52
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Basis Gigitiruan Polimer 2.1.1 Pengertian Polimer adalah rantai molekul panjang yang terdiri dari beberapa unit berulang. Monomer adalah unit berulang yang terkecil dari suatu rantai polimer. Polimer sering digunakan sebagai bahan restorasi gigi, bahan prostodontik dan bahan cetak (Elshereski 2006). Basis gigitiruan adalah bagian dari suatu gigitiruan yang bersandar pada jaringan pendukung dan tempat anasir gigitiruan dilekatkan (McCabe & Walls 2007). Penggunaan utama bahan polimer adalah untuk basis gigitiruan penuh dan gigitiruan sebagian lepasan (Elshereski 2006). Poli (Metil metakrilat) diperkenalkan sebagai bahan basis gigitiruan polimer pada tahun 1937. Bahan sebelumnya yang digunakan sebagai bahan basis adalah vulkanit, nitro sellulosa, fenol formaldehid, vinil plastik dan porselen.Resin akrilik diterima oleh profesi kedokteran gigi pada tahun 1946, 98% dari seluruh basis gigitiruan dibuat dari bahan metal metakrilat polimer atau kopolimer. Sejak saat itu ada beberapa bahan polimer lain yang digunakan sebagai bahan prostetik yaitu vinil akrilik, epoxy, polikarbonat, silikon, rubber reinforced acrylic, dan nilon (Powers dan Sakaguchi 2006). Daya tahan dan sifat-sifat dari suatu basis gigitiruan sangat dipengaruhi oleh bahan basis gigitiruan tersebut. Berbagai bahan telah digunakan untuk membuat gigitiruan, namun belum ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan basis gigitiruan (Carr dkk. 2005; Noort 2007).
53
2.1.2 Syarat Bahan Basis Gigitiruan Persyaratan bahan basis gigitiruan yang ideal untuk pembuatan basis gigitiruan dapat dibagi berdasarkan sifat fisis, mekanis, kemis, biologis dan sifat lain yaitu: (McCabe & Walls 2007; Chhnoeum 2008; Manappallil 2003; Powers 2006) a. Sifat fisis : basis gigitiruan yang ideal sebaiknya harus terlihat alami dengan menyerupai jaringan lunak mulut. -
Memiliki temperatur glass transition yang mampu untuk mencegah melunak atau rusaknya selama pemakaian
-
Memiliki stabilitas dimensi yang baik
-
Memiliki konduktivitas termal yang mampu mempertahankan kesehatan jaringan mulut dan mampu mempertahankan reaksi normal terhadap rangsangan panas dan dingin
-
Radiopaque
b. Sifat mekanis : meskipun banyak pilihan bahan yang dapat digunakan sebagai basis gigitiruan tetapi sebaiknya bahan basis memiliki : -
Modulus elastisitas yang tinggi (paling sedikit 2000 MPa untuk polimer yang dipolimerisasi dengan panas)
-
Kekuatan fleksural (tidak kurang dari 60-65 MPa) dan kekuatan impak yang cukup untuk tahan terhadap fraktur
-
Ketahanan terhadap abrasi
c. Sifat kemis : bahan basis sebaiknya tahan terhadap bahan kimia. -
Memiliki warna yang baik sehingga terlihat alami
54
-
Tidak larut dalam cairan rongga mulut
-
Tidak menyerap air dan saliva sehingga tidak merubah sifat mekanisnya serta tetap higienis
d.
Sifat biologis : pada saat bahan masih belum dimanipulasi, seharusnya bahan tidak membahayakan pada saat diproses oleh tekniker -
Tidak toksik dan tidak menyebabkan iritasi
-
Jika terjadi proses absorpsi, basis sebaiknya dapat bertahan dari perkembangan bakteri dan jamur
e. Sifat lain : bahan basis sebaiknya tidak mahal, dapat tahan lama pada saat di simpan, mudah dimanipulasi, pemrosesannya tidak membutuhkan alat yang mahal.
2.1.3. Klasifikasi Bahan Basis Gigitiruan Polimer
Bahan basis gigitiruan polimer oleh The International Organization for Standardization (ISO 1567, 1999) diklasifikasikan menjadi 5 tipe, yaitu : (McCabe & Walls 2007; Kortrakulkij 2008; Chhnoeum 2008) 1. Tipe 1, klas 1 : Heat –processing polymers, powder and liquid Tipe 1, klas 2 : Heat –processed (plastic cake) 2. Tipe 2, klas 1 : Autopolymerised polymers, powder and liquid Tipe 2, klas 2 : Autopolymerised polymers, powder and liquid (powder and liquid pour type resins)
55
3. Tipe 3 : Termoplastik blank or powder 4. Tipe 4 : Light – activated materials 5. Tipe 5 : Microwave – cured materials Klasifikasi basis gigitiruan polimer berdasarkan metode pembuatan adalah : (Kortrakulkij 2008) 1. Bahan compression molding 2. Bahan injection molding Komposisi dari bahan basis tipe 1 dan 2 pada umunya tersedia dalam bentuk powder dan liquid. Komponen utama dari powder adalah polimetilmetakrilat dengan diameter 100 µm. Pada powder terdapat inisiator berupa peroksida dan pigmen untuk pewarna berupa cadmium. Komponen utama dari liquid adalah metilmetakrilat (MMA) monomer. Pada liquid juga terdapat bahan cross linking yaitu ethyleneglycoldimethacrylate yang berfungsi untuk meningkatkan sifat fisis bahan tersebut. Selain itu juga terdapat bahan inhibitor yang berupa hydroquinone (Powers 2006). Bahan basis resin akrilik pada umumnya memiliki kekuatan yang rendah, tidak fleksibel, brittle, ketahanan yang tinggi terhadap fatique, konduktivitas termal yang rendah, penyerapan air rendah, solubilits rendah, dan stabilitas warna yang baik. Namun resin akrilik memiliki kekurangan yaitu memiliki monomer sisa yang dapat menyebabkan reaksi alergi dan menggunakan cangkolan logam bila digunakan untuk perawatan kehilangan sebagian gigi, sehingga kurang estetis. Berdasarkan
56
kekurangan tersebut maka dikembangkanlah penggunaan bahan termoplastik sebagai bahan basis gigitiruan polimer (Noort 2007). Pada tahun 1950an nilon termoplastik digunakan sebagai bahan basis gigitiruan. Nilon merupakan nama generik untuk tipe termoplastik polimer yang dikenal dengan poliamida dan dihasilkan dari reaksi kondensasi antara diamine dan dibasic acid. Nilon merupakan salah satu bahan termoplastik yang diproses melalui teknik injection molding (Wikipedia 2013). Termoplastik adalah bahan polimer yang dapat dilunakkan dan dibentuk melalui pemanasan pada temperatur glass transisition serta tidak mengalami perubahan struktur kimia selama pembentukan. Bahan ini dapat dilunakkan kembali dengan pemanasan atau dapat dibentuk kembali. Nilon adalah bahan termoplastik berupa crystalline. Crystalline pada umumnya sering disebut dengan semi crystalline. Termoplastik crystalline memiliki rantai molekul yang teratur dan rantai linier oleh karena itu bahan ini bersifat fleksibel dan dapat dibentuk kembali (Negrutiu dkk. 2010; Manappallil 2003; Powers 2006) (Gambar 2.1). Bahan termoplastik pada umumnya diproses melalui teknik injection molding. Teknik injection molding membutuhkan peralatan khusus, mold diisi dengan proses injeksi di bawah tekanan sampai bahan mengeras (Negrutiu dkk. 2010; Manappallil 2003; Powers 2006).
57
Gambar 2.1 Nilon termoplastik semi crystalline denganrantai linier Sumber : Nylon, 2013.Wikipedia
2.2 NilonTermoplastik 2.2.1 Pengertian Nilon adalah nama generik bagi keluarga polimer yang dikenal secara generik sebagai poliamida dan ditemukan pertama kali padatanggal 28 Februari 1935 oleh Wallace Carothers di DuPont (Elshereski 2006; Wikipedia 2013). Nilon adalah bahan termoplastik, yang disusun oleh unit ikatan amida yang berulang. Beberapa nilon dihasilkan oleh reaksi kondensasi antara diamina(2—NH2 grup) dan dikarbosiklik acid (—COOH). Salah satu nilon yang sering digunakan adalah nilon 66 dengan rumus kimia [NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)4−CO]n yang merupakan reaksi dari hexamethylenediamine and adipic acid (Kortrakulkij 2008; Wikipedia 2013) (Gambar 2.2).
