Syntax Literate : Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN : 2548-1398 Vol. 5, No. 5 Mei 2020

## STABILITASI FASA KALSIUM PIROFOSPAT PADA TEMPERATUR TINGGI DENGAN PENAMBAHAN ZIRKONIA
Ihsanul Huda, Retno Kusumaningrum, Galuh Sukmarani dan Alfian Noviyanto Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Email:  ihsanulhuda3@gmail.com,  aning@nano.or.id,  galuhsukmarani@nano.or.id  dan a.noviyanto@nano.or.id

## Abstract
Calcium Pirofospat is an excellent biomaterial for use as a substitute for broken or cracked  bones  or  teeth.  Calcium  Pirofospat  is  biocompatible,  bioactive  and  has  a chemical  composition  that  is  close  to  the  composition  of  human  bones  and  teeth. However,  this  biomaterial  has  the  disadvantage  of  being  low  in  mechanical properties  when  used  to  accept  heavy  loads.  Enhancement  of  the  mechanical properties  of  calcium  pyropospate  can  be  done  by  adding  zircon  material. Therefore, this study conducted a study of calcium pyrophosphate phase change by the addition of zircon at high temperatures. Zirconia composition added by 5% and 10% (w / w) Mixing of calcium pyrophosphate was carried out using High Energy Milling (HEM) with Ball Powder Ratio (BPR) of 5: 1 for 30 minutes. The mixture is then  heated  at  a  temperature  of  1000  ℃  for  60  minutes.  The  results  of characterization using XRD showed that heating treatment can decompose calcium pyrophosphate and the formation of  CaZrO 3 . Warming also causes larger particle sizes.  The  SEM  results  show  the  size  of  the  CPP  TA  microstructure  which  was originally  590  ±  43nm  to  CPP  TAZ5  1.212  ±  268nm  and  CPP  TAZ10  1.324  ± 384nm. Whereas for CPP TB which was originally 455 ± 32nm to CPP TBZ5 1.112 ± 546 nm and CPP TBZ10 1.123 ± 392 nm.
Keywords: Calcium Pyrophosphate, Zirconia, High Energy Milling.

## Abstrak
Kalsium  Pirofospat  adalah  biomaterial  yang  sangat  baik  untuk  digunakan  sebagai pengganti  tulang  atau  gigi  yang  rusak  ataupun  retak.    Kalsium  Pirofospat  bersifat biokompatibel,  bioaktif  dan  memiliki  komposisi  kimia  yang  mendekati  komposisi pada  tulang  dan  gigi  manusia.  Namun biomaterial  ini  memiliki  kekurangan  yaitu sifat mekanisnya yang rendah apabila digunakan untuk menerima beban yang berat. Peningkatan  sifat  mekanik  kalsium  pirofospat  dapat  dilakukan  dengan menambahkan material zirkon. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan kajian perubahan  fasa  kalsium  pirofospat  dengan  penambahan  zirkon  pada  temperatur tinggi.  Komposisi  zirkonia  yang  ditambahkan sebesar  5%  dan  10%  (w/w). Pencampuran  kalsium  pirofosfat  dilakukan  menggunakan High  Energy  Milling (HEM)  dengan Ball Powder Ratio (BPR)  sebesar  5:1  selama  30  menit. Campuran selanjutnya  dipanaskan  pada  temperatur  1000 selama  60  menit.  Hasil karakterisasi  menggunakan  XRD  menunjukan  bahwa  perlakuan  pemanasan  dapat mendekomposisi  kalsium  pirofosfat  dan  terbentuknya  CaZrO 3 .  Pemanasan  juga
menyebabkan  ukuran  partikel  semakin  besar.  Hasil  SEM  menunjukkan  ukuran mikrostruktur CPP TA yang semula 590±43nm menjadi CPP TAZ5 1.212±268nm dan CPP TAZ10 1.324±384nm. Sedangkan untuk CPP TB yang semula 455±32nm menjadi CPP TBZ5 1.112±546nm dan CPP TBZ10 1.123±392nm.
Kata kunci: Kalsium Pirofospat, Zirkonia, High Energy Milling.

