Karakteristik Hasil Proses Injeksi Molding Pada Komposit PLA-HAp-Kitosan dan ABS-HAp-Kitosan Untuk Aplikasi Biomaterial

Wardiana, I Wayan Gede Suputra and Dr. Putu Hadi Setyarini, ST,.MT and Teguh Dwi Widodo, ST.,MT.,PhD. (2022) Karakteristik Hasil Proses Injeksi Molding Pada Komposit PLA-HAp-Kitosan dan ABS-HAp-Kitosan Untuk Aplikasi Biomaterial. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Poly lactic acid (PLA) dan Acrylonitrile butadiene styrene atau lebih sering disebut ABS merupakan polimer yang dapat di aplikasikan ke dalam dunia biomaterial. Untuk memperkuat dan menambah sifat biodegradebel dari polimer maka perlu di tambahkan unsur keramik dan nabati. Unsur keramik tersebut adalah hidroksiapatit atau sering disebut HAp. HAp sendiri merupakan unsur keramik yang memiliki sifat menyerupai tulang dan memiliki kalsium yang tinggi sehingga HAp baik digunakan untuk material substitusi tulang dan gigi sehingga menjadi alasan utama menggunakan HAp dalam penelitian ini. Unsur nabati juga perlu ditambahkan dalam komposit untuk digunakan sebagai anti bakteri sehingga mempercepat pertumbuhan jaringan tulang pada implan. Unsur nabati tersebut adalah kitosan. Dari ketiga bahan tersebut masing-masing bahan memiliki sifat karakteristik yang berbeda seperti PLA memiliki sifat rapuh, kemudian HAp memiliki sifat yang keras dan kitosan memiliki sifat yang kaku. Maka dari itu jika ketiga material tersebut di gabungkan maka akan mempengaruhi sifat mekanik dari komposit yang di hasilkan seperti nilai nilai kekuatan tarik, nilai modulus young’s, dan nilai elongation at break dari komposit. Untuk mengkombinasikan antara polimer dengan serbuk keramik dan kitosan maka digunakan metode injeksi molding. Kelebihan metode injeksi molding yaitu tingkat kepresisian yang tinggi, efisiensi produksi yang relatif besar dan tingkat kegagalan seperti cacat yang rendah. Penelitian ini akan membahas tentang pengaruh penambahan hidroksiapatit dan kitosan pada polimer PLA dan ABS. Adapun variasi komposisi yang divariasikan yaitu PLA-HAp-Kitosan : 90-10-0; 90-8-2; 90-6-4; 90- 4-6; 90- 2-8; 90-0-10, dam ABS-HAp-Kitosan : 90-10-0; 90- 8-2; 90-6-4; 90- 4-6; 90- 2-8; 90-0-10. Suhu yang digunakan pada saat proses injeksi molding yaitu 1900C untuk komposit PLA-HAp-Kitosan dan 2500C untuk komposit ABS-HAp-Kitosan. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui mekanis dan mengkarakterisasi komposit PLA-HAp-Kitosan dan ABS-HAp-Kitosan sehingga pengujian yang dilakukan yaitu pengujian tarik yang bertujuan untuk mengetahui nilai kekuata tarik, nilai modulus young’s, dan nilai elongation at break dari komposit. Kemudian ada pengujian impak yang bertujuan untuk mengetahui energi impak yang terdapat pada komposit. Pengujian FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi dari komposit. Pengujian XRD yang bertujuan untuk mengetahui fasa yang terdapat pada komposit. Pengujian hidrofobik yang bertujuan untuk mengetahui sudut kontak dari komposit. Pengujian immersion yang bertujuan untuk mengetahui laju degradasi dari komposit. Pengujian SEMEDS yang bertujuan untuk mengetahui struktur permukaan dan jumlah kandungan unsur yang terdapat pada komposit. Yang terakhir pengujian TGA yang bertujuan untuk mengetahui stabilitas termal dari komposit.vii Adapun Hasil penelitian yang didapatkan yaitu nilai kekuatan tarik dan nilai elongation at break dari komposit menurun seiring dengan bertambahnya HAp