LAPORAN PRAKTIKUM ILMU MATERIAL I (REVISI)Topik : Setting Time Gipsum Tipe II Berdasarkan W:P RatioKelompok : A5aTgl. Praktikum : 9 April 2013Pembimbing : Devi Rianti drg.,M.Kes

Penyusun :NoNamaNim1Rega Maurischa A. P0212111310572Setian Fitri Sayekti0212111310583Viviana Saputra0212111310594Risky Anita Oktaviani0212111310605Cyntia Nur Malikfa N0212111310616Ardista Rani Lestari0212111310627Belgiz Anasis021211131063

DEPARTEMEN MATERIAL KEDOKTERAN GIGIFAKULTAS KEDOKTERAN GIGIUNIVERSITAS AIRLANGGA2013

1. TUJUANSetelah praktikum, mahasiswa mampu:a. melakukan manipulasi gipsum plaster dengan tepatb. mengukur initial setting time dengan tepat berdasarkan variasi perubahan rasio W/Pc. mengukur final setting time dengan tepat berdasarkan variasi perubahan rasio W/P

2. ALAT DAN BAHAN :2.1. Bahana. Gipsum tipe plaster

Gambar 1. Gipsum plasterb. Air PAM2.2 Alat a. Mangkuk karetb. Spatula

Gambar 2. Mangkuk karet dan Spatula

c. Gelas ukur

Gambar 3. Gelas ukurd. Stopwatche. Timbangan analitik

Gambar 4. Timbangan analitikf. Cetakan bentuk cincin

Gambar 5. Cetakan bentuk cincin

g. Vaselin

Gambar 6. Vaselineh. Vibrator

Gambar 7. Vibratori. Jarum Gillmore

Gambar 8. Jarum Gillmorej. Lempeng Kaca

Gambar 9. Lempeng Kaca

3. Cara Kerja3.1 Pencampuran gipsuma. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan untuk praktikum.b. Menimbang bubuk gipsum plaster sebanyak 50 gram dan mengukur air PAM sebanyak30 ml.c. Memasukkan air yang telah diukur ke dalam mangkuk karet terlebih dahulu, kemudian memasukkan bubuk gipsum sedikit demi sedikit ke dalam mangkuk karet dan dibiarkan mengendap selama 30 detik untukmenghilangkan gelembung udara.d. Menyalakan stopwatch pada saat mulai pencampuran antara gipsum dan air, pada saat itu mulai dihitung setting time.e. Mengaduk gipsum dan air sampai homogen menggunakan spatula dengan gerakan memutar selama 1 menit, bersamaan dengan itu memutar mangkuk karet secara perlahan-lahan. Kemudian meletakkan adonan gipsum di atas vibrator dengan kecepatan rendah selama 30 detik untuk menghilangkan gelembung udara.f. Mengolesi cetakan dengan vaselin, kemudian menuangkan adonan gipsum ke dalam cetakan di atas vibrator yang sudah dihidupkan dengan kecepatan rendah untuk menghilangkan udara yang terjebak, lalu meratakan permukaan cetakan.

Gambar 10. Meletakkan cetakkan di atas vibrator

3.2 Pengukuran pengerasan awal (initial setting) a. Menyalakan stopwatch dan mulai mengukur pada saat adonan dituang ke dalam cetakan, lalu meletakkan cetakan di bawah jarum Gillmore dengan berat beban pounddan penampang jarum 1/12 inch. Kemudian menusuk permukaan adonan gipsum dengan gerakan cepat dan mengangkat jarum kembali, membersihkan ujung jarum dengan tissue.b. Mengulangi penusukan pada permukaan adonan setiap 30 detik sambil memutar cetakan untuk mendapatkan daerah tusukan yang berbeda.c. Mengulangi gerakan ini sampai jarum tidak dapat menusuk permukaan adonan gipsum, pada saat itu stopwatch dimatikan dan mencatat waktu.

Gambar 11. Menusuk permukaan cetakan dengan jarum Gillmore untuk menentukan initial setting

3.3 Pengukuran pengerasan akhir (final setting)a. Setelah jarum Gillmore dengan ukuran 1/12 inch tidak dapat menusukpermukaan adonan gipsum lagi, kemudian memindahkan cetakan gipsum ke bawah jarum berukuran 1/24 inch dengan beban 1pound.b.Menyalakan stopwatch pada saat menusuk permukaan adonan gipsum dengan cara seperti pada pengukuran initial setting sampai jarum tidakdapat menusuk permukaan adonan gipsum. Pada saat itu stopwatch dimatikan dan mencatat waktu.