## Pendahuluan
Kalsium pirofospat merupakan mineral yang mengandung ion kalsium, oksigen dan  fospat  (Su  et  al.,  2017).  Kalsium  pirofospat  dapat  digunakan  sebagai  biomaterial implan  tulang  dan  gigi  (Darwis  &  Warastuti,  2013)  karena  bersifat  biokompatibel, bioaktif  dan memiliki komposisi kimia yang mendekati dari komposisi  keduanya (Lee et al., 2009). Sintetis kalsium pirofospat menyerupai dari Hidroksiapatit yang telah lama dipelajari dan hasilnya telah digunakan sebagai biomaterial (Lin, Liaw, Hon, & Wang, 1995).
Besarnya  potensi  yang  ada  pada  kalsium  pirofospat  dalam  bidang  biomedik, berkembanglah  beberapa  teknik  untuk  membuatnya.  Metode  sintetis  yang  sering dipergunakan adalah metode wet-chemistry . Metode wet-chemistry yang dikenal adalah metode  presipitasi  (Pawarangan  &  Yusuf,  2018),  hydrothermal  (Xu,  Wang,  Yang,  & Tang, 2001) , sol-gel (Rissa & Priatmoko, 2012) dan solvothermal (Ediati, Mudjahid, & Pangastuti,  2015).  Pada  penelitian  kali  ini  metode  solvothermal  dipilih  karena kepraktisannya.
Kalsium  Piropospat  bersifat  rapuh  dan  tingkat  stabilitas  kekuatannya  rendah (Zhou et al., 2016) namun mempunyai kelebihan dibanding dengan hidroksiapatit yaitu tingkat kelarutan dalam tubuh lebih tinggi sehingga secara bertahap dapat menggantikan sebagai tulang yang baru (Geuli, Metoki, Eliaz, & Mandler, 2016) .
Untuk  meningkatkan  fungsi  kalsium  pirofospat  sebagai  biomaterial  yang memiliki  sifat  mekanik  yang  baik  maka  diperlukan  modifikasi  struktur  melalui pembentukan  komposit  dengan  bahan  lain  sebagai  penguat.  Beberapa  bahan  penguat yang  sering  digunakan  adalah  Zirkonia,  Alumina,  Spinel,  dan  Mullit  (Asri, Septawendar, & Sunendar, 2016).
Zirkonia  memiliki  karakteristik  biokompatibilitas,  ketangguhan  retak  dan ketangguhan patah yang baik (Bulut, Erkmen, & Kayali, 2016). Zirkonia adalah bahan dari  keramik  yang  mempunyai  sifat  keras  dan  juga  memiliki  sifat  tahan  terhadap temperatur tinggi  (Baidya, 2013).
Penelitian  tentang  Hidroksiapatit  Zirkonia  pada  pemanasan  1000 telah dilakukan dan   menghasilkan fasa baru yaitu zirkonia tetrahedral (Karlina et al., 2017). Sedangkan  pengaruh  zirkonia  pada  kalsium  pirofosfat  hingga  saat  ini  belum  banyak diteliti. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan kajian penambahan zirkonia pada biomaterial kalsium pirofospat dan pengaruh pemanasan suhu tinggi terhadap fasa campuran.

## Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan serbuk Biomaterial Kalsium Pirofospat dari limbah cangkang  telur  ayam  dan  cangkang  telur  bebek,  yang  dibuat  dengan  menggunakan metode solvothermal .  Kedua  Biomaterial  ini  mempunyai  dimensi  ±0,5  µm  sebagai matrik utama dan serbuk Zirkonia sebagai bahan campuran (Asri et al., 2016).
Serbuk  Zirkonia  yang  ditambahkan  5%  dan  10%  (w/w)  ke  serbuk  Kalsium Pirofospat, seperti pada tabel 1 dibawah ini.
Tabel 1 Komposisi Serbuk Kalsium Pirofospat Zirkonia No Jenis kompositCPP % Zr % Kode 1 Telur Ayam 95 5 CPP TAZ5 2 Telur Ayam 90 10 CPP TAZ10 3 Telur Bebek 95 5 CPP TBZ5 4 Telur Bebek 90 10 CPP TBZ10
Homogenisasi  campuran  dilakukan  menggunakan  alat High  Energy  Milling (HEM)  model Shaker  Mil (Asri  et  al.,  2016)  dengan  Ball  Powder  Ratio  sebesar  5:1 satuan berat selama 30 menit pada setiap komposisinya. Kemudian dilanjutkan dengan proses  pemanasan  pada  temperatur  1000 selama  60  menit  dengan  kecepatan pemanasan dan pendinginan sebesar 5°C /menit.
Untuk  menganalisis  fasa  pada  campuran  tersebut  digunakan  pengujian menggunakan  X-Ray  Diffraction  (XRD,  PANalytical,  Netherlands)  dan  pengamatan struktur mikro pada material hasil pengujian dengan menggunakan  Scanning Elektron Microscopy (SEM, Quanta 650,FEI,USA).
Hasil dan Pembahasan
Gambar 1
Pola Hasil Pengujian XRD (a)Sintetis CPP Telur Ayam (b) CPP TAZ5 (b) CPP

## TAZ10
Gambar  1  memperlihatkan  hasil  dari  pengujian  menggunakan  XRD  untuk sampel    CPP  TAZ5  dan  CPP  TAZ10  setelah  pemanasan  1000°C.  Hasil  dari  analisis XRD, menunjukkan adanya fasa baru CaO dan CaO 2 yang terbentuk pada sampel  CPP
TAZ5  dan  CPP  TAZ10    setelah  dilakukan  pencampuran  dan  pemanasan  1000°C, dengan  fasa  sampingan  yang  terbentuk  adalah CaZr Terbentunya  fasa  baru disebabkan oleh adanya reaksi yang terjadi pada kalsium pirofospat dan zirkonia yang membentuk  Ca dan CaZr Ca kemudian  tereduksi  membentuk  CaO.  Reaksi dekomposisi  kalsium  pirofospat  dapat  dilihat  pada  persamaan  reaksi  (1),(2)  dan  (3). Hasil analisis menunjukkan bahwa semakin besar komposisi zirkonia yang ditambahkan maka  intensitas  fasa CaZr yang  terbentuk  semakin  tinggi.  Dekomposisi  fasa  dapat dilihat pada persamaan reaksi dibawah ini.
+ = + 2 CaZr .. ....... . ..(1) =  2 Ca + ....................(2) 2 Ca = 2 CaO + (g)....... . ...........(3)

## Gambar 2

## Pola Hasil Pengujian XRD CPP Telur Bebek, CPP TBZ5 dan CPP TBZ10
Gambar 2 menunjukkan hasil dari pengujian menggunakan XRD untuk sampel CPP TBZ5 dan CPP TBZ10 setelah proses pencampuran dan  pemanasan 1000°C. Hasil dari  analisis  XRD  menunjukkan  bahwa  CPP  TBZ5  dan  CPP  TBZ10  memperlihatkan perubahan dekomposisi dari fasa sebelumnya yaitu
ke bentuk fasa CaO dan
Ca ,  dengan  fasa  sampingan  yang  terbentuk CaZr Terbentuknya  fasa
CaZr terlihat  dari  meningkatnya    peak  fasa CaZr pada    CPP  TBZ10.  Semakin banyak  penambahan  komposisi  Zirkonia  maka  semakin  meningkat  pula  peak  fasa CaZr Peningkatan  fasa  juga  terjadi  pada  fasa  Ca .  Penambahan  zirkonia  yang banyak  menyebabkan  reaksi  pembentukan CaZr semakin  banyak  pula,  baik  pada CPP TA maupun CPP TB .
(a) (b)
(c) Gambar 3 Hasil SEM dari  (a) CPP TA  (b) CPP TAZ5, dan  (c) CPP TAZ10 setelah  pemanasan1000°C
1µm 1µm
(e)
(f)
Gambar 4
Hasil SEM dari (d) CPP TB (e) CPP TBZ5 dan (f) CPP TBZ10 setelah pemanasan 1000°C
Gambar 3 dan 4 menunjukkan bahwa ukuran mikrostruktur dari CPP TA5, CPP TBZ5 dan ukuran mikrostruktur CPP TA10, CPP TBZ10 lebih besar dan lebih seragam dibanding  ukuran  mikrostruktur  CPP  TA  dan  CPP  TB.  Hal  ini  disebabkan  oleh pemanasan  1000°C  dan  penambahan  Zirkonia.  Semakin  banyak  penambahan  Zirkonia maka ukuran mikrostruktur nya semakin besar. Seperti terlihat pada tabel 2 dibawah ini.