Gambar 2.2 Rumus kimia nilon 66 Sumber : Nylon, 2013.Wikipedia
58
Nilon mengandung ikatan linear (ikatan polimer tunggal) yang mengandung hexamethylenadiamine dan asam karboksilik di dalam nilon termoplastik yang akan membentuk ikatan poliamida yang panjang. Ikatan linear dalam nilon termoplastik ini lebih lemah dibandingkan dengan ikatan polimer yang bercabang (cross-link) pada resin akrilik (Wikipedia 2013; Ardelean dkk. 2012). Nilon memiliki karakteristik yang baik sehingga dapat digunakan pada berbagai aplikasi. Nilon memiliki kekuatan fisik yang tinggi, ketahanan terhadap abrasi, pemanasan dan kimia.Bahan ini mudah dimodifikasi untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap keausan (Kortrakulkij 2008; Chhnoeum 2008; Negrutiu dkk. 2010; Takabayashi 2010). Selain itu, nilon merupakan basis gigitiruan fleksibel yang memiliki sifat fisik dan estetik yang khas, memiliki derajat fleksibilitas dan stabilitas yang sangat baik dan dapat dibuat lebih tipis dengan ketebalan tertentu yang telah direkomendasikan sehingga sangat fleksibel, ringan dan tidak mudah patah (Negrutiu dkk. 2010). Kekuatannya yang tinggi, ductility, dan ketahanannya terhadap panas maka nilon dapat menggantikan penggunaan logam sebagai bahan basis gigitiruan (Ardelean 2012).
2.2.2 Manipulasi Nilon tidak dapat larut pada hampir semua kondisi. Hal ini karena nilon tidak bisa membentuk adonan (dough) melalui teknik yang biasa tetapi bahan tersebut dilunakkan kemudian diinjeksi kedalam kuvet dengan tekanan. Nilon teknik injection
59
moldingini memerlukan peralatan yang khusus. Nilon dilunakkan menggunakan furnace
untuk mengontrol temperatur. Nilon yang sudah dilunakkan ditekan ke
dalam kuvet menggunakan plugger di bawah tekanan menggunakan press hidrolik, kemudian lapisan timah pada dasar tabung aluminium sobek karena tekanan dan nilon yang telah dilunakkan mengalir ke dalam kuvet melalui spru. Pemasangan spru dilakukan dengan cara memasukkan spru dari bagian belakang kuvet ke bagian posterior dari malam pada kedua sisi model, nilon dibentuk di dalam mold gips (Ardelean 2012) (Gambar 2.3). Nilon dilunakkan menggunakan furnace pada suhu 248,8ºC-265,5ºC, kemudian ditekan masuk menggunakan alat injector (Negrutiu dkk. 2010) (Gambar 2.4).
Gambar 2.3 Mold dan basis gigitiruan nilon sebelum di poles. Sumber : Ardelean L., Bortun C., Podariu A., Rusu L. 2012. Manufacture of different types of thermoplastic
60
Gambar 2.4 Alat injector. Sumber : Ardelean L.,Bortun C., Podariu A., Rusu L. 2012. Manufacture of different types of thermoplastic
2.2.3 Keuntungan dan Kerugian Nilon termoplastik dapat digunakan dibidang kedokteran gigi pada kasus sebagai berikut : (Chhnoeum 2008) a. Pada pasien yang menggunakan gigitiruan tetapi sering mengalami patahnya basis gigitiruan yang digunakan b. Pada pasien yang alergi terhadap monomer sisa c. Sebagai cangkolan retentif pada gigi anterior dari gigitiruan sebagian lepasan d. Sebagai sayap basis bagian gingival Nilon termoplastik memiliki beberapa keuntungan yaitu : (Chhnoeum 2008; Prashanti dkk. 2010; Pingarron 2009) -
Retentif : fleksibel pada posisi retentif dibawah daerah gerong
-
Nyaman : tipis, ringan dan fleksibel
61
-
Estetik : warna merah jambu yang translusen sehingga terlihat alami seperti jaringan lunak di rongga mulut
-
Kekuatan yang baik : secara klinis unbreakable, tahan terhadap panas dan keausan
-
Bebas monomer sisa sehingga bersifat hipoalergenik
-
Lebih akurat karena diproses dengan injection molding
Nilon termoplastik juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu : (Chhnoeum 2008; Prashanti dkk. 2010) -
Bahan nilon memiliki sifat penyerapan air yang besar
-
Memiliki kekasaran permukaan yang lebih kasar karena sulit dipoles
-
Mudah berubah warna
-
Perlekatan dengan anasir gigitiruan secara mekanis
-
Tidak dapat di reline atau di rebase.
2.2.4 Sifat Sifat- sifat basis gigitiruan nilon termoplastik adalah: 1. Pengerutan Pengerutan yang dapat terjadi pada nilon adalah sebesar 0,3-0,15%, sedangkan menurut Negrutiu M dkk. (2005) menyatakan bahwa nilon termoplastik yang diinjeksi pada suhu 2740C – 2030C terjadi pengerutan sebesar 0,014 in/in. Pengerutan linear berpengaruh terhadap ketepatan adaptasi basis gigitiruan terhadap mukosa (Kortrakulkij 2008; Negrutiu dkk. 2010).
62
2. Perubahan dimensi Teknik
injection
molding
menunjukkan
stabilitas
dimensi
yang
baikdibandingkan dengan teknik compression molding. Garfunkel dan Anderson dkk. (1988) menyatakan bahwa dari hasil penelitian menunjukkan perubahan dimensi pada injection molding lebih rendah daripada compression molding (Kortrakulkij 2008). 3. Porositas Nilon hampir tidak memiliki porositas.Porositas pada nilon disebabkan masuknya udara selama proses injection molding.Bila udara ini tidak dikeluarkan, gelembung-gelembung besar dapat terbentuk pada basis gigitiruan (Negrutiu dkk. 2010; Utami dkk. 2009). 4. Penyerapan air Nilon termoplastik memiliki sifat penyerapan air yang tinggi, hal ini disebabkan karena molekul air yang masuk diantara rantai molekul disebabkan ikatan amida yang bersifat hidrofilik membentuk rantai utama resin poliamida. Semakin tinggi konsentrasi kelompok amida maka semakin tinggi pula nilai penyerapan air (Takabayashi 2010). Penyerapan air yang tinggi merupakan kekurangan utama dari nilon.Hal ini karena nilon termoplastik mempunyai serat yang menyerap air (Kortrakulkij 2008). Ikatan cross link pada resin akrilik polimerisasi panas menyebabkan sulit untuk di degradasi oleh air yang ada, sedangkan nilon termoplastik yang memiliki ikatan linier tidak mampu untuk menolak penyerapan air, selain itu sifat nilon termoplastik yang
63
higroskopik juga menyebabkan tingginya penyerapan air bahan tersebut (Gladstone 2010). 5. Stabilitas warna Stabilitas warna adalah kemampuan dari suatu lapisan permukaan atau pigmen untuk bertahan dari degradasi yang disebabkan pemaparan dari lingkungan.Warna dan translusensi sebaiknya dipertahankan selama prosesing dan sebaiknya tidak terjadi perubahan selama pemakaian (Saied 2011). Perubahan warna dari suatu bahan terjadi karena faktor intrinsik dan ekstrinsik. Faktor intrinsik adalah perubahan warna suatu bahan dengan terjadinya perubahan dari matriksnya. Perubahan warna intrinsik yang terjadi karena faktor penuaan merupakan hasil dari kondisi kimia-fisika seperti panas dan perubahan kondisi. Faktor ekstrinsik seperti absorpsi dan adsorpsi dari suatu substansi. Faktor lain yang menyebabkan terjadinya perubahan warna adalah staining, dehidrasi, kekasaran permukaan, oksidasi, dan penyerapan air (Goiato dkk. 2010). Goiato MC., dkk. (2010) melakukanpenelitian untuk melihat perubahan warna dari bahanPpflex, Triplex dan Valplast setelah dilakukan accelerated aging, hasilnya menunjukkan terjadi perubahan warna yang signifikan pada bahan Valplast dan secara statistik berbeda dengan bahan lainnya (Goiato dkk. 2010). Saied HM. (2011) membandingkan stabilitas warna 3 bahan basis gigitiruan setelah direndam dalam larutan pembersih gigitiruan, nilon termoplastik menunjukkan perubahan warna yang signifikan setelah direndam di dalam larutan pembersih gigitiruan (Saied 2011).