Gambar 11. Menusuk permukaan cetakan dengan jarum Gillmore untuk menentukan final setting

4. HASIL PRAKTIKUM Praktikum kami lakukan sebanyak tiga kali dengan w/p rasio yang berbeda. Praktikum pertama kami lakukan dengan perbandingan w:p 50:30, praktikum kedua 40:30, dan yang ketiga 50:35. Pengukuran initial setting dan final setting pada saat praktikum diamati setiap 30 detik sekali sampai setting time. Dari praktikum yang kami lakukan kami mendapatkan hasil sebagai berikut:Tabel 1. Hasil PraktikumPercobaanPencampuran GipsumInitial SettingFinal Setting

WaktuPutaranWaktuTusukanWaktuTusukan

I1 menit9927.09.003330.40.006

II1 menit10924.00.003428.00.008

III1menit7523.07.003128.07.0010

Ket : Percobaan I= 50 : 30Percobaan II= 40 : 30Percobaan III= 50 : 35Pada percobaan ini, digunakan gipsum tipe II, yaitu dental plaster untuk model. Temperatur air yang digunakan untuk masing-masing percobaan sama, yaitu pada suhu ruang.

5. PEMBAHASAN Gipsum adalah mineral yang dihasilkan secara alami di pegunungan,berupa bubuk putih, dengan rumus kimia kalsium sulfat dihidrat (CaSQ4 2H2O). Gipsum yang banyak ditemukan di alam ini telah digunakan untuk membuat cetakan gigi sejak tahun 1756. (Anusavice, 2003. hal 256)Menurut standar dari ISO tentang produk gipsum kedokteran gigi dapat diklasifikasikan menjadi lima tipe sebagai berikut: (McCabe, 2008. hal 32)Tipe 1: Dental plaster, impressionTipe 2: Dental plaster, modelTipe 3: Dental stone, die, modelTipe 4: Dental stone, die, high strength, low expansionTipe 5: Dental stone, die, high strength, high expansionProduk plaster dan stone diproduksi oleh kalsium sulfat dihidrat, atau gipsum. Secara komersial, gipsum tipe ini akan terbentuk pada temperatur 110o sampai 120o C (230o sampai 250o F) yang dibutuhkan air untuk mengubah CaS04 2H2O menjadi CaSO4 H2O. Hal ini sesuai dengan reaksi berikut ini: (Anusavice, 2003. hal 257)

Dental Plaster (Plaster of parish) diproduksi melalui sebuah proses yang disebut kalsinasi. Gipsum dipanaskan pada temperatur 120o C untuk menghilangkan bagian dari air kristalisasi. (McCabe, 2008. hal 33)Besarnya Partikel dental plaster ini tidak teratur, berpori yang kadang-kadang disebut sebagai partikel -hemihidrat. Pemanasan berlebih dari gipsum tipe ini dapat menyebabkan kerugian lebih lanjut dari air untuk membentuk kalsium sulfat anhidrit (CaSO4), sementara pemanasan yang kurang akan menghasilkan konsentrasi signifikan dihidrat sisa. Adanya dua pengaruh tersebut akan berpengaruh terhadap karakteristik terhadap dental plaster yang dihasilkan. (McCabe, 2008. hal 33)Berikut ini adalah gambar partikel dari dental plaster yaitu -hemihidrat jika dibandingkan dengan -hemihidrat.

Gambar 10. Partikel kalsium sulfat -hemihidrat (dental plaster) (x235) (McCabe, 2008 hal 33)

Gambar 11. Partikel kalsium sulfat -hemihidrat (dental stone) (x235) (McCabe, 2008. hal 33)

Berikut adalah tabel mengenai W/P rasio yang dianjurkan untuk memenuhi reaksi kimia yang terjadi saat pencampuran dan perbandingan sifat dari semua tipe gipsum.Tabel 2. W/P rasio untuk model gipsum dan die material (McCabe, 2008. hal 34)

Tabel 3. Sifat dari produk gipsum (McCabe, 2008. hal 36)

