MATERIAL INVESTMENT

xBAB I

PENDAHULUAN

1.     Latar Belakang

Investment  material adalah material yang digunakan untuk menutupi atau mengelilingi pola dari restorasi kedokteran gigi untuk pengecoran (casting) atau molding atau untuk menjaga relasi dari bagian logam saat pematrian.

Terdapat tiga tipe bahan tanam, yaitu gypsum-bonded, phospat-bonded, dan silica-bonded. Ketiganya mengandung silika (SiO2) sebagai substansi pengeras (refractory substance). Perbedaan pada tiga tipe ini terletak pada tipe substansi pengikatnya (binder subtance) yang digunakan.

Dalam bidang ilmu biomaterial kedokteran gigi kita banyak menemui aplikasi penggunaan investment, baik untuk keperluan  klinik maupun  pekerjaan  laboratorium. Antara lain dalam  pembuatan  model dan die, articulating cast, mould, refractory investment, inlay, mahktota (crown), bridge, denture bases dan lain-lain. Karena banyaknya pengunaan investment dalam  Kedokteran Gigi ini, maka perlu untuk mengetahui perbedaan dari ketiga investment tersebut, terutama sifat-sifatnya sehingga akan memudahkan dalam memanipulasi, dan menghasilkan  suatu hasil manipulasi yang maksimal.

2.     Tujuan

a.     Tujuan umum

Untuk mengetahui macam-macam material investmen yang digunakan dalam dunia kedokteran gigi.

b.     Tujuan khusus

Untuk membandingkan macam material investmen yang digunakan dalam dunia kedokteran gigi, yaitu gypsum, phosphat-bonded, dan silica-bonded investment.

3.     Manfaat

Hasil pembuatan makalah ini dapat digunakan untuk meningkatkan pengetahuan mahasiswa kedokteran gigi tentang material investmen yang sering digunakan dalam bidang kedokteran gigi,  khususnya mahasiswa Kedokteran Gigi Universitas Gadjah Mada.

BAB II

PEMBAHASAN

1.     Pengertian Material Investment

Material Invesment adalah materi yang digunakan untuk mengisi cetakan yang telah dibentuk dari pola malam (wax). Ketika wax telah hilang, ruang kosong diisi dengan materi investment yang sesuai dengan ukuran, bentuk dan detail dari restorasi yang  dibuat. Materi ini banyak digunakan untuk membuat inlay, mahktota (crown), bridge dan denture bases dalam aplikasi kedokteran gigi. Titik leleh dari alloy yang digunakan menentukan tipe dari material investment yang akan digunakan.

Kebanyakan Material invesment memiliki tiga kandungan, yaitu :

·        Material Refaktori

·        Substansi Pengikat

·        Bahan kimia lain yang dapat mengubah sifat fisik, seperti mengurangi ekspansi termal, atau mengurangi tingkat oksidasi. Contohnya : sodium klorida, potasium sulfat, magnesium klorida dan graphit.

(Bonsor, dkk., 2012)

2.     Klasifikasi

Struktur pengikat yang menghubungkan antar material refaktori, menandakan adanya kekuatan, mempengaruhi cetakan dengan menentukan ekspansinya. Berdasarkan substansi pengikatnya, material invesment dibagi menjadi :

A.   Gypsum-Bonded Investment

Bentuk gypsum α-kalsium sulfat hemihydrate umumnya digunakan sebagai pengikat untuk penanaman modal dalam pengecoran paduan emas dengan rentang lebur di bawah 1000 ^OC. Saat bahan ini dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi dan penanaman modal benar-benar mengalami dehidrasi, menyusut  jauh dan kadang-kadang patah. Semua bentuk menyusut jauh setelah dehidrasi antara 200 ^OC dan 400 ^OC dan sekitar 700 ^OC, dan kontraksi yang besar kemudian terjadi. Yang terakhir susut kemungkinan besar disebabkan oleh dekomposisi dan pelepasan sulfur deoxide. Dekomposisi ini tidak hanya menyebabkan penyusutan tetapi juga mengotori coran dengan sulfida dari elemen paduan non mulia, seperti perak dan tembaga. Dengan demikian, penanaman modal gipsum tidak boleh dipanaskan di atas 700 ^OC. Namun, untuk produk gypsum yang mengandung karbon, suhu maksimum adalah 650^OC. Sehingga cara ini tepat digunakan dan akan diperoleh paduan terkontaminasi. (Anusavice, dkk., 2013)