64
2.3 Penyerapan Air Penyerapan air oleh material resin merupakan proses difusi yang dikontrol. Molekul air menyebar ke polimer selama perendaman di dalam air atau saliva dan menjangkau permukaan matriks polimer (Pollat & Valittu 2003). Penyerapan air dapat terjadi disebabkan perlekatan molekul air pada permukaan bahan dan terjadi proses absorpsi atau ikatan ke dalam bahan tersebut (AL-Habahbeh 2007). Molekul air dapat menyebar ke matriks polimer karena ukuran molekul air yang kecil yaitu kurang dari 0,28 nm, lebih kecil di banding jarak rantai polimer pada matriks polimer. Air tersebut meresap ke polimer melalui rantai yang tidak jenuh atau ketidakseimbangan kekuatan antar molekul dalam polimer (Pollat & Valittu 2003). Penyerapan air pada suatu bahan basis gigitiruan terbagi atas dua proses, yaitu proses adsorpsi dan proses absorpsi. Proses adsorpsi adalah jumlah air yang terserap pada permukaan basis gigitiruan sedangkan proses absorpsi adalah penyerapan air ke bagian dalam basis gigitiruan (AL-Habahbeh 2007).Penyerapan air pada suatu bahan sebaiknya rendah karena penyerapan air yang tinggi dapat menyebabkan perubahan warna dan mempengaruhi ketahanan terhadap keausan (Noort 2007; Gurbuz dkk. 2005). Bahan polimer yang menyerap air baik di udara ataupun di rendam di dalam air dapat juga menyebabkan ekspansi dan perubahan kekuatan mekanis dari bahan tersebut (AL-Habahbeh 2007). Menurut Fletcher dkk.(1983), Pfeiffer dan Rosenbauer (2004), penyerapan air akan menimbulkan terjadinya proses plasticization bahan basis gigitiruan sehingga bahan tersebut semakin fleksibel dan lentur (Vurakkara 2006; Gladstone 2010).
65
Dimensi dapat menjadi tidak akurat karena penyerapan air yang tinggi oleh karena adanya tekanan yang terlepas pada saat air masuk ke dalam suatu bahan. Chhnoeum T. (2008) yang mengutip pendapat Watt, terlihat penyerapan air yang tinggi dari bahan nilon yaitu 8,5 % (Chhnoeum 2008). Takabayashi Y. (2010) membandingkan nilai penyerapan air antara poliamida, polikarbonat dan polietilen terephthalat, hasilnya menunjukkan nilai penyerapan air paling tinggi pada bahan poliamida dan terdapat perbedaan signifikan nilai penyerapan air dari 3 bahan tersebut. Poliamida memiliki derajat hidrofilik yang tertinggi. Takabayashi menyarankan untuk menyesuaikan konsentrasi kelompok amida pada bahan basis gigitiruan poliamida agar serendah mungkin dengan tujuan agar terjadi ikatan hidrogen yang kuat antara kelompok amida sehingga dapat mengurangi masuknya molekul air pada rantai amida tersebut (Takabayashi 2010). Kortrakulkij K. (2008) yang mengutip pendapat Mathews dan Smith, menggunakan nilon 6 dan 10 sebagai bahan basis gigitiruan, pengamatan klinis menunjukkan bahwa penyerapan air yang berlebihan bisa menyebabkan diskolorisasi. Porositas yang terdapat pada basis gigitiruan dapat meningkatkan penyerapan air sejak gigitiruan tersebut berkontak dengan cairan di dalam rongga mulut. Kortrakulkij K. (2008) menyatakan bahwa penyerapan air akan melarutkan beberapa komponen, maka semakin banyak air yang diserap maka akan semakin banyak komponen yang larut. Hal ini dapat menyebabkan perubahan warna dari suatu bahan basis gigitiruan (Kortrakulkij 2008).
66
Perendaman dalam air memungkinkan molekul air penetrasi ke daerah dalam rantai polimer, menetap dan merusak rantai polimer tersebut. Air masuk ke dalam polimer selama perendaman disebabkan oleh difusi dan sebagian rantai polimer mengalami polaritas disebabkan molekul yang tidak jenuh dan gaya intermolekul yang tidak seimbang. Masuknya molekul air juga dapat menyebabkan basis gigitiruan menjadi lunak karena air yang di resorbsi beraksi sebagai poli (metil metakrilat) plasticizer (Vojvodic dkk. 2009).Pada pemakaian klinis basis gigitiruan akan terpapar oleh perubahan suhu dan saliva. Pada rongga mulut, kontaminasi kelembaban dan variasi suhu memfasilitasi terjadinya absorpsi air. Air yang di absorpsi akan beraksi menjadi plasticizer dan mempengaruhi sifat bahan tersebut. Absorpsi air akan meningkat pada temperatur yang tinggi, yang menyebabkan permukaan resin akrilik polimerisasi panas menjadi jenuh pada saat pendinginan (Chandu dkk. 2015).Shah J. (2014) menyatakan bahwa penyerapan air bergantung dengan derajat hidrofobik dan porositas bahan. Air yang di absorpsi akan memberikan efek terhadap sifat fisis dan mekanis dari bahan basis gigitiruan (Shah dkk. 2014). Jumlah air yang masuk kedalam rantai polimer terutama dikontrol oleh polaritas resin, ditentukan juga oleh konsentrasi dari kepolaran yang ada untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air dan pola rantai kimia. Shah J dkk. (2014) yang mengutip pendapat Arima dkk. menyatakan sifat kimia dari polimer dibandingkan dengan molekul air secara langsung mempengaruhi penyerapan air bahan resin. Shah J dkk. (2014) yang mengutip pendapat Hayashi dkk. bila sudut kontak antara resin fleksibel dan air tinggi, dengan permukaan yang tanpa energi
67
rendah, ketahanan airnya juga tinggi maka penyerapan airnya rendah. Apabila terdapat ikatan hidrogen yang kuat antara kelompok amida maka akan mengurangi ikatan dengan molekul air. Jumlah penyerapan air pada kelompok resin fleksibel pada penelitian Shah J. (2014) adalah 14,255 µg/cm2(Shah dkk. 2014). Vojdani M dkk. (2015) yang mengutip pendapat Lai dkk. (2003), copoliamida (Flexite supreme) mengabsorpsi air yang terbesar sedangkan silikon menunjukkan penyerapan air yang terkecil setelah perendaman selama 56 hari. Vojdani M dkk. (2015) yang mengutip pendapat Takabayashi (2010) menyatakan bahwa penyerapan air bahan poliamida (Flexite dan Valplast) masih sesuai dengan standar ISO (32 µg/mm3), sedangkan Lucitone FRS memiliki penyerapan air yang tertinggi karena derajat hidrofilik dan sudut kontaknya. Semakin tinggi konsentrasi kelompok amida maka semakin besar penyerapan airnya, oleh karena itu disarankan konsentrasi kelompok amida untuk bahan basis gigitiruan dapat disesuaikan serendah mungkin seperti pada bahan industri yang popular yaitu nilon 6 atau 66 (Vojdani & Giti 2015). Menurut ISO 1567:1999, nilai penyerapan air untuk bahan heat-cured dan self-cured adalah tidak boleh melebihi 32 µg/mm3. Penentuan nilai penyerapan air menurut ISO berdasarkan peningkatan berat sampel per satuan volume (Takabayashi 2010; Powers 2006; Matthews 1999). Temperatur mempengaruhi jumlah air yang di absorbsi karena koefisien difusi yang meningkat dengan adanya perbedaan temperatur ruang dan rongga mulut (Powers 2006 ; Vanessa dkk. 2010).
68
Pengukuran penyerapan air pada suatu bahan dilakukan setelah bahan tersebut direndam dalam air selama 7 hari (370C + 1). Pada saat bahan dikeluarkan dalam air, maka bahan tersebut dibersihkan dalam kain bersih dan kering, kemudian ditimbang (m2). Setelah ditimbang, kemudian bahan tersebut dimasukkan ke dalam desikator sampai didapatkan berat yang konstan dan berat bahan yang ditimbang setelah mendapatkan berat yang konstan dinyatakan sebagai m3. Nilai penyerapan air didapat dengan menggunakan rumus ISO, yaitu : (International Standart 1988) m2 – m3 WSO = ------------------V Keterangan : m2 : Berat bahan setelah direndam di dalam air (µg) m3 : Berat bahan setelah direkondisikan (µg) V : Volume bahan (mm3)
2.3.1 Alat Pengukuran Penyerapan Air Pengukuran penyerapan air pada suatu bahan dilakukan setelah bahan tersebut direndam dalam air selama 7 hari (370C+1) untuk mendapatkan m2 dan setelah dimasukkan ke dalam desikator untuk mendapatkanm3ketika beratnya sudah konstan. Alat yang digunakan untuk menimbang berat bahan yang telah di rendam di dalam air untuk mendapatkan nilai penyerapan air adalah analytical balance. Sartorius analytical balance adalah instrumen penimbangan laboratorium dengan tingkat
69
keakuratan yang tinggi untuk menganalisis proses penimbangan dengan ketelitian 4 desimal. Timbangan ini dilengkapi dengan ruangan yang bertujuan untuk menghindari efek dari ambientyang akan mempengaruhi hasil penimbangan. Sartorius analytical balance sangat baik untuk menentukan hasil penimbangan meskipun penimbangan di lakukan berulang kali, hasil yang di dapat tidak berubah dan memiliki respons yang sangat cepat (Tuna dkk. 2008) (Gambar 2.5).
Gambar 2.5Sartorius analytical balance Sumber : Anonymous.Analytical Balances)
2.3.2 Faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Air Menurut Pusz A., dkk. (2010) yang mengutip pendapat Takahashi menyatakan besarnya penyerapan air ini pada dasarnya bergantung pada jenis bahan, struktur kimia rantai polimer, porositas dan ketebalan bahan tersebut. Selain itu, penyerapan air ini juga dipengaruhi oleh suhu, teknik pemolesan, kekasaran permukaan, monomer sisa dan lamanya perendaman (Vanessa dkk. 2010; Tuna dkk. 2008).