## Tabel 2

## Hasil Pengukuran Partikel Campuran CPP
Komposisi  CPP TA CPP TAZ5  CPP TAZ10  CPP TB CPP TBZ5  CPP TBZ10 Ukuran Partikel 590±43 nm 1.212±268 nm 1324±384 nm 455±32 nm 1.112±546 nm 1.123±392 nm
Berdasarkan  pengujian  XRD  bisa  dilihat  bahwa  semakin  banyak  fasa  yang terdapat pada bahan maka ukuran mikrostrukturnya semakin besar. Hal ini disebabkan oleh  faktor  pemanasan  dan  campuran  zirkonia.  Sesuai  dengan  hasil  pengujian  XRD yang  menunjukkan  fasa  setelah  proses  pemanasan  1000°C  dan  penambahan  campuran Zirkonia  baik  CPP  TAZ5,  CPP  TBZ5  atau  CPP  TAZ10,  CPP  TBZ10  mendapatkan fraksi  fasa  yang  beragam.  Ukuran  mikrostruktur  yang  besar  disebabkan  oleh  adanya fasa  baru  yang  terbentuk  pada  pencampuran  kalsium  pirofospat  dan  zirkonia. Sedangkan  pada  proses  setelah Solvothermal hanya  menghasilkan  satu  fasa  yaitu dan tanpa ada fasa lain, meskipun ada prosentasenya kecil.

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  dari  penelitian  ini  bahwa  komposit  biomaterial  Kalsium Pirofospat  baik  yang  berasal  dari  cangkang  telur  ayam  maupun  cangkang  telur  bebek, setelah  proses  pencampuran  dan  pemanasan  pada  temperatur  1000°C  dengan penambahan komposit Zirkonia tidak dapat stabil pada fraksi fasanya. Terlihat dari hasil pengujian XRD yang mengalami dekomposisi. Sesuai dengan reaksi kimia
+ dipanaskan pada temperatur 1000°C akan bereaksi, fasa yang terbentuk + + dan  fospatnya  akan  menguap.  Selanjutnya dipanaskan  akan berubah  menjadi  CaO+
sehingga akan  menguap  dan  akan  menghasilkan produk akhir yaitu berupa fasa CaO, dan
Untuk  ukuran  mikrostruktur  dari  biomaterial  CPP  yang  baru  mengalami perubahan  bentuk  menjadi  lebih  besar  dan  lebih  beraturan  dibanding  ukuran mikrostruktur  sebelumnya.  Hal  ini  disebabkan  oleh  proses  pemanasan  1000°C  serta penambahan  Zirkonia.  Untuk  studi  selanjutnya  diperlukan,  guna  mendapatkan  nilai pemanasan yang sesuai yang tidak merubah komposisi kimia pada Kalsium Pirofospat agar dalam memodifikasi Kalsium Pirofospat Zirkonia bisa tercapai.