dan kitosan kedalam komposit. Hal ini disebabkan karena pengaruh dari sifat dasar dari HAp dan kitosan yang keras dan kaku. Selain itu dari pengamatan SEM terlihat timbulnya retakan pada permukaan komposit yang di sebabkan oleh HAp yang bertindak sebagai inisiator retak sehingga menimbulkan retakan pada permukaan komposit. kemudian pada pengujian XRD juga terlihat bahwa intensitas puncak dari komposit berkurang hal ini dipengaruhi oleh penambahan HAp ke dalam polimer sehingga kristalitas dari polimer dibatasi oleh HAp dan mempengaruhi menurunnya nilai kekuatan tarik dan elongation at break dari komposit. Selain itu di lihat dari pengujian immersion menunjukan adanya peningkatan berat (massa) dari komposit karena dipengaruhi oleh pori yang terbentuk pada permukaan komposit sehingga memperlambat terjadinya proses hirolisis pada komposit. Dari pengamatan SEM pori yang terbentuk pada permukaan komposit sangat mempengaruhi penurunan nilai kekuatan tarik dan elongation at break dari komposit. Kemudian nilai dari modulus young’s mengalami peningkatan seiring dengan penambahan HAp dan kitosan ke dalam komposit. Hal ini di pengaruhi oleh sifat dasar HAp yang keras dan di tambah sifat dasar dari kitosan yang kaku. Selain itu dilihat dari pengujian FTIR menunjukan penambahan unsur HAp dan kitosan kedalam polimer tidak mengubah gugus fungsi dari polimer sehingga HAp dan kitosan hanya bercampur bersama, namun secara kimia interaksi antara gugus fungsi PLA (C-H, C=C, dan C-O ) dengan gugus fungsi HAp (O-H) ini membuat tegangan permukaan komposit meningkat sehingga menambah kekakuan dari komposit. Dengan bertambahnya kekakuan dari komposit maka akan meningkatkan modulus young’s komposit. Komposisi komposit terbaik adalah komposit dengan komposi 90% ABS, 8% HAp, 2% kitosan dengan nilai kekuatan tarik sebesar 28.34 Mpa, karena pada komposisi tersebut kandungan HAp dan kitosan paling stabil dalam komposit dan di lihat dari pengujian TGA bahwa komposit dengan variasi komposisi tersebut memiliki analisis termal yang baik karena penurunan massa terjadi pada temperatur 2700C dan fenomena ini sudah biasa terjadi pada polimer nanokomposi. Kemudian dilihat dari struktur mikronya komposit dengan komposisi 90%ABS, 8%HAp dan 2% kitosan memiliki struktur berpori karena struktur berpori dapat memberikan ruang yang khus untuk migrasi dan pertumbuhan sel dan di lihat dari standarisasi implan cancellous sudah memenuhi syarat karena syarat implan cancellous memiliki standar beban mekanik sebesar 4 Mpa. Kemudian untuk pengujian impak didapatkan hasil pengujian energi impak paling maksimal di tujukan pada komposisi 90% PLA, 4% HAp, 6% kitosan dengan nilai sebesar 2.59 J sedangkan pada komposit ABS-HAp-Kitosan nilai energi impak yang paling maksimal di tujukan pada komposisi 90% ABS, 2%HAp, 8%kitosan dengan nilai sebesar 1.31 J karena penambahan HAp dan kitosan menambah kekakuan dari komposit sehingga kekuatan impak yang dimiliki lebih tinggi. Kemudian pada pengujian hidrofobisitas didapatkan hasil bahwa penelitian tidak jauh berbeda dengan PLA&ABS murni dengan kompositPLA-HAp-Kitosan dan ABS-HAp-Kitosan karena masih memiliki sifat hydrophilic karena sudut yang dihasilkan lebih kecil dari 900 hal ini disebabkan karena sifat hydrophilic adalah menyerap air. Sedangkan pada analisa EDS terlihat adanya peningkatan pada unsur Ca hal ini diakibatkan oleh penambahan serbuk HAp dan kitosan kedalam komposit.