70
1. Porositas Tuna SH., dkk. (2008) yang mengutip pendapat Miettinen dan Vallitu menyatakan bahwa penyerapan air dari suatu polimer tergantung pada homogenitas suatu bahan. Semakin homogen suatu bahan, semakin sedikit pula penyerapan air. Tingkat porositas yang tinggi akan mempermudah aliran cairan dari dalam dan luar jaringan, menyebabkan terjadinya penyerapan dan elusi air cepat (Tuna dkk. 2008). Porositas pada bahan termoplastik nilon hampir tidak ada. Porositas pada bahan termoplastik nilon mungkin dapat terjadi apabila metode injeksi yang tidak tepatmenyebabkan udara masuk selama proses pemanasan, sehingga terbentuk gelembung-gelembung besar pada basis gigitiruan (Negrutiu dkk. 2010; Utami dkk. 2009). 2. Tipe bahan, struktur kimia rantai polimer, dan teknik pemrosesan Rahal JS., dkk. (2004) yang mengutip pendapat Takahashi dkk. menyatakan bahwa jumlah penyerapan air bergantung pada tipe bahan, ketebalan bahan dan jumlah ikatan silang suatu bahan. Bahan yang memiliki banyak ikatan silang menunjukkan penyerapan air yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan yang bukan dengan ikatan silang (Rahal dkk. 2004). Bahan termoplastik nilon memiliki struktur ikatan linier (ikatan polimer tunggal) yang mana hexamethylenadiamine dan carboxyl acid akan membentuk ikatan poliamida yang ketat dan panjang. Ikatan linier dari bahan termoplastik nilon lebih lemah dibandingkan dengan ikatan bercabang, ikatan silang dan ikatan
71
berbentuk jala dari polimer lain. Ikatan linier tersebut tidak cukup tahan terhadap zat pelarut dibandingkan ikatan polimer lain (Rahal dkk. 2004). 3. Teknik pemolesan Penelitian menunjukkan resin akrilik yang dipoles secara mekanis memiliki nilai penyerapan air yang lebih rendah daripada pemolesan secara kimia. Namunmenurut Rahal JS., dkk. (2004) yang mengutip pendapat Gotusso dkk. menyatakan bahwa pemolesan secara kimiawi mengurangi nilai penyerapan air dari bahan resin akrilik (Rahal dkk. 2004). 4. Lama perendaman Waktu perendaman juga mempengaruhi banyaknya air yang akan berdifusi ke dalam suatu polimer. Resin akrilik polimerisasi panas akan mengalami peningkatan penyerapan air yang paling tinggi pada 1 jam pertama perendaman. Air akan berdifusi terus dengan lebih lambat dan jumlahnya yang lebih sedikit hingga mencapai berat maksimal atau yang disebut sebagai titik kejenuhan. Pada bahan resin akrilik polimerisasi panas, penyerapan air akan mencapai titik kejenuhan selama 30 hari (Vanessa dkk. 2010; Rahal dkk. 2004; Rizzati-Barbosa dkk. 2001). Rahal JS., dkk. (2004) yang mengutip pendapat Szabo dkk. melaporkan bahwa penyerapan air pada spesimen dengan diameter sekitar 1 mm tidak bergantung pada lamanya perendaman setelah 24 jam dan tipe polimer basis gigitiruan (Rahal dkk. 2004). 5. Monomer sisa Menurut Tuna SH., dkk. (2008) yang mengutip pendapat Dixon dkk. monomer sisa mempengaruhi penyerapan air dan ekspansi bahan. Menurut ISO 1567,
72
batas kandungan maksimal dari monomer sisa suatu bahan basis gigitiruan adalah tidak boleh melebihi 2,2% (Tuna dkk. 2008). Jumlah monomer sisa pada bahan basis gigitiruan bergantung pada metode pembuatan, waktu perendaman air, ketebalan, kecepatan bur, keadaan permukaan gigitiruan, lama pemakaian, dan metode pengukuran (Golbidi & Asghari 2009). Nilon termoplastik merupakan salah satu bahan basis gigitiruan yang bebas monomer. 6. Suhu atau temperatur Beberapa faktor yang mempengaruhi masuknya molekul air ke dalam bahan yang solid seperti bahan basis gigitiruan, misalnya suhu dan tekanan. Molekul air akan bermigrasi dari lingkungan dengan suhu yang tinggi ke suhu yang rendah, oleh karena itu, suhu cairan rongga mulut dapat mempengaruhi penyerapan air pada suatu bahan basis gigitiruan. Semakin tinggi suhu dari saliva akan menyebabkan semakin cepatnya penyerapan air ke dalam bahan basis gigitiruan (Rizzati-Barbosa dkk. 2001). Dhanpal dkk. (2009) (yang mengutip pendapat dari Latief A.) menemukan bahwa peningkatan temperatur meningkatkan derajat difusi dan penyerapan air. Peningkatan temperatur menyebabkan lebih banyak energi pada polimer sehingga menyebabkan ekspansi dan peningkatan penyerapan air (Vojvodic dkk. 2008). Air bergerak dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang rendah (Rizzati-Barbosa dkk. 2001). Penyerapan air terjadi sejalan dengan terjadinya perubahan suhu di rongga mulut, hal ini dapat menyebabkan degradasi dari basis gigitiruan polimer (Chandu dkk. 2015).
73
2.3.3 Akibat yang Ditimbulkan Sifat penyerapan air yang dimiliki oleh bahan basis gigitiruan dapat menimbulkan beberapa akibat di antaranya adalah : 1. Sifat mekanis Air yang diserap oleh bahan basis gigitiruan dapat bertindak sebagai plasticizer yang dapat mempengaruhi sifat mekanis dari bahan tersebut. Air berdifusi ke dalam polimer sehingga melonggarkan ikatan kimia polimer dan mengurangi sifat mekanis dari suatu polimer, yaitu kekerasan permukaan, kekuatan transversal dan fatigue(Vurakkara 2006; AL-Habahbeh 2007; Gladstone 2010). Ketika suatu bahan basis gigitiruan direndam dalam cairan, bahan tersebut akan mengabsorbsi air secara bersamaan dengan pengeluaran zat terlarut dari dalam. Pada saat mencapai titik kejenuhan, kebanyakan komponen zat terlarut sudah keluar dari bahan basis dan bahan basis tersebut sudah terisi penuh oleh air. Kelunakan bahan tersebut lama kelamaan akan menjadi hilang sehingga bahan basis gigitiruan akan berubah menjadi kaku dan menyebabkan kekuatan fleksural dan modulus elastisitas menurun (Kortrakulkij 2008; Vojvodic dkk. 2008). Sifat penyerapan air juga dapat menyebabkan pengurangan kekerasan permukaan dari bahan basis gigitiruan. Menurut Utami M., dkk.(2009), setelah perendaman bahan basis gigitiruan ke dalam akuades selama 2 hari didapati bahwa kekerasan permukaan bahan termoplastik nilon lebih rendah daripada resin akrilik polimerisasi panas. Salah satu penyebab terjadinya perbedaan kekerasan permukaan
74
tersebut adalah perbedaan porositas dan struktur kimia dari bahan tersebut (Utami dkk. 2009). 2. Stabilitas Warna Stabilitas warna merupakan sifat terpenting yang berhubungan dengan penampilan yang estetis dari basis gigitiruan yang berkontak dengan berbagai jenis makanan dan
minuman (Kortrakulkij 2008; Goiato dkk. 2010).Hasil penelitian
menunjukkan penyerapan air pada bahan basis gigitiruan yang berlebihan akan menyebabkan diskolorasi (Kortrakulkij 2008; Goiato dkk. 2010; Saied 2011). Cairan yang terabsorbsi melalui proses difusi akan mengisi ruang-ruang di antara matriks sehingga menyebabkan perubahan struktur resin yang akan diikuti perubahan fisiknya. Keberadaan partikel-partikel zat warna dalam minuman tertentu yang terabsorbsi bersama cairan, partikel-partikelnya akan berikatan secara fisik dengan resin sehingga dalam jangka waktu lama akan terakumulasi dan mengakibatkan perubahan warna (Kortrakulkij 2008). 3. Stabilitas dimensi Molekul air menyebar di antara makromolekul bahan basis gigitiruan yang akan menyebabkan makromolekul tersebut terpisah (Shah dkk. 2014).Perubahan dimensi yang terjadi akibat penyerapan air pada bahan dengan teknik injectionmolding tidak jauh berbeda bila dibandingkan dengan compression-molding(Noort 2007). 4. Pertumbuhan bakteri
75