Biasanya pengecoran terbuat dari gypsum murni (CaSO4.2H2O). Produk hemihydrate, yang kurang membutuhkan air, pencampuran dan menyusut, adalah pilihan yang optimal sebagai pengikat. (Anusavice,dkk., 2013)

Setting time dapat diukur dengan cara yang sama seperti plester dan dapat dikendalikan dengan cara yang sama. Pengaturan waktu untuk penanaman pengecoran mahkota gigi tidak boleh kurang dari 5 atau lebih dari 25 menit. Biasanya penanaman mahkota yang moderen ditetapkan 9 sampai 18 menit. Untuk pencampuran dan investasi pola sebelum set investasi, adonan didiamkan dalam waktu yang cukup. (Anusavice, dkk., 2013)

Semua gypsum-bonded investment menjalani setting ekspansi (SE)​​, termal ekspansi (TE), dan higroskopis ekspansi (HE). SE biasanya sekitar 0,3% namun meningkat menjadi 1,3% dengan ekspansi higroskopis karena kontak investasi dengan air selama pengaturan misalnya, menempatkan casting ring di air, menggunakan pelapis basah, atau menuangkan air di permukaan investasi. (Fraunhofer, 2013)

Untuk mencapai ekspansi yang cukup, silika harus ditambahkan untuk mengimbangi kontraksi gipsum selama pemanasan. Namun, bila kandungan kuarsa investasi meningkat 60%, dengan sisanya menjadi ikatan kalsium sulfat hemihydrate, kontraksi awal gipsum tersebut tidak dihilangkan. Jika SE telah cukup, casting dibuat pada 700­^oC mungkin akan cocok. Kurva TE dipengaruhi oleh ukuran partikel kuarsa, jenis gipsum pengikat, dan resultan rasio W / P yang diperlukan untuk memberikan campuran yang bisa diterapkan.

Kelemahan dari investasi yang mengandung silika untuk mencegah kontraksi selama pemanasan, adalah bahwa efek melemahnya silika dalam jumlah tersebut kemungkinan akan terlalu besar. Penambahan sejumlah kecil natrium, kalium, klorida atau lithium pada investasi menghilangkan kontraksi yang disebabkan oleh gypsum dan meningkatkan ekspansi tanpa perlu silika dalam jumlah berlebihan. Asam borat memiliki efek yang sama. Asam borat juga mengeras saat set investasi. Namun, dapat terurai selama pemanasan investasi dan membuat permukaan yang kasar pada casting. Silika tidak mencegah penyusutan gipsum tapi mengimbanginya, sedangkan klorida benar-benar mengurangi penyusutan gypsum di bawah suhu sekitar 700 ^OC.

Ketika investment didinginkan dari 700 ^OC, kurva kontraksi mengikuti kurva ekspansi selama inversi (beta) kuarsa atau B (beta) kristobalit B stabil bentuknya a (alfa) pada suhu kamar. Sebenarnya, investasi mengalami kontraksi kurang dari dimensi aslinya. Kontraksi ini tidak berhubungan dengan setiap properti silika, melainkan terjadi karena penyusutan gipsum ketika pertama kali dipanaskan.

Saat investment dipanaskan, ekspansi termal bernilai puncak yang sama dengan ketika pertama kali dipanaskan. Namun, dalam praktiknya investment tidak boleh dipanaskan untuk kedua kalinya karena akan terjadi retak internal dan berkembang. Resistensi fraktur investasi harus cukup untuk mencegah retak, patah massal, atau retak cetakan selama pemanasan dan pengecoran paduan emas. Meskipun kekuatan minimal tertentu diperlukan untuk mencegah fraktur cetakan investment selama pengecoran, kuat tekan tidak boleh terlalu tinggi.

Kehalusan investment dapat mempengaruhi setting time, kekasaran permukaan pengecoran, dan properti lainnya. Hasil silika halus mengalami perluasan higroskopis lebih tinggi daripada silika kasar. Ukuran partikel halus lebih baik daripada yang kasar karena membentuk investment halus, semakin kecil penyimpangan permukaan pengecoran.