PropertyType 1Type 2Type 3Type 4Type 5

Initial setting time (min)-5 - 105 - 205 - 205 - 20

Setting time (min)420202020

Setting expansion (%)0 0,150 0,300 0,200 0,150,16 0,30

Compressive strength 1 h (MPa)612254040

Compressive strength 24 h (MPa)-24707575

Flexural strength 24 h (MPa)11152020

Detail reproduction (m)7575505050

Setting time adalah waktu yang diperlukan untuk reaksi akan selesai. Jika laju reaksi yang terlalu cepat atau materi memiliki setting time singkat, massa campuran mungkin mengeras sebelum operator dapat memanipulasi dengan benar. Di sisi lain, jika laju reaksi terlalu lambat, waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan manipulasi terlalu lama. Oleh karena itu, pengaturan waktu yang tepat adalah salah satu karakteristik paling penting dari bahan gipsum. (Craigs, 2002. hal 397) Reaksi kimia dimulai pada saat bubuk dicampur dengan air, tetapi pada tahap awal hanya sebagian kecil dari hemihydrate diubah menjadi gipsum. Massa yang baru saja dicampur memiliki konsistensi setengah cair dan dapat dituangkan ke dalam cetakan berbagai bentuk. Semakin lama reaksi, kristal kalsium sulfat dihidrat semakin banyak diproduksi. Viskositas massa campuran meningkat, dan massa tidak bisa lagi mengalir dengan mudah ke dalam celah dari cetakan. Hal ini disebut working time. (Craigs, 2002. hal 398)Final setting time didefinisikan sebagai waktu di mana materi tersebut dapat dipisahkan dari kesan tanpa distorsi atau fraktur. Initial setting adalah waktu yang diperlukan untuk produk gipsum untuk mencapai kekerasan (arbitrary stage) dalam proses pengaturan mereka. Dalam kasus normal, arbitrary stage ditandai oleh bentuk setengah keras setelah melewati working time tetapi belum sepenuhnya ditetapkan. Pada pengaturan akhir, konversi kalsium sulfat hemihidrat ke kalsium sulfat dihidrat hampir selesai. (Craigs, 2002. hal 398)

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi setting time, yaitu:1. W/p ratio dari campuran Jika bubuk yang digunakan dalam campuran melebihi aturan yang dianjurkan dalam hal ini campuran akan menjadi lebih kental. Apabila bubuk yang digunakan lebih banyak, maka kristal dihidrat yang terbentuk akan lebih cepat terikat akibat dari letak kristal dihidrat tersebut yang berdekatan. Hal ini yang menyebabkan setting time yang lebih cepat. Demikian sebaliknya, bila air yang ditambahkan lebih banyak maka setting time akan menjadi lebih lama dan kekuatan gipsum akan cenderung menurun. 2. SpatulasiPada batas batas tertentu peningkatan jumlah spatulasi (baik kecepatan spatulasi, waktu maupun keduanya) dapat memperpendek setting time. Pada saat bubuk dimasukkan dalam air yang terdapat pada mangkuk karet, reaksi kimia dimulai, dan beberapa kalsium sulfat dihidrat terbentuk (Craigs, 2002. hal 395-396).Selama spatulasi kalsium sulfat dihidrat yang terbentuk mulai hancur menjadi bagian yang lebih kecil dan terbentuk baru pada pusat dari inti di sekitar kalsium sulfat dihidrat yang dapat diendapkan. Karena peningkatan jumlah dari spatulasi menyebabkan pusat inti terbentuk. Konversi kalsium sulfat hemihidrat ke kalsium sulfat dihidrat membutuhkan waktu yang lama. Jadi, lebih cepat pengadukan akan mempercepat setting time, lebih cepat pengadukan maka akan menambah setting expansion (Craigs, 2002. hal 395-396). Pengadukan dilakukan sampai gipsum mengalami pengerasan dan mengalami proses setting. Pengadukan yang optimal adalah 120 kali dalam 1 menit. Selain itu, lama pengadukan juga akan mempengaruhi setting time dari gipsum ini. Pengadukan yang terlalu lama dapat menyebabkan setting time yang semakin cepat. Lebih jelasnya proses pencampuran ini akan dijelaskan oleh reaksi di bawah ini.

Kalsium sulfat dihidrat + air kalsium sulfat hemihidrat + panas (CaSO4)2.H2O 3H2O 2CaSO4.2H2O

3. SuhuPerlu diperhatikan juga terdapat faktor lain yang berpengaruh dalam penentuan setting time dari gipsum. Suhu dari air yang digunakan untuk pencampuran, serta suhu lingkungan memiliki efek pada reaksi setting dari produk gipsum. Suhu memiliki dua efek utama pada reaksi setting dari produk gipsum. Efek pertama dari peningkatan suhu adalah perubahan kelarutan relatif dari kalsium sulfat hemihidrat dan kalsium sulfat dihidrat yang mengubah laju reaksi. Rasio kelarutan dari kalsium sulfat dihidrat dan kalsium sulfat hemihidrat pada 20 adalah sekitar 4,5. Dengan peningkatan suhu maka rasio kelarutan menurun, sampai 100 tercapai. Ketika suhu 100, tidak ada reaksi yang terjadi. Apabila rasio kelarutan menurun, reaksi diperlambat, maka setting time meningkat. (Craigs, 2002. hal 396)4.Penambahan akselerator dan retarderPenambahan bahan kimia dalam bentuk akselerator atau retarder, yang biasanya ditambahkan oleh pabrikuntuk mengatur setting time, juga mempunyai efek untuk menurunkan nilai setting expansion dengan cara mengubah bentuk kristal dihidrat yang terbentuk. Oleh karena itu, akselerator atau retarder disebut juga sebagai antiexpantion agent. Bahan kimia yang biasanya digunakan sebagai akselerator adalah potassium sulfat, sedangkan yang digunakan sebagai retarder adalah boraks. (McCabe and Walls, 2008. hal 37)5.KelembabanPada teori partikel, nucleus yang bertumbukan pada dental gypsum lebih banyak dan sering terjadi di tepi cetakan, Dinding cetakan berfungsi sebagai pembatas ruang gerak partikel atau nucleus. Sehingga pada tepi inilah lebih besar kemungkinan terjadi tumbukan antar partikel gipsum, sehingga lebih cepat bereaksi dan mencapai final setting.