Porositas dan tingginya nilai penyerapan air akan memfasilitasi debris dan bahan organik untuk melekat pada bahan basis gigitiruan. Hal ini akan berlanjut dengan terjadinya adhesi Candida albicans yang membentuk suatu lapisan biofilm pada permukaan bahan basis gigitiruan yang akan menyebabkan terjadinya denture stomatitis pada mukosa palatum. Beberapa penelitian menunjukkan prevalensi denture stomatitis cukup tinggi pada pemakai gigitiruan terutama basis resin akrilik (Dhir dkk. 2007). 2.4 Stabilitas Warna Stabilitas warna adalah kemampuan lapisan permukaan atau zat warna untuk menolak degradasi karena kontak lingkungan (Kortrakulkij 2008).Definisi lain dari stabilitas warna adalah sifat dari suatu bahan yang mampu untuk mempertahankan warnanya dari pengaruh lingkungan pada masa waktu tertentu (Assuncao dkk. 2009).Warna merupakan salah satu sifat bahan restorasi gigi yang cukup penting. Suatu basis gigitiruan yang ideal seharusnya memiliki warna yang mendekati warna alami jaringan lunak rongga mulut (McCabe & Walls 2007; Noort 2007). Basis gigitiruan polimer cenderung akan berubah warna selama digunakan di rongga mulut. Perubahan warna basis gigitiruan dapat disebabkan oleh faktor intrinsik dan ekstrinsik. Intrinsik faktor termasuk didalamnya perubahan kimia dari bahan. Penyebab perubahan warna karena kimia disebabkan oksidasi dari akselerator amina, setelah terpapar oleh berbagai sumber energi dan di rendam di dalam air jangka waktu tertentu. Perubahan warna karena faktor ekstrinsik salah satunya karena staining oleh adhesi atau penetrasi dari zat warna sebagai hasil dari kontaminasi dari
76
sumber eksogen seperti kopi, teh, nikotin, makanan dan cairan warna lainnya (Ruyter & Philos 1994). Chandu G.S dkk. (2015) yang mengutip pendapat Goiato dkk. dan Polyzois dkk. menunjukkan perubahan warna klinis yang signifikan dari basis gigitiruan akrilik setelah perendaman dalam cairan desinfektan dalam waktu tertentu (Chandu dkk. 2015).Chandu G.S dkk. (2015) menyatakan bahwa sampel yang direndam di dalam air panas menunjukkan perubahan warna yang signifikan dibandingkan sampel yang direndam di dalam air yang hangat (Chandu dkk. 2015). Vojdani M. (2015) menyatakan nilon mengalami perubahan warna yang besar disebabkan karena bersifat higroskopik dan sifat penyerapan air yang besar. Ditemukan juga sifat kimia nilon dan frekuensi kelompok amida yang panjang sehingga penyerapan airnya besar (Vojdani & Giti 2015). Wieckiewicz M. dkk. (2014) menyatakan perubahan warna poliamida 12 setelah direndam di dalam air 370C selama 1 hari adalah ∆ E = 2,9 , selama 12 hari ∆ E = 2,23 dan selama 36 hari ∆ E = 2,18. Perubahan warna yang terbesar adalah pada sampel yang direndam di dalam red wine, hal ini disebabkan red wine memiliki pH yang paling rendah, pH mempengaruhi stabilitas warna pada resin akrilik dan nilon termoplastik. Poliamida 12 menunjukkan stabilitas warna yang lebih rendah dibandingkan resin akrilik polimerisasi panas (Wieckiewicz dkk. 2014). Hasil penelitian Ruyter I.E. (1994) menunjukkan spesimen yang direndam di dalam air menunjukkan perubahan warna yang lebih rendah dibandingkan yang direndam di dalam kopi dan teh. Perubahan warna yang terjadi untuk semua spesimen
77
bahan resin akrilik polimerisasi sinar, resin akrilik polimerisasi panas dan resin akrilik autopolimerisasi yang direndam di dalam air menunjukkan perubahan warna yang masih dapat diterima secara klinis (Ruyter & Philos 1994). Hatim N.A (2013) menyatakan bahwa resin fleksibel (Valplast) mengalami perubahan warna dengan nilai ∆ E = > 3,7 setelah direndam di dalam kopi. Perubahan warna terbesar terjadi bila sampel direndam di dalam teh, kopi dan pepsi, dan perubahan warna meningkat seiring dengan lamanya perendaman. Perubahan warna yang terbesar terjadi pada bahan Valplast, hal ini disebabkan karena nilon adalah bahan yang hidrofilik, sehingga memiliki sifat penyerapan air yang besar dan melepaskan plasticizer yang lebih banyak dibandingkan resin akrilik polimerisasi panas. Nilon memiliki perubahan warna yang besar dibandingkan bahan yang hidrofobik (Nadira & Omar 2013).
2.4.1 Alat Pengukuran Warna Teknik untuk menentukan warna dapat secara visual atau instrumental. Penentuan warna secara instrumental dapat menghindari kesalahan subjektif dalam penentuan warna. Analisis menggunakan instrumental lebih akurat karena dapat menilai perbedaan yang kecil dari objek yang akan ditentukan warnanya (Assuncao dkk. 2009).Warna suatu benda tergantung pada panjang gelombang cahaya yang dipantulkan atau yang diserap. Suatu benda yang translusen akan meneruskan berkas cahaya, menyerap berkas yang lain, membiaskan dan memantulkan cahaya (Noort
78
2007).Suatu perubahan warna tidak dapat dideteksi oleh mata manusia karena kemampuan mata manusia dalam menilai perubahan warna sangat variasi dan terbatas. Beberapa instrumen ilmiah telah diciptakan untuk mengukur intensitas cahaya dan panjang gelombang (bilangan gelombang) cahaya diantaranya adalah colorimeter,
spectrophotometer,
densitometer
dan
photometer.
(Kortrakulkij
2008).Spectrophotometer, densitometer dan photometer sama pentingnya dengan colorimeter. Colorimeter adalah alat yang sensitif terhadap cahaya yang digunakan dalam colorimetry untuk mengukur intensitas warna dari suatu benda atau warna sampel dalam kaitannya dengan komponen merah, biru, dan hijau cahaya yang dipantulkan dari objek atau sampel (Wise Geek, 2010). Spektrofotometer terdiri dari 2 jenis pencahayaan yaitu spektrofotometer ultra violetdan spektrofotometer infra red. Spektrofotometer ultra violet menggunakan cahaya ultra violet dan spektrofotometer infra red menggunakan cahaya infrared. Pada penelitian ini digunakan alat spektrofotometer ultra violetuntuk mengukur kuantitas cahaya yang direfleksikan ; warna dievaluasi melalui sistem penentuan warna CIE L*a*b*. (Gambar 2.6) Pada sistem tersebut perubahan warna (∆ E) didefenisikan sebagai perubahan warna relatif antara evaluasi warna yang diulang. Nilai ∆ E diatas 3,3 secara klinis akan terlihat jelas dan tidak dapat diterima (Assuncao dkk. 2009). Berdasarkan The International Commission on Illumination (CIE-Commission Internationale de L’ Eclairage) penentuan warna yang diukur menggunakan metode CIE L*a*b* dikalkulasi dengan rumus : ∆ E = ( ( ∆L)2 + (∆a)2
79
+ (∆b)2)1/2. Jarak warna CIE L*a*b* adalah berbentuk kubik, dimana aksis L vertikal dengan nilai maksimum 100 dan minimum 0. Nilai 100 menggambarkan putih sempurna dan nilai 0 menggambarkan hitam. Aksis a* dan b* tidak ada batasan nilai, nilai positif dari a* adalah merah dan negatif adalah hijau. Nilai positif dari b* adalah kuning dan negatif adalah biru (Mancuso dkk. 2012; Goiato dkk. 2009). Spektrofotometer dihubungkan ke sistem komputer. Sebelum dilakukan pengukuran warna sampel terlebih dahulu dilakukan kalibrasi alat spektrofotometer. Pada saat pengukuran warna digunakan standar warna hitam dan putih (Ruyter & Philos 1994). Warna dari permukaan objek dan kecerahan permukaannya dapat mempengaruhi penentuan warna, oleh karena itu standar penyinaran D65 dengan menggunakan latar belakang hitam. Ketebalan dan kehalusan dari permukaan spesimen juga dapat mempengaruhi evaluasi warna (Assuncao dkk. 2009).
Gambar 2.6 Spektrofotometer UV xe d65 Hunter Lab.Scan Xe Germany
2.4.2 Faktor yang Mempengaruhi Perubahan Warna
80
Menurut Muetia R. (2011) yang mengutip pendapat Crispin dan Caputo perubahan warna dapat disebabkan oleh beberapa faktor yaitu : (Meutia 2011) 1.
Pencemaran
bahan
pada
waktu
proses
pembuatan
bahan
atau
pengolahannya. 2.
Kemampuan penyerapan (permeabilitas) cairan pada bahan. Proses
absorpsi dan adsorpsi cairan tergantung pada keadaan lingkungannya. 3.
