pengukuran yang paling sederhana yaitu metoda pantulan pulsa. Secara umum blok diagram dari metoda ini dapat dilihat pada Gambar2. Generatorpulsa mengeluarkanpulsa-pulsa elektronik dengan durasi yang sangat pendek dan dengan frekuensiperulangan yang cukup rendah.Pulsa-pulsaelektronik ini diubah oleh transduser T menjadi gelombang ultrasonik yang diradiasikanke dalam bahan. Gelombang ultrasonik ini akan dipantulkanberulang-ulang oleh permukaan-permukaanbahan sehingga transduser R akan menerima pulsa-pulsa berturutandengan selangwaktu sebesarwaktu tempuh dua kali melintasi tebal bahan. Gelombang ultrasonik yang diterima oleh
229
menggunakanhanya satubuah transduseryang disebut teknik refleksi dimana transduser T bertindak baik sebagai transduser pemancar maupun sebagai transduser penerima. Kecepatan gelombang ultrasonik yang akan ditentukandapatdihitung dari persamaan:
transduserR ini diubah kembali menjadipulsapulsa elektronik yang setelah diperkuat ditampilkan pada alai peraga. Teknik pengukuran dengan menggunakandua buah transduserini disebutteknik transmisi. Teknik pengukurandapatjuga dilakukandengan
Gambar 2. Diagram
blok metoda pantulan pulsa
v=.?:!:..
AT
dimana: V = kecepatangelombang L = tebalbahan AT = selangwaktu antaradua pulsa berturutan Pengukuran kecepatan dengan cara tersebut di alas hanya dapat dilakukan hila atenuasibahan tidak terlalu besar sedemikian rupa sehinggapada alai peraga dap~t diamati minimum dua pulsa berturutan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Resin akrilik mempunyaiatenuasiyang besarsehinggapada alat peraga hanya dapat diamati satu buah pulsa dan kecepatangelombangdapatdihitung dari persamaan:
V=~
T
230
(8)
Tetapi perhitungan kecepatan dengan (7) menggunakan Persamaan 8 ini tidak teliti karena waktu tempuh yang diukur tidak benarbenar merupakan waktu tempuh gelombang selama melintasi satu kali tebal bahan melainkan masih ada tambahan waktu tempuh di dalam transduser dan kabel-kabel penghubung. Untuk mempertinggi ketelitian, maka pengukuran dilakukan pada dua sampel bahan dengan ketebalan berbeda seperti terlihat pada Gambar 4 sedangkan kedua pulsa yang diamati pada alat peraga dapat dilihat pada Gambar 5 dan kecepatan dihitung dari persamaan:
(9)
Dalam penelitian ini sebagai generator pulsadigunakanUltrasonic Flaw DetectorType USIP-12 daTi KRAUTKRAMER sedangkan sebagai penguat dan alat peraga digunakan Oscilloscope Type SS-7610 dari IWATSU. Untuk mengukur kecepatan digunakan dua buah transduser ultrasonik Type B2SN dari KRAUTKRAMER. Transduser ultrasonik ini merupakan transdusergelombanglongitudinal berpita sempit (narrow-band transducer) dengan frekuensi resonansi sebesar 2 megahertz. Pengukuran dilakukan di LaboratoriumMekanika Struktur, Pusat Antar Universitas-Ilmu Rekayasa,lnstitut Teknologi Bandung. BASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukurantebaldan kecepatanserta basil perhitungan porositas dapat dilihat pada Tabel I s.d. Tabel 4. Besarnya keempat parameter yang dipegang tetap untuk setiap kelompokmasing-masingadalah: Temperaturpencampuran= 27 °C Temperaturpemasakan = 100°C Waktu pemasakan = 20 menit Tekananpengepresan = 20 kg/m2 Penentuanbesamyakeempatparameterini dipilih agak sembarang karena harga yang akan memberikanresin akrilik dengankualitas