English Abstract

Poly lactic acid (PLA) and Acrylonitrile butadiene styrene or more often called ABS are polymers that can be applied to the world of biomaterials. To strengthen and increase the biodegradable properties of polymers, it is necessary to add ceramic and vegetable elements. The ceramic element is hydroxyapatite or often called HAp. HAp is a ceramic element that has bone-like properties and has high calcium so that HAp is good for bone and tooth substitution, so that is the main reason for using HAp in this study. Vegetable elements also need to be added in the composite to be used as an anti-bacterial so that it accelerates the growth of bone tissue in the implant. These vegetable substances are chitosan. Each of these three materials has different properties, such as PLA which has brittle properties, then HAp has hard properties and chitosan has rigid properties. Therefore, if the three materials are combined, it will affect the mechanical properties of the resulting composite such as tensile strength, Young's modulus, and elongation at break of the composite. The objective of this research is to determine the mechanical properties and the characterization of the PLA-HAp-Chitosan and ABS-HAp-Chitosan composites. Therefore, the test is carried out through tensile testing in order to determine the strength of composite tensile, young's modulus value, and elongation at break value. Then there's impact testing, which is applied to determine how much impact energy is in the composition. The FTIR test is done to evaluate the functional groups of a certain composite. There’s also XRD testing, which aims to determine the phase content of the composite, and hydrophobic testing, which aims to determine the composite's angle contact. Immersion tests also will be conducted to determine the rate of degradation of the composite. The SEM-EDS test functions to determine the surface structure and the amount of elemental content contained in the composite. The last is the TGA test which aims to determine the thermal stability of the composite. The results obtained are the tensile strength value and elongation at break value of the composite decreased with increasing HAp and chitosan into the composite. This is due to the influence of the basic nature of HAp and chitosan which is hard and rigid. In addition, from SEM observations, it can be seen that there are cracks on the composite surface caused by HAp which acts as a crack initiator, causing cracks on the composite surface. then the XRD test also shows that the peak intensity of the composite is reduced this is influenced by the addition of HAp into the polymer so that the crystallity of PLA is limited by HAp and affects the decrease in the value of tensile strength and elongation at break of the composite. In addition, seen from the immersion test, it showed an increase in the weight (mass) of the composite because it was influenced by the pores formedon the surface of the composite so that it slowed down the hydrolysis process in the composite. From the SEM observations the pores formed on the surface of the composite greatly affect the decrease in the value of the tensile strength and elongation at break of the composite. Then the value of Young's modulus increased along with the addition of HAp and chitosan into the composite. This is influenced by the hard nature of HAp and added to the rigid nature of chitosan. In addition, seen from the FTIR test, the addition of HAp and chitosan elements into the polymer does not change the functional groups of the polymer so that HAp and chitosan only mix together, but chemically the interaction between the PLA functional groups (C-H, C=C, and CO) and the HAp functional groups. (O-H) this makes the surface tension of the composite increase so that it increases the stiffness of the composite. By increasing the stiffness of the composite, it will increase the Young's modulus of the composite. The best composite is a composite with a composition of 90% ABS, 8% HAp, 2% chitosan with a tensile strength of 28.34 Mpa, because in that composition the content of HAp and chitosan is the most stable in the composite. which is good because the mass decrease occurs at a temperature of 2700C and this phenomenon is common in nanocomposite polymers. Then, judging from the microstructure, the composite with a composition of 90% ABS, 8%HAp and 2% chitosan has a porous structure because the porous structure can provide a special space for cell migration and growth. standard mechanical load of 4 Mpa. Then for impact testing, the results of the maximum impact energy test are aimed at the composition of 90% PLA, 4% HAp, 6% chitosan with a value of 2.59 J while the ABS-HAp-Chitosan composite the maximum impact energy value is aimed at the composition 90% ABS, 2% HAp, 8% chitosan with a value of 1.31 J because the addition of HAp and chitosan increased the stiffness of the composite so that the impact strength was higher. Then the hydrophobicity test showed that the research was not much different from pure PLA&ABS with PLA-HApChitosan and ABS-HAp-Chitosan composites because they still have hydrophilic properties because the resulting angle is smaller than 900 this is due to the hydrophilic nature of absorbing air. While the EDS analysis showed an increase in things that occurred due to the addition of HAp powder and chitosan into the composite.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	042307
Uncontrolled Keywords:	PLA, ABS, HAp, Kitosan, Injeksi molding, Komposit-PLA, ABS, HAp, Chitosan, Injection molding, Composite
Divisions:	S2/S3 > Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Depositing User:	Unnamed user with email y13w@ub.ac.id
Date Deposited:	19 Jan 2024 08:43
Last Modified:	19 Jan 2024 08:43
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/212741

Text (DALAM MASA EMBARGO) I Wayan Gede Suputra Wardiana.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (9MB)

Actions (login required)

View Item