Akibat reaksi kimia di dalam bahan itu sendiri dan berbagai teknik
pengolahan yang mengakibatkan terjadinya porositas pada permukaannya sehingga memudahkan penumpukan kotoran. 4.
Lingkungan sekitar tempat gigitiruan di dalam mulut yang kurang baik.
Kebiasaan makan dan minum sesuatu yang banyak mengandung zat warna dan minuman tersebut. Perubahan warna yang terjadi pada resin dapatbervariasi, hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain adalah ukuran sampel, mikroporositas sampel dan lamanya kontak antara bahan. Semakin luas ukuran sampel maka semakin besar perubahan fisik pada bahan tersebut dapat terjadi. Mikroporositas menentukan terjadinya penempelan partikel warna daerah yang poreus. Semakin banyak porositas maka akumulasi dari zat warna yang terabsorbsi melalui proses difusi juga akan semakin banyak (Anusavice 2004). Selain itu, perubahan warna juga disebabkan oleh akumulasi stain, dehidrasi, penyerapan air, leakage, ikatan yang lemah, kekasaran permukaan, keausan dan degradasi kimia, oksidasi dari reaksi karbon, dan formasi lanjutan degradasi dari
81
produk yang menghasilkan warna (Vanessa dkk. 2010). Stabilitas warna dan kekasaran permukaan mempunyai hubungan yang erat antara satu sama lain. Hal ini karena kekasaran permukaan akan mempengaruhi retensi plak dan akumulasi stain pada bahan restorasi. Makin kasar sesuatu permukaan maka makin mudah akumulasi stain dan akhirnya menyebabkan perubahan warna pada bahan restorasi (Zortuk dkk. 2008). 2.5Fiber Glass 2.5.1 Pengertian Fiber glass adalah serat yang dapat ditambahkan ke dalam resin akrilik untuk memperbaiki sifat fisik dan mekanik resin akrilik. Fiber glass merupakan material yang terbuat dari serabut-serabut yang sangat halus dari kaca. Fiber glass adalah serat yang paling sering digunakan pada bahan polimer komposit karena dapat beradhesi dengan matriks polimer didalam resin akrilik sehingga memiliki kekuatan ikatan yang baik dengan resin akrilik, harga yang murah dan kekuatan tarik yang tinggi oleh karena itu serta kaca menjadi pilihan untuk ditambahkan ke dalam resin akrilik sebagai bahan penguat (Matthews dan Rawlings 1999). 2.5.2 Jenis Ada dua jenis fiber glass yangpaling sering di gunakan yaitu S-Glass dan EGlass. S-Glass memiliki sifat kekuatan tarik yang tinggi dan lebih kaku dibanding EGlass. E-Glass memiliki sifat sebagai bahan insulasi yang baik, dan dapat mempertahankan sifatnya sampai temperatur 8150C, 99% jenis fiber glass adalah
82
terbuat dari E-Glass. (Matinlinna dkk. 2004). Vakiparta dan Koskinen (2004) melakukan penelitian untuk memeriksa sitotoksik dan komposisi dari fiber E-Glass, hasilnya menyatakan bahwa fiber E-Glass non-sitotoksik dan dapat digunakan untuk biomedikal (Vakiparta &Koskinen 2004). Begitu juga hasil penelitian Gokce Mericab dan Jon E Dahlib (2008) yang meneliti sitotoksik 2 bahan polimer yang diberi penambahan fiber glass, menunjukkan bahwa berdasarkan pemeriksaan cell menggunakan MTT 90% seluruh kelompok tidak sitotoksik (Mericab dkk. 2008).
2.5.3 Bentuk Fiber glass mempunyai beberapa bentuk diantaranya adalah bentuk batang, anyaman dan potongan kecil (Matthews 1999; Lee dkk. 2001). Fiber glass berbentuk batang terbuat dari fiber glasscontinuous unidirectional yang terdiri atas 1.000 – 200.000 serabut fiber glass dan diameternya adalah 3 – 25 µm (Gambar 2.7). Beberapa penelitian menyatakan bahwa penggabungan fiber glass pada bahan basis gigitiruan resin akrilik akan meningkatkan kekuatan basis gigitiruan, tetapi terdapat beberapa kekurangan yaitu penanganan yang lebih sulit dan penyerapan serat dengan resin akrilik kurang adekuat (Kanie dkk. 2000 ; Karacer dkk. 2003)
83
Gambar 2.7Fiberglassbentuk batang Sumber :Kanie T., Fujii I., Arikawa H., Inoue K. Flexural properties and impact strength of denture base polymer reinforced with woven glass fibers. Journal of Dental Materials. 2000
Fiber glass bentuk anyaman dapat digunakan untuk mereparasi basis gigitiruan. Fiber glassbentuk anyaman memiliki ketebalan 0,005 mm (Gambar 2.8). Uzun, dkk. (1999) menyatakan bahwa fiber glass berbentuk anyaman yang ditambahkan pada bahan basis gigitiruan dapat meningkatkan kekuatan impak dan kekuatan transversal (Kanie dkk. 2000).
Gambar 2.8Fiber glassbentuk anyaman Sumber :Kanie T.,Fujii I., Arikawa H., Inoue K. Flexural properties and impact strength of denture base polymer reinforced with woven glass fibers.
84
Journal of Dental Materials. 2000
Pemakaian fiber glass berbentuk potongan kecil telah banyak dilakukan dalam beberapa penelitian. Kelebihan fiber glass berbentuk potongan kecil yaitu lebih praktis dan lebih tersebar merata pada resin akrilik.Fiber glass berbentuk potongan kecil berukuran 3 mm yang ditambahkan pada bahan basis gigitiruan resin akrilik dapat meningkatkan kekuatan transversal (Lee dkk. 2001). (Gambar 2.9)
Gambar 2.9 Fiber glassbentuk potongan kecil: Sumber:Lee SI., Kim CW., Kim YS. Effect of chopped glass fiber on the strength of heat-cured PMMA resin. J Korean Acad Prosthodont. 2001
2.5.4 Komposisi dan Fungsi Fiber glassadalah bahan berbasis silika (SiO2) dengan tambahan oksida dari kalsium, boron, sodium, iron dan aluminium. Fiber glass memiliki beberapa keuntungan yaitu memiliki kemampuan untuk mengabsorpsi bila digunakan sebagai komposit, tahan terhadap suhu yang tinggi, tidak terbakar, ekspansi termal yang rendah, dan tidak menyerap air (Matthews & Rawlings 1999). Fiber glass merupakan
85
bahan yang paling cocok untuk digunakan pada kedokteran gigi karena estetiknya baik (Gurbuz dkk. 2005). Fiber glassberbentuk potongan kecil berukuran 3 mm dengan konsentrasi 6% dan 9% yang ditambahkan pada bahan basis gigitiruan resin akrilik dapat meningkatkan kekuatan transversal (Lee dkk. 2001).Fiber glass berbentuk potongan kecil dengan konsentrasi 2% yang ditambahkan pada bahan basis gigitiruan dapat meningkatkan kekuatan impak dan menurunkan kekuatan transversal (Tacir dkk. 2006). E-Glassfiber yang ditambahkan pada bahan polimer dapat meningkatkan kekuatan fleksural (Vojvodic dkk. 2008). Kekuatan tensile basis gigitiruan polimer yang diperkuat dengan fiber glass lebih besar dibandingkan dengan basis gigitiruan polimer yang tidak ditambahkan (Kanie dkk. 2000). Kekuatan fleksural, modulus elastisitas basis gigitiruan dengan penambahan fiber glass yang diproses dengan teknik injeksi dipengaruhi oleh konsentrasi dan panjang fiber, sedangkan kekuatan impak hanya dipengaruhi oleh konsentrasi fiber glass. Fiber yang ditambahkan pada bahan polimer berfungsi sebagai filler yang dapat meningkatkan kekuatan mekanis bahan polimer tersebut, tetapi penggunaan fiber pada bahan polimer yang digunakan didaerah yang mengandung air harus di perhatikan bahwa fiber sebagai filler menimbulkan celah yang dapat memfasilitasi difusi, oleh karena itu untuk mendapatkan ikatan yang baik antara fiber glass dan matriks polimer adalah dengan menggunakan silane coupling agent (Gurbuz dkk. 2005).Silane berfungsi sebagai sebagai mediator dan adhesi antara bahan yang berbeda seperti bahan organik dan bahan inorganik, matriks dengan dual reaksi
86
(Matinlinna dkk. 2004).Silanebiasa dikenal dengan primer coupling agent, tergantung dari fungsi dan bahannya. Silane juga dapat digunakan sebagai surface treatment agent bahan filler (Matinlinna dkk. 2004 ; Karacer dkk. 2003). Silane yang diaplikasikan pada fiber glass akan menyingkirkan air yang terdapat pada permukaan sehingga terdapat ikatan yang lebih stabil antara silane dan fiber glass dari pada ikatan antara air dan fiber glass. Fungsi dari silane coupling agent adalah untuk menyingkirkan air yang di adsorbsi dan menghasilkan ikatan kimia yang kuat antara kelompok oksida pada permukaan fiber glass dan molekul polimer dari resin. Silane coupling agent secara luas digunakan untuk mendapatkan ikatan kimia tersebut dan rumus umumnya adalah : R – Si – X3, dimana R adalah kelompok organo-fungsional, unit X adalah kelompok yang terhidrolisa yang berikatan dengan silane. R – Si – X3mengalami hidrolisis sehingga menghasilkan hasil akhir berupa silanol yaitu : R – Si – X3+ 3H2O R-Si (OH)
3 +
3HX.
