Pengaruh Bahan Aditif Terhadap Karakteristik Fisik dan Mekanik dari Rigid Polyurethane Foam Berbasis Rapeseed Oil Polyol Sebagai Model Tulang Buatan

Mirhendy, Prandhito Hasri (2023) Pengaruh Bahan Aditif Terhadap Karakteristik Fisik dan Mekanik dari Rigid Polyurethane Foam Berbasis Rapeseed Oil Polyol Sebagai Model Tulang Buatan. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000082_Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Simulasi jaringan tubuh seperti otot polimerik dan tulang buatan sangat diperlukan dalam ilmu kedokteran dan kesehatan. Pendidikan dokter spesialis dan subspesialis ortopedi sangat membutuhkan model tulang buatan sebagai media untuk melakukan latihan prosedur operasi seperti operasi patah tulang dan operasi penggantian sendi. Model tulang buatan manusia ini dapat dibuat dari bahan polyurethane foam sebagai salah satu alternatif material karena dapat dibuat dengan karakteristik mirip dengan tulang asli manusia. Polyurethane foam dibentuk oleh campuran utama polyol dan isocyanate dengan penambahan bahan aditif untuk memodifikasi sifat fisik dan mekanik dari polyurethane foam yang terbentuk. Bahan aditif yang sering digunakan antara lain adalah blowing agent berupa air distilasi, katalis, dan surfaktan. Polyol yang saat ini banyak digunakan adalah petroleum-based polyol. Namun semakin meningkatnya perhatian terhadap lingkungan dan sustainability, maka penggunaan renewable based lebih digalakkan termasuk dalam hal ini adalah penggunaan renewable based polyol untuk membuat polyurethane foam. Sayangnya penelitian terkait pengaruh aditif yang umumnya ditambahkan dalam membuat polyurethan foam belum banyak dikaji ketika polyol yang digunakan adalah renewable based. Dalam penelitian ini, pengaruh aditif berupa air distilasi sebagai blowing agent, amine katalis dan silicon glycol surfaktan terhadap karakteristik fisik dan mekanik rigid polyurethen foam (RPUF) dengan renewable-based raapseed oil polyol akan diinvestigasi. Parameter yang divariasikan adalah penambahan air sebesar 0,2; 0,6 ; dan 1,0 gram part per hundred gram part of polyol (pphp), penambahan katalis sebesar 0,2; 0,4; dan 0,6 pphp, serta penambahan surfaktan dengan variasi 2 ; 4 ; 10 pphp. RPUF yang dibuat selanjutnya diuji dengan pengujian makrografi, pengujian densitas, pengujian void content, pengujian compressive strength dan compressive modulus, sesuai dengan standard ASTM F-1839. Pengujian SEM juga dilakukan untuk mempelajari pengaruh aditif tersebut terhadap terbentuknya struktur foam cell dari RPUF. Hasil penelitian menunjukkan bahwa RPUF dengan penambahan air yang semakin tinggi akan membuat karakteristik fisik dan mekanik yang dihasilkan semakin turun, karena air berfungsi sebagai blowing agent membuat ukuran sel yang semakin besar sehingga dinding foam cell yang terbentuk makin tipis. Katalis akan meningkatkan karakteristik fisik dan mekanik RPUF ketika jumlahnya makin bertambah karena katalis mempercepat gelling reaction dan blowing reaction, sehingga dihasilkan ukuran foam cell yang kecil dengan dinding foam cell yang lebih tebal. Surfaktan juga memberikan efek serupa dengan katalis dimana sifat fisik dan mekanik RPUF makin meningkat dengan makin bertambahnya kandungan surfaktan yang ada. Kadar surfaktan yang semakin tinggi akan menurunkan surface tension sehingga aditif dapat terlarut dengan homogen pada polyol dan dapat bereaksi sempurna dengan isocyanate membentuk RPUF. Hal ini memudahkan terbentuknya foam cell sehingga semakin banyak foam cell yang terbentuk dan mencegah bertumbuhnya foam cell saat reaksi terjadi.
================================================================================================================================
In the realm of medicine and healthcare, simulating body networks like polymer muscles and artificial bones is of utmost importance. Specialist and subspecialist orthopedic doctors rely on artificial bone models for practicing surgical procedures such as bone fracture repairs and joint replacements. Human artificial bones can be crafted using polyurethane foam, an alternative material that mimics the properties of real human bones. Polyurethane foam is created by combining polyol and isocyanate, with the incorporation of additives to modify its physical and mechanical characteristics. Commonly used additives include a blowing agent (distilled water), catalysts, and surfactants. While petroleum-based polyol is currently widely used, there is growing interest in adopting renewable-based polyol to produce polyurethane foam, driven by environmental and sustainability concerns. However, limited research exists on the impact of additives when renewable-based polyol is utilized. This study aims to examine the effects of specific additives - distilled water as a blowing agent, amine catalyst, and silicon glycol surfactant - on the physical and mechanical properties of rigid polyurethane foam (RPUF) made with renewable-based raapseed oil polyol. Various parameters will be investigated, including the addition of water at 0.2, 0.6, and 1.0 grams per hundred grams of polyol (pphp), catalyst at 0.2, 0.4, and 0.6 pphp, and surfactant at 2, 4, and 10 pphp. The resulting RPUF samples will undergo macrography, density, void content, compressive strength, and compressive modulus testing following ASTM F-1839 standards. Additionally, SEM testing will be conducted to study the effect of these additives on the foam cell structure of RPUF. The research findings reveal that higher water content in RPUF leads to diminished physical and mechanical characteristics. This can be attributed to water acting as a blowing agent, resulting in larger cell sizes and thinner foam cell walls. Conversely, catalysts enhance the physical and mechanical properties of RPUF as their amounts increase. Catalysts expedite the gelling and blowing reactions, leading to smaller and thicker foam cell walls. Similarly, surfactants exhibit a comparable effect to catalysts, as higher surfactant content improves the physical and mechanical properties of RPUF. Increased surfactant levels reduce surface tension, facilitating better dissolution and homogeneity in the polyol, consequently promoting the formation of more foam cells during the reaction and preventing cell growth throughout the process.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Catalyst, Surfactant, Rigid Polyurethane Foam, Water
Subjects:	R Medicine > RD Surgery
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Prandhito Hasri Mirhendy
Date Deposited:	25 Jul 2023 05:22
Last Modified:	25 Jul 2023 05:22
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/99418

Actions (login required)

View Item