Secara umum, kristal gipsum dalam seperangkat investasi memiliki kekurangan yaitu porositas. Dengan demikian, semakin rendah jumlah kalsium sulfat hemihydrate dan lebih banyak air yang digunakan dalam pencampuran investasi, hasilnya akan lebih porus. Ukuran partikel investment juga merupakan faktor penentu porusitas. Semakin seragam ukuran partikel, semakin besar porositasnya. Faktor ini lebih penting daripada ukuran partikel. Campuran partikel kasar dan halus menunjukkan porositas yang lebih sedikit daripada campuran dengan ukuran partikel yang seragam.

Investment berbasis gipsum harus disimpan dengan cara yang sama dengan penyimpanan plester atau dental stone, yaitu dalam kamar penyimpanan dengan kelembaban relatif tinggi, sehingga setting waktu dapat berubah. (Anusavice, dkk., 2013)

B.    Phosphat-Bonded Investment

Jenis investment yang paling umum digunakan untuk casting paduan bertitik leleh tinggi adalah phosphate bonded investment. Jenis investment ini terdiri dari tiga komponen yang berbeda. Salah satu komponen berisi ion fosfat yang larut dalam air. Komponen kedua bereaksi dengan ion fosfat pada suhu kamar. Komponen ketiga adalah komponen tahan api, seperti silika. Material berbeda dapat digunakan dalam setiap komponen untuk mengembangkan sifat fisik yang berbeda. Sistem pengikatan dari suatu tipe phospate-bonded-investment mengalami reaksi asam-basa antara asam fosfat monoammonium (NH₄H₂PO₄) dan magnesium dasar (MgO). Fosfat yang larut, di dalam air bereaksi dengan sedikit magnesium yang larut di permukaannya, membentuk media mengikat dengan partikel filler tertanam dalam matriks. Reaksi kimia pada suhu kamar dapat dinyatakan hanya sebagai berikut: NH₄H₂PO₄ + MgO + H₂O → NH₄MgPO₄ · 6H₂O + H₂O.

Air yang dihasilkan oleh reaksi ini pada suhu kamar menurunkan viskositas campuran selama spatulasi berlanjut. Selama  reaksi berlangsung, partikel koloid terbentuk dengan interaksi yang kuat antara partikel-partikel .

Selama setting, urutan reaksi kimia dan reaksi termal menyebabkan berbagai fase perubahan, menyediakan  kekuatan suhu kamar (kekuatan hijau) dan kekuatan temperatur tinggi yang memungkinkan investment menahan dampak dari paduan bertitik lebur tinggi. Fase yang terbentuk pada suhu tinggi termasuk Mg₂P₂O₇ dan kemudian Mg₃(PO₄)₂. Untuk menghasilkan ekspansi yang lebih tinggi , kombinasi dari ukuran partikel silika yang berbeda yang digunakan .

Investasi ini dapat dicampur dengan air atau dengan cairan khusus yang disediakan oleh pabrik. Cairan khusus ini merupakan bentuk silika sol dalam air. Phosphate-bonded investment memiliki setting  ekspansi yang lebih tinggi ketika mereka dicampur dengan sol silika daripada ketika dicampur dengan air. Dengan campuran yang mengandung silika sol, massa investasi  mampu meluas secara higroskopis, sedangkan jika campuran hanya air, ekspansi higroskopis investment tersebut diabaikan. Tidak semua phosphate-bonded investment,  dapat meluas secara higroskopis. Penggunaan sol silika juga dapat meningkatkan kekuatannya .

Untuk pengecoran phosphat-bonded investment terspesifikasi dalam 2 tipe investment untuk paduan dengan suhu solid di atas 1080 ° C :

Tipe 1 : Untuk inlay, mahkota , dan restorasi tetap lainnya

Tipe 2 : Untuk prostesis gigi lepasan

 (Sakaguchi, dkk., 2012)

C.    Silica-Bonded Investment

Tipe lain dari bahan pengikat untuk penanaman yang digunakan dengan pengecoran  titik lebur tinggi adalah silika-bonded investment. Jenis penanaman ini memperoleh ikatan silika nya dari etil silikat, suatu cairan dispersi silika koloid, atau dari natrium silikat.