baik belum diketahui. Temperatur pencampurandipilih pada temperatur kamar (27°C) dan temyata dari Tabel, 1 diperoleh harga sebesar80°C. Temperatur pernasakan dipilih pada 100°C dan Tabel 2 menunjukan hargayang terbaikadalah70°C meskipunpada temperatur100°Cjuga memberikanbasil yang cukupbaik. Waktu pernaSakandipilih 20 meDit karenamernangproduk yang digunakan, yaitu QC-20, menyarankan menggunakan waktu pernasakan sebesar 20 meDit seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3. Tekanan pengepresandipilih 2 kgicm2 dan Tabel 4 menunjukkanharga yang lebih besar, yaitu 40 kg/cm2. Besarnya porositas yang diperoleh dalam penelitian ini sebenamyabukan harga yang teliti karena harga-harga tersebut ditentukan oleh pemilihan besamyakecepatan di dalam resin, yaitu sebesar2670 m/s. Penulis menggunakanharga sebesaritu dari literatur. Kecepatansebenamyadi dalam resin dengan porositas 0 % tidak diketahui. Meskipun dernikian pengukuranporositas secara relatip ini sudah cukup untuk tujuan penelitian ini, yaitu memperkirakan besarnya parameterparameteryang akan memberikanresin akrilik dengankualitasyangbaik. Pada sampel bahan no. 21 s.d. 24 kecepatannya tidak bisa diukur karena atenuasinya terlalu besar sehingga tidak diperoleh pulsa pada transduserR. Mernang secaravisual terlihat bahwaporositasnyabesar.
Tabell. Hasil pengukurankecepatangelombangultrasonikdanperhitunganporositas padapembahantemperaturpencampuran.
232
Tabel2. Hasil pengukurankecepatangelombangultrasonikdan perhitunganporositas padaperubahantemperaturpemasakan.
Tabel3. Hasil pengukurankecepatangelombangultrasonikdaDperhitunganporositas padaperubahanwaktupemasakan.
Tabel4. Hasil pengukurankecepatangelombangultrasonikdaDperhitunganporositas padaperubahantekananpengepresan
233
KESIMPULAN
DAFTARPUSTAKA
Dari basil-basil penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik beberapakesimpulan sebagaiberikut :
[1]
R.W. PIll-IPS, Skinners Science of Dental Materials, W.B. SaundersCo., London, (1973).
1. Pengukuranporositas bahan resin akrilik denganmetoda ultrasonik dapat dilakukan denganlebih mudahdan praktis. 2. Temperaturpada saat mencampur cairan monomer dengan bubuk polimer sebesar 80°C akan menghasilkan resin akrilik denganporositasterkecil. 3. Temperatur pemasakanyang paling baik untuk membuatresin akrilik adalah70°C. 4. Waktu pemasakanselama 20 menit akan memberikanresin akrilik denganporositas terkecil. 5. Porositasterkecil akan diperolehbila pada saatmemasukkanadonanke dalam cetakan dilakukan tekanan sebesar 40 kg /cm2.
[2]
R.W. BLAKESLEE R.P. RENNER and A. SlllRE, Dental Technology : Theory ans Practice,The C.V. Mosby Co., London, (1980).
[3]
S.N. DOMENICO, Rock Lithology and Porosity Determination from Shear and Compresional Wave Velocity, Geophysics,Vol. 49 8 (1984)
UCAPANTERIMA KASm Penulis mengucapkanterimakasih kepada Dr.Ir. Adang Surahman yang telah mengijinkan penulis untuk menggunakan perangkatultrasonik yang ada di Laboratorium
MekanikaStruktur, PusatAntar UniversitasIlmu rekayasa,ITB.
234
1188-1195. [4]
R. TRUEL, C. ElLBAUM and B.B. CHICK, Ultrasonic Methods in Solid State Physics, Academic Press, New York, (1969),p. 77-78.