Trihydroxy-silanols dapat menyingkirkan air pada permukaan fiber glassdengan membentuk ikatan hidrogen dengan kelompok hidroksil pada permukaan fiber glass. Pada saat fiber glass yang dilapis oleh silane mengalami kekeringan, air disingkirkan dan reaksi kondensasi terjadi antara silanol dan permukaan. Pada saat ikatan ini terjadi maka reaksi hidrolisis tidak dapat terjadi lagi. Hal ini akan menghasilkan ikatan dan ketahanan terhadap air yang kuat. Tanpa silane coupling agent ikatan tersebut akan rusak disebabkan air masuk ke dalam resin dan akan terjadi proses readsorpsi pada permukaan fiber glass sehingga menyingkirkan resin. Ikatan akan lebih kaku bila kelompok organo fungsional sangat pendek (Noort 2007).Silane yang
87
umum digunakan untuk bidang kedokteran gigi adalah a monofunctional γmethacryloxypropyltrimethoxysilane
(MPS).
Silane
MPS
digunakan
untuk
mendapatkan ikatan yang optimal (Matthews 1999; Matinlinna 2004; Noort 2007).Perawatan awal fiber glass dengan MPS akan menghasilkan ikatan kimia. Sebuah penelitian menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) silanisasi Eglass fiber meningkatkan adhesi antara fiber dan bahan organik basis gigitiruan resin akrilik. Kasus klinis yang menggunakan fiber glass yang di silanisasi dengan resin akrilik sangat menjanjikan. Penelitian yang mengobservasi fiber glass yang disilanisasi pada bahan komposit menunjukkan kekuatan ikatan yang tinggi. Hal ini karena adanya formasi dari ikatan kovalen siloksan melalui pemberian silane (Matinlinna dkk. 2004; Karacer dkk. 2003). Matinlinna JP., dkk. (2004) menyatakan pemberian silane pada bahan filler juga dapat meningkatkan sifat fisis dari suatu bahan komposit. Penelitian yang membandingkan penyerapan air antara bahan aluminosilikat yang disilanisasi dan tidak disilanisasi sebagai filler menunjukkan bahwa aluminosilikat yang disilinasasi memiliki nilai penyerapan air yang lebih rendah (Matinlinna dkk. 2004). Penelitian yang mengevaluasi penyerapan air pada bahan komposit yang ditambahkan fiber glassyang disilanisasi dan yang tidak disilanisasi dengan konsentrasi fiber 5%, 10%, 15% dan 20%menunjukkan terdapat perbedaan yang signifikan antara kelompok yang disilanisasi dan yang tidak disilanisasi (Gurbuz dkk. 2005). Konsentrasi fiber glass yang ditambahkan pada resin akrilik dapat mempengaruhi nilai penyerapan air suatu bahan polimer. Semakin tinggi konsentrasi
88
fiber glass yang digunakan maka nilai penyerapan air semakin rendah (Kortrakulkij 2008; Pollat & Vallitu 2003; Gurbuz dkk. 2005). Penyerapan air suatu bahan basis gigitiruan polimer lebih rendah dengan ditambahkan fiber glass berbentuk anyaman (Gurbuz dkk. 2005). Penambahan fiber menurunkan nilai penyerapan air pada kedua bahan gigitiruan Trim (Polyviniletilmetakrilat) dan Protemp (Bis akrilik komposit) (ALHabahbeh 2007).Fiber yang ditambahkan pada resin akrilik menunjukkan penurunan penyerapan air yang signifikan disebabkan karena fiber bersifat hidrofobik sehingga dapat mengantisipasi sifat resin akrilik yang hidrofilik (AL-Habahbeh 2007).Jumlah air yang diserap oleh bahan berbasis resin bergantung dengan kandungan resin dan kualitas ikatan antara resin sebagai matriks polimer dan fiber glass sebagai filler (Noort 2007). Ikatan antara fiber sebagai filler dan bahan polimer sebagai matriks juga dipengaruhi oleh ukuran fiber dan jumlah fiber. Semakin panjang fiber yang digunakan maka ikatan adhesi akan semakin lemah, dan semakin banyak fiber yang digunakan juga akan menyulitkan penyatuan antara fiber dan matriks.Kekuatan daya adhesi akan melemah antara fiber dengan matriks dengan semakin panjangnya fiber karena terjadinya friksi mekanis pada permukaanfiber (Karacer dkk. 2003). Distribusi fiber lebih homogen pada bahan yang di proses dengan teknik injeksidibandingkan denganteknik kompresi (Pollat & Valittu 2003). Hal ini terjadi karena kekentalan bahan yang diproses dengan kompresi lebih kental dibandingkan dengan teknik injeksi. Teknik injeksi juga membutuhkan waktu kerja yang lebih lama sebelum
89
proses polimerisasi sehingga membantu penetrasi dari resin ke celah antara fiber. Penyatuan yang tidak baik akan menyebabkan terjadinya void antara fiber dan matriks (Karacer dkk. 2003). Void yang terjadi karena penyatuan yang tidak baik akan menyebabkan oksigen masuk ke dalamnya sehingga dapat meningkatkan nilai penyerapan air (Chai dkk. 2004). Penggunaan fiber potongan kecil pada bahan resin dengan sistem injeksi lebih menjanjikan untuk mendapatkan kekuatan perlekatan yang baik (Karacer dkk. 2003). Semakin besar konsentrasi fiber yang digunakan akan meningkatkan kekasaran permukaan suatu bahan.Kekasaran permukaan yang tinggi dapat menyebabkan mudahnya perlekatan plak dan berlanjut dengan perubahan warna dari bahan tersebut (Zortuk dkk. 2008). Penyerapan air bahan resin yang ditambahkan fiber glass dengan teknik injeksi lebih rendah dibandingkan dengan teknik kompresi, dan semakin besar konsentrasi yang digunakan maka nilai penyerapan air suatu bahan akan semakin rendah.Adhesi antara matriks polimer dan fiber glass dapat melemah akibat dari peranan oksidasi bentuk kaca dari permukaan fiber dan oleh degradasi hidrolitik polisiloksan yang bersifat reversibel akibat polikondensasi silane coupling agent. Hal ini akan mempengaruhi kekuatan bahan dan stabilitas jangka waktu yang lama di lingkungan rongga mulut (Pollat & Valittu 2003).Pengerutan dan penyerapan air menurun dengan penambahan fiber glassdan penyerapan air secara signifikan berkurang dengan penambahan fiber glass pada bahan polimetil metakrilat (Vurakkara 2006). Hasil penelitian Durkan R.K. dkk (2010) menunjukkan nilai
90
penyerapan air bahan basis gigitiruan tanpa fiber lebih besar dibandingkan dengan penambahan fiber, dan pada kelompok yang ditambahkan fiber terlihat nilai penyerapan air lebih kecil pada kelompok yang ditambahkan fiber glass jenis anyaman dibandingkan dengan fiber jenis ribbond, hal ini kemungkinan karena adanya ikatan yang lebih baik disebabkan struktur fiber glass jenis anyaman lebih tipis. Silanisasi yang digunakan pada fiber terhadap matriks polimer mempengaruhi stabilitas hidrolitik dari ikatan matriks resin dengan fiber (Durkan dkk. 2009). Ketidakberhasilan awal penggunaan bahan nilon termoplastik sebagai bahan basis gigitiruan adalah karena tingginya nilai penyerapan air bahan tersebut, yang dapat mengakibatkan biodegradasi (Powers 2006; Utami dkk. 2009).Pada saat ini sudah banyak penelitian yang membuktikan bahwa dengan penambahan fiber glass dapat mengurangi penyerapan air dari suatu bahan polimer, maka sebaiknya dilakukan penelitian penambahan fiber glass pada bahan nilon termoplastik untuk mengurangi penyerapan air yang diharapkan juga dapat meningkatkan stabilitas warna bahan tersebut. Namun stabilitas warna juga dipengaruhi adalah faktor intrinsik yaitu perubahan warna karena prosesaging dari suatu bahan yang terjadi karena terpapar kondisi fisis dan kemis dari adanya perubahan temperatur dan kelembaban (Goiato dkk. 2010).Salah satu metode simulasi in vitro untuk mengevaluasi sifat fisis dan mekanis bahan setelah proses aging adalah thermocycling (Mancuso dkk. 2012). 2.6Thermocycling
91
Thermocycling merupakan suatu metode standart in vitro yang digunakan untuk mengevaluasi sifat fisis dan mekanis suatu bahan restoratif atau prostetik yang mengalami proses penuaan (aging) dengan cara mensimulasikan kondisi rongga mulut (Assuncao dkk. 2009; Goiato dkk. 2009; Junior dkk. 2009) (Gambar 2.10). Nascimento
ACS
dkk.