Bahan-bahan ini terdiri dari bubuk kuarsa atau kristobalit yang terikat bersama-sama dengan silika gel. Pada pemanasan, silica gel berubah menjadi silika sehingga cetakan secara sempurna dipadati oleh partikel silica. Larutan pengikat umumnya dibuat dengan mencampur etil silikat atau salah satu dari oligomer dengan campuran asam klorida encer dan industrial spirit. Industrial spirit meningkatkan pencampuran etil silikat dan air yang nanti juga akan bercampur. Sebuah hidrolisis yang lambat dari etil silikat terjadi memproduksi asam silikat sol dengan pembebasan etil alkohol sebagai produk sampingan.

Dalam prakteknya, terjadi reaksi yang lebih rumit, bukannya asam tetrasilicic, yang diubah  menjadi SiO₂ - 2H₂O, senyawa polimer silikon terbentuk dengan struktur sebagai berikut

Bahan ini memiliki kandungan silika lebih tinggi dan sifat tahan api lebih baik daripada SiO₂ • 2H₂O .

Etil silikat memiliki kelemahan yaitu menghasilkan komponen yang mudah terbakar selama proses , dan metode ini mahal , sehingga teknik dan metode lain telah dikembangkan untuk mengurangi penggunaan bahan ini. Sodium silikat dan silika koloid adalah pengikat yang lebih umum dari jenis silika. Saat ini penanaman menggunakan bahan ini biasanya dengan dua botol cairan khusus, bukan air, dimana bubuk invesment harus dicampur. Salah satu botol berisi larutan silikat larut dalam air yang  diencerkan dengan benar. Botol lain biasanya mengandung larutan asam yang diencerkan dengan baik, seperti larutan asam klorida. Isi setiap botol dapat disimpan hampir tanpa batas waktu. Sebelum digunakan, campurkan volume yang sama dari masing-masing botol dan biarkan cairan campuran memasuki fase yg sempurna untuk digunakan sesuai dengan waktu yang ditentukan, dan instruksi dari pabriknya, sehingga hidrolisis dapat berlangsung dan baru disiapkan  asam silikat .

Agar materi memiliki kekuatan yang cukup pada temperatur pengecoran atau penanaman, perlu untuk dimasukkan banyak bubuk ke dalam larutan pengikat. Diperlukan juga gradasi ukuran partikel sehingga butiran kecil mengisi ruang antar butir yang lebih besar.

Campuran yang hampir kering digetarkan untuk mendorong dan menghasilkan penanaman sekuat mungkin. Sebuah penyusutan kecil terjadi selama tahap awal pemanasan bahan penanaman sebelum pengecoran. Hal ini disebabkan hilangnya air dan alkohol dari gel. Kontraksi ini diikuti oleh ekspansi termal dan inversi ekspansi dari silika mirip dengan  penanaman dengan bahan gipsum. Penanaman dengan bahan Ethyl-silikat tidak memperluas waktu setting seperti bahan gipsum dan bahan  fosfat. Sehingga total ekspansi linear sama dengan ekspansi termal linier.

                  

Spesifikasi ANSI/ADA No 126 (ISO 11246) untuk penanaman dan pengecoran etil silikat menentukan pengaturan waktu, kuat tekan, dan ekspansi termal linier. Setting waktu tidak boleh  lebih dari 30 % dari waktu yang dinyatakan oleh produsen. Kekuatan tekanan pada suhu kamar tidak kurang dari 1,5 MPa . Ekspansi termal linear tidak boleh  lebih dari 15 % dari waktu yang dinyatakan oleh produsen.

(Sakaguchi, dkk., 2012)

3.     Persyaratan

Persyaratan untuk material investment adalah:

a.     Mudah dimanipulasi

b.     Temperatur ruang dan kekuatan peningkatan temperatur

c.     Pengerasan yang cepat

d.     Stabilitas temperatur tinggi

e.     Ekspansi termal di atas jangkauan suhu

f.      Porusitas yang cukup untuk pengeluaran gas

g.     Permukaan akhir halus

h.     Mudah dikeluarkan dari casting

i.      Tidak bereaksi dengan logam casting

j.      Harga menengah kebawah

(Fraunhofer,2013)

4.     Kegunaan

A.   Gypsum Investment

·      Untuk menghilangkan pengecoran malam prostetik gigi dan barang-barang perhiasan karena dapat memberikan replikasi yang sangat baik dari detail permukaan.