Berdasarkan data yang diperoleh, hasil menunjukkan bahwa perbedaan w:p rasio memiliki pengaruh pada setting time. Percobaan ini dilakukan dalam suhu air dan suhu ruang yang sama dengan mengganti w:p (water:powder).Jumlah pengadukan yang dianjurkan dalam praktikum ini adalah 120 putaran/menit. Akan tetapi pada saat praktikum, jumlah pengadukan berbeda-beda pada tiap percobaan. Pada percobaan pertama dilakukan 99 putaran/menit. Pada percobaan kedua 109 putaran/menit, sedangkan percobaan ketiga dilakukan 75 putaran/menit.Setting time dibedakan menjadi dua tahap, yaitu tahap initial setting dan tahap final setting. Pada tabel hasil percobaan pertama didapatkan bahan gipsum dengan perbandingan w:p rasio 30 ml air : 50 gram membutuhkan waktu 27 menit 9 detik untuk mencapai initial setting dan membutuhkan waktu 30 menit 40 detik untuk final setting. Sedangkan pada gipsum dengan w:p rasio 30 ml air : 40 gram membutuhkan waktu 24 menit untuk mencapai initial setting dan untuk mencapai final setting membutuhkan waktu 28 menit. Untuk w:p rasio 35 ml air : 50 gram, membutuhkan 23 menit 7 detik untuk mencapai tahap initial setting 28 menit 7 detik untuk mencapai tahap final setting.Pada percobaan ini terjadi ketidaksesuaian dengan teori. Dengan meninjau teori yang ada, seharusnya urutan setting time berdasarkan w:p rasio adalah percobaan pertama yang memiliki setting time tercepat, lalu percobaan ketiga, dan yang terlama adalah kedua. Sedangkan pada hasil akhir dari percobaan ini, didapatkan data urutan setting time tercepat, yaitu kedua, lalu percobaan ketiga, dan yang terlama adalah percobaan pertama.Setelah mengidentifikasi, diduga kejanggalan dari hasil percobaan terletak pada percobaan pertama dan kedua. Dimana jumlah pengadukan pada percobaan kedua lebih banyak daripada percobaan pertama. Hal ini sangat berpengaruh karena semakin panjang pengadukan pada percobaan kedua maka akan mengakibatkan setting time-nya lebih cepat.Faktor kesalahan manusia dalam melakukan percobaan (human error) juga diduga menjadi salah satu penyebab ketidaksesuaian hasil praktikum dengan teori sebelumnya. Setiap percobaan dilakukan oleh operator yang berbeda sehingga menimbulkan perbedaan persepsi saat menentukan initial danfinal setting time dengan menggunakan jarum Gillmore. Hal inilah yang mengakibatkan ketidakakuratan data dalam menentukan setting time dari gipsum tipe II.

6. KESIMPULAN Dari hasil yang kami dapatkan dapat disimpulkan bahwa setting time pada gipsum plaster dipengaruhi oleh w/p ratio dan lama pengadukan. Semakin banyak air yang digunakan, setting time gipsum semakin lama. Semakin banyak bubuk gipsum yang digunakan, setting time semakin cepat. Pengurangan water dan powder dapat memperlambat setting time, sedangkan penambahan water dan powder dapat memperlambat setting time. Sama halnya dengan lama pengadukan, semakin lama pengadukan maka waktu setting time akan semakin cepat dan begitu pula sebaliknya.

DAFTAR PUSTAKA1. Anusavice, KJ, 2003, Philips Science of Dental Materials, 11th ed, Westline Industrial Drive, St. Louis, Missouri.2. McCabe, JF and Walls, AWG, 2008, Applied Dental Materials 9th ed, Blackwell, Munksgaard., 3. Craig, Robert G, and John M. Power. 2002. Restorative Dental Material: 11th edition. United State of America : Mosby.