(2013)
yang
mengutip
pendapat
Morley
dan
Stockwellmenyatakan bahwa kondisi sebenarnya di rongga mulut sebaiknya disimulasikan ketika mengevaluasi sifat dari suatu bahan restorasi, seperti perubahan temperatur (Nascimento dkk. 2013). Nascimento ACS dkk. (2013) yang mengutip pendapat Asmussen juga menyatakan durasi periode pemanasan dan pendinginan di dalam mulut normalnya singkat, maka cycle diulang – ulang dengan frekuensi yang lebih besar (Nascimento dkk. 2013). Perubahan temperatur di dalam mulut disimulasikan untuk jangka waktu satu tahun adalah dengan 1000 cycle, sedangkanuntuk 2 tahun pemakaian maka dilakukan 2000 cycle dengan temperature 50-550 selama 60 detik (Aljudy dkk. 2013).
Gambar 2.10 Alat thermocycling
92
Prosedur thermocycling secara signifikan mengurangi kekuatan mekanis dari bahan polimer (Vojvodic 2008).Thermocycling secara signifikan juga mempengaruhi kekerasan, absorpsi, solubilitas dan perubahan warna suatu bahan polimer. Kekerasan suatu bahan meningkat setelah prosedur thermocyclingdisebabkan karena kehilangan ethanol, kehilangan plasticizer dan absorpsi air yang meningkat. Mancuso berdasarkan hasil penelitiannya menyatakan bahwa thermocycling mempengaruhi absorpsi dan solubilitas dari resin akrilik, hal ini disebabkan terjadinya solubilisasi dari plasticizer (Mancuso dkk. 2012).Perubahan warna yang terjadi pada bahan resin akrilik disebabkan tingginya solubilitas plasticizer dan absorpsi air.Lepasnya plasticizer dalam komposisi linear menyebabkan kelonggaran rantai molekul organik polimer, sehingga lebih mudah terjadi difusi cairan staining. Agen staining dapat masuk ke ruangan yang ada akibat lepasnya plasticizer (Mancuso dkk. 2012). Vanessa M.F (2010) menyampaikan perbedaan warna resin akrilik antara sebelum dan sesudah thermocyclingterjadisetelah 3000 cycle, temperatur 50550selama 60 detik (Vanessa dkk. 2010).Ozkan Y menyatakan terjadinya perubahan warna acetal resin setelah 4000 thermal cycle dan perubahan warna secara signifikan terjadi setelah 12000 thermal cycle (Nascimento dkk. 2013).Thermocycling menyebabkan terjadinya hidrasi dari suatu bahan sehingga bahan tersebut mengabsorpsi air (Aljudy dkk. 2013). Penyerapan air dapat dipengaruhi oleh lama pemakaian dan suhu rongga mulut sehingga mempengaruhi stabilitas warna(Vanessa dkk. 2010).
93
Assuncao W.G (2009) menyatakan perubahan warna resin akrilik terbesar terjadi setelah 5000 thermal cycle dengan temperatur 50-550 selama 30 detik (Assuncao dkk. 2009). Perubahan warna karena thermocycling disebabkan terjadinya adsorpsi
dan
absorpsi,
dimana
faktor
ekstrinsik
menyebabkan
perubahan
warna.Perubahan warna dapat terjadi karena perubahan dari matriks organik, inhibisi, hidrolisis dan rusaknya rantai polimer.Assuncao WG., dkk. (2009) yang mengutip pendapat Hersek dkk menyatakan bahwa bahan yang hidrofilik menunjukkan perubahan warna yang lebih besar dari pada bahan yang hidrofobik.Thermocycling juga dapat meningkatkan kekasaran permukaan dan perubahan posisi partikel serat pada bahan komposit, sehingga staining yang menyebabkan perubahan warna juga meningkat. Sebagai tambahan permukaan yang kasar menyebabkan refleksi diffuse menjadi lebih besar karena morfologi permukaan mempengaruhi jumlah dan tipe cahaya yang akan direfleksikan (Assuncao dkk. 2009). Nadira thermocycling
A.H (2013)
menyatakan
perubahan
warna terbesar setelah
adalah pada bahan nilon termoplastik dibandingkan resin akrilik,
dengan nilai ∆E > 3,7 (perubahan warna yang tidak bisa diterima) kemungkinan karena nilon merupakan bahan hidrofilik, memiliki penyerapan air yang besar sehingga mudah terjadi perubahan warna (Nadira & Omar 2013). Pernyataan ini juga disetujui oleh Lai dan Goiato yang menyatakan bahwa perubahan warna dari nilon termoplastik lebih besar dibandingkan resin akrilik karena nilon adalah bahan yang
94
sangat hidrofilik dengan penyerapan air yang besar dan permukaannya yang lebih kasar dibandingkan resin akrilik (Elshereski 2006). Mancuso D.N dkk (2012) menyatakan bahwa absorpsi dan solubilitas dipengaruhi oleh thermocycling, namun absorpsi dan solubilitas tidak dipengaruhi oleh thermocyclingpada bahan dengan jumlah ikatan silang yang banyak, sehingga mengurangi formasi atau mikroporous yang memungkinkan air masuk ke dalam bahan. Perubahan warna yang terjadi pada bahan disebabkan karakteristik individual dari bahan tersebut.Apabila plasticizer banyak yang larut maka penyerapan air besar dan menyebabkan akumulasi dari zat warna. Adanya plasticizer pada komposisi linier meningkatkan peregangan dari molekul organik yang kecil rantai kimia polimer., sehingga memudahkan difusi cairan staining menjadi lebih mudah. Agent staining yang masuk ke dalam rantai polimer menyebabkan lepasnya plasticizer. Terjadinya perubahan warna sering dihubungkan karena terjadinya proses aging (Mancuso dkk. 2012).Vanessa M.F. (2010) juga menyatakan hal yang sama yaitu perubahan warna dari suatu bahan dapat dijadikan indikator bahwa bahan tersebut telah mengalami aging atau kerusakan, sehingga terjadi perubahan besar dari sifatnya seperti penyerapan air dan solubilisasi. Perubahan struktur molekul dari polimer karena proses aging dapat disebabkan oleh pemutusan rantai polimer oleh sinar ultraviolet, cross linking dari oksigen, lepasnya plasticizer, dan penyerapan air (Vanessa dkk. 2010). Melalui thermocycling terjadi proses hidrasi yang sesuai dengan kondisi klinis, oleh karena itu bahan menyerap air sehingga merusak ikatan. Air yang diserap
95
langsung merusak ikatan karena membentuk void antar lapisan (Goiato dkk. 2009; Lekha dkk. 2012). Pusz A. (2011) menyatakan bahwa absorpsi saliva pada bahan poliamida yang ditambah E-Glass fiber bergantung dengan suhu, semakin tinggi suhu maka absorpsi semakin cepat (Pusz dkk. 2011).Chandu G.S (2015) menyatakan kemungkinan thermocycling dan bahan pembersih gigitiruan akan mempengaruhi warna bahan basis gigitiruan (Chandu dkk. 2015).Hasil penelitian Goiato M.C. (2009) menunjukkan adanya perubahan warna bahan soft lining yang signifikan setelah di lakukan thermocycling sebanyak 1000 cycle dengan nilai ∆E=2,17 pada bahan soft linerdan
∆E=2,17 pada bahan GC Reline Ultrasoft, berdasarkan uji
statistik terlihat adanya pengaruh thermocycling terhadap stabilitas warna. Hal ini disebabkan sifat individual dari setiap bahan, seperti penyerapan air dan solubilitas (Goiato dkk. 2009).
96
2.9 Hipotesis Penelitian 1.
Ada
pengaruh
thermocyclingterhadap
penyerapan
air
bahan
basisgigitiruan nilon termoplastik tanpa E-glass fiber,dengan penambahan E-glass fiber 1% dan 1,5% 2. Ada pengaruh thermocyclingterhadap stabilitas warna bahan basis gigitiruan nilon termoplastik tanpa E-glass fiber,dengan penambahanE-glass fiber1% dan 1,5% 3. Ada pengaruh penambahan E-glass fiber1% dan 1,5%terhadappenyerapan air pada bahan basis gigitiruan nilon termoplastikyang tidak dan yang dilakukanthermocycling. 4. Ada pengaruh penambahan E-glass fiber1% dan 1,5%terhadapstabilitas warna pada bahan basis gigitiruan nilon termoplastikyang tidak dan yang dilakukanthermocycling.
97
QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture.
QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture.