·      Digunakan untukmpengecoran emas tetapi paladium dan campuran logam dasar membutuhkan pengikat suhu yang lebih tinggi, biasanya fosfat.

(Fraunhofer, 2013)

·      Digunakan terutama untuk casting dengan paduan emas dengan titik lebur rendah. (Noort, 2013)

·      Digunakan untuk paduan logam mulia, seperti paduan mengandung emas, yang dicor pada suhu yang lebih rendah. (Bonsor, dkk., 2012)

B.    Phosphate-bonded Investmnet

·      Digunakan dengan paduan logam dasar, dan untuk pengecoran tekanan panas dan sintering kacamata gigi dan kaca-keramik. (Noort, 2013)

·      Digunakan untuk pengecoran suhu yang lebih tinggi, misalnya untuk paduan paladium dan paduan logam dasar. (Bonsor, dkk., 2012)

C.    Silica-bonded investment

·      Digunakan untuk pengecoran pada suhu tinggi, tetapi menjadi kurang populer sebagai proses investasi yangrumit dan memakan waktu. (Bonsor, dkk., 2012)

BAB III

PENUTUP

1.     Simpulan

Material Invesment dikelompokkan menjadi tiga jenis berdasarkan substansi pengikatnya yaitu Gypsum-Bonded Invesment, Phosphat-Bonded Investment dan Silica-Bonded Investment.

Gypsum-Bonded Invesment memiliki substansi pengikat berupa α-calcium sulfate hemihidrat. Phosphat-Bonded Invesment, substansi pengikatnya dapat berupa ammonium dihidrogen phospat atau magnesium oksida. Sedangkan Silica-Bonded Invesment memiliki substansi pengikat berupa etil silikat.

Gypsum-Bonded Invesment dan Phospate-Bonded Invesment dapat mengalami ekspansi (mengembang) sedangkan Silica-Bonded Invesment tidak mengalami ekspansi.

Gypsum-Bonded Invesment dan Phospate-Bonded Invesment rawan terhadap terjadinya porus. Sedangakan Silica-Bonded Invesment tidak mengalami porus.

Jika membandingkan resistensi terhadap suhu tinggi, Gypsum-Bonded Invesment memiliki resistensi terhadap panas yang rendah, Phospate-Bonded Investment lebih tahan akan panas, sedangkan Silica-Bonded Investment paling tahan terhadap temperatur tinggi. Meskipun paling resisten terhadap suhu tinggi, Silica-Bonded Invesment jarang digunakan karena prosesnya yang rumit dan memakan waktu lama. Begitupun dengan kekuatan materinya, Gypsum-Bonded Investment lebih lemah dibanding Phospate-Bonded Invesment dan Silica-Bonded Invesment.

Dalam hal penggunaan, Gypsum-Bonded Investment terutama digunakan untuk casting dengan paduan emas dengan titik lebur rendah. Phospate-Bonded Investment digunakan untuk pengecoran suhu yang lebih tinggi, misalnya untuk paduan paladium dan paduan logam dasar. Silica-Bonded Invesment digunakan pada suhu tinggi untuk membuat base metal.

2.     Saran

Dari ketiga jenis investments materials yaitu Gypsum-Bonded Invesment, Phospate-Bonded Invesment dan Silica-Bonded Invesment memiliki kelebihan, tetapi juga masih memiliki kelemahan masing-masing. Maka dari itu di perlukan penelitian dan pengembangan lebih lanjut yang dapat memungkinkan adanya material invesment baru yang dapat menutupi kelemahan dari ketiga jenis material investment tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Anusavice, Shen dan Rawls. 2013. Phillips' Science of Dental Materials. China : Elsevier.

Bonsor, Stephen, J. dan Gavin, J.P. 2012. A Clinical Guide to Applied Dental Materials. USA: Churchill Livingstone Elsevier.

Fraunhofer, J.A. 2013. Dental Materials at a Glance. Ed. 2.USA:Wiley Blackwell.

Noort, R. 2013. Introduction to Dental Materials. Ed. 4. USA:Mosby Elsevier.

Sakaguchi, R.L. dan Powers, J.M. 2012. Craig’s Restorative Dental Materials, Thirteenth edition. USA : Elsevier.