## BIBLIOGRAFI
Asri, Lia, Septawendar, Rifki, & Sunendar, Bambang. (2016). Zirkonia untuk Aplikasi Material Restorasi Gigi. Jurnal Keramik Dan Gelas Indonesia , 25 (2), 79–88.
Baidya,  Sudip  Sukla.  (2013). Preparation  and  Characterization  of  Hydroxyapatite– Zirconia Composite .
Bulut, B., Erkmen, Z. E., & Kayali, E. S. (2016). Biocompatibility of Hydroxyapatite- Alumina  and  Hydroxyapatite-Zirconia  Composite  including  Commercial  Inert Glass (CIG) as a Ternary Component. J. Ceram. Sci. Tech , 7 (03), 263–276.
Darwis,  Darmawan,  &  Warastuti,  Yessy.  (2013).  Sintesis  dan  karakterisasi  komposit hidroksiapatit (HA) sebagai graft tulang sintetik. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop Dan Radiasi , 4 (2).
Ediati,  Ratna,  Mudjahid,  Muhammad  Nadjib,  &  Pangastuti,  Pradipta.  (2015).  Sintesis Zif-8  dengan  Metode  Solvotermal  dalam  Pelarut  Etanol  dan  Dimetilformamida. Jurnal Sains Dan Seni ITS , 4 (1), 15572.
Geuli, Ori, Metoki, Noah, Eliaz, Noam, & Mandler, Daniel. (2016). Electrochemically driven  hydroxyapatite  nanoparticles  coating  of  medical  implants. Advanced Functional Materials , 26 (44), 8003–8010.
Karlina, Elin, Djustiana, Nina, Joni, I. Made, Febrida, Renny, Panatarani, Camellia, & Zakyah,  Akhyar  Dyni.  (2017).  Analisis  Mikrostruktur  Partikel  Zirkoniakalsia- silika (ZrO 2-CaO-SiO) Dari Pasir Zirkon Alam Indonesia Menggunakan Metode Spray Pyrolysis. Jurnal Material Kedokteran Gigi , 6 (1), 23–32.
Lee,  Jae  Hyup,  Hwang,  Chang‐Ju,  Song,  Byung‐Wook,  Koo,  Ki‐Hyung,  Chang, Bong‐Soon,  &  Lee,  Choon‐Ki.  (2009).  A  prospective  consecutive  study  of instrumented  posterolateral  lumbar  fusion  using  synthetic  hydroxyapatite (Bongros®‐HA)  as  a  bone  graft  extender. Journal  of  Biomedical  Materials Research  Part  A:  An  Official  Journal  of  The  Society  for  Biomaterials,  The Japanese  Society  for  Biomaterials,  and  The  Australian  Society  for  Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials , 90 (3), 804–810.
Lin,  Feng  Huei,  Liaw,  Jen  Ren,  Hon,  Min  Hsiung,  &  Wang,  Cheng  Yi.  (1995).  The effects  of  Na4P2O7·  10H2O  addition  on  the  mechanical  properties  of  sintered Ca2P2O7 bioceramic. Materials Chemistry and Physics , 41 (2), 110–116.
Pawarangan,  I.,  &  Yusuf,  Y.  (2018).  Characteristics  of  hydroxyapatite  from  buffalo bone waste synthesized by precipitation method. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , 432 (1), 12044. IOP Publishing.
Rissa, L. V, & Priatmoko, S. (2012). Sintesis Lapis Tipis Berbasis Nanopartikel Titania Termodifikasi  Silika  Secara  Sol-gel  Sebagai  Bahan  Antifogging. Jurnal  Mipa ,
Su, Yangyang, Li, Kezhi, Zhang, Leilei, Liu, Shoujie, Yuan, Ye, & He, Song. (2017). Calcium  phosphorus  bio-coating  on  carbon/carbon composites:  Preparation,  shear strength and bioactivity. Applied Surface Science , 419 , 503–511.
Xu, Ye, Wang, Dazhi, Yang, Lan, & Tang, Honggao. (2001). Hydrothermal conversion of coral into hydroxyapatite. Materials Characterization , 47 (2), 83–87.
Zhou,  Huan,  Hou,  Saisai,  Zhang,  Mingjie,  Chai,  Hong,  Liu,  Yang,  Bhaduri,  Sarit  B., Yang,  Lei,  &  Deng,  Linhong.  (2016).  Synthesis  of  β-TCP  and  CPP  containing biphasic calcium phosphates by a robust technique. Ceramics International , 42 (9), 11032–11038.