KETAHANAN KOROSI LOGAM KS 01 TERLAPIS KOMPOSIT Ni-KITOSAN
ARDITA WULANDARI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
2
ABSTRAK ARDITA WULANDARI. Ketahanan Korosi Logam KS 01 Terlapis Komposit Ni-Kitosan. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Logam KS 01 adalah salah satu jenis baja karbon-rendah yang mudah mengalami korosi. Oleh karena itu, diperlukan suatu cara untuk meningkatkan ketahanan korosi dengan pemberian lapisan pelindung, antara lain dengan komposit Ni-kitosan. Nisbah massa padatan atau larutan terhadap kitosan dalam komposit yang digunakan adalah 4:1, 3:2, dan 2:3. Uji konduktivitas membuktikan bahwa film kitosan merupakan isolator, sedangkan komposit Ni0kitosan dan Ni2+-kitosan merupakan semikonduktor. Laju korosi diamati dalam medium air. Laju korosi logam KS 01 yang lebih rendah dibandingkan dengan logam tanpa lapisan pelindung diperoleh pada komposisi 4:1 (padatan), 3:2 (padatan), dan 4:1 (larutan) dengan nilai laju korosi berturut-turut sebesar 36.322, 49.276, dan 52.324 µm/tahun.
ABSTRACT ARDITA WULANDARI. Corrosion Resistance of KS 01 Coated by Ni-Chitosan Composite. Supervised by SRI SUGIARTI and SULISTIOSO GIAT SUKARYO. KS 01 is a low-carbon steel that susceptible to corrosion. Therefore, it needs a way to improve its corrosion resistance among which by providing a protective layer on its surface, such as by Ni-chitosan composite. Mass ratios of Ni solid or solution to chitosan in the composite were 4:1, 3:2, and 2:3. Conductivity test proved that chitosan film is an insulator while the Ni0-chitosan and Ni2+-chitosan composites were semiconductor. The corrosion rate was observed in water medium. The corrosion rate of KS 01 which was coated with Ni-chitosan composite was lower than the one without coating, and this results were given by the steel coated with the composites that had composition of 4:1 (solid), 3:2 (solid), and 2:3 (solution), with the corrosion rate of 36.322, 49.276, and 52.324 µm/year, respectively.
KETAHANAN KOROSI LOGAM KS 01 TERLAPIS KOMPOSIT Ni-KITOSAN
ARDITA WULANDARI
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
4
Judul : Ketahanan Korosi Logam KS 01 Terlapis Komposit Ni-kitosan Nama : Ardita Wulandari NIM : G44070020
Disetujui
Pembimbing I
Pembimbing II
Sri Sugiarti, Ph.D NIP 19701225 199512 2 001
Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT NIP 19570826 198801 1 002
Diketahui
Ketua Departemen Kimia
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS. NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus :
5
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Ketahanan Korosi Logam KS 01 Terlapisi Komposit Ni-kitosan. Tulisan ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilaksanakan pada bulan Februari hingga Juli 2011 di Laboratorium Kimia Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) BATAN dan Laboratorium Kimia Anorganik, Departemen Kimia FMIPA IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti Ph.D dan Bapak Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing yang senantiasa memberikan arahan, inspirasi, dan saran kepada penulis selama melaksanakan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang telah memberi banyak kasih sayang, semangat, dan doa selama penulis menempuh masa studi, penelitian, dan penulisan karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf laboran Laboratorium Anorganik dan karyawan PTBIN atas bantuan serta masukan selama penelitian. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bayu, Adi, Ayu, Danang, dan Retno yang telah membantu memberi masukan dan saran. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Agustus 2011
Ardita Wulandari
6
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Wonogiri pada tanggal 14 Februari 1989 dari ayah Suwarso dan ibu Sriyati. Penulis adalah putri sulung dari dua bersaudara. Tahun 2007 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Wonogiri dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia Lingkungan pada tahun ajaran 2010/2011, asisten Kimia TPB pada tahun ajaran 2010/2011, asisten praktikum Kimia Fisik untuk program studi Ilmu dan Teknologi Pangan pada tahun ajaran 2010/2011, dan asisten praktikum Sintesis Kimia Anorganik Program Alih Jenis tahun ajaran 2010/2011. Penulis pernah aktif sebagai staf Departemen Peningkatan Kualitas dan Keprofesian Mahasiswa (PK2M) IMASIKA, FMIPA IPB tahun 2008/2009 dan sebagai sekretaris umum IMASIKA, FMIPA IPB tahun 2009/2010. Bulan Juli–Agustus 2010 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Balai Penelitian Tanah Bogor dengan judul Penentuan Kematangan Kompos secara Kimiawi.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 METODE Bahan dan Alat .................................................................................................... 1 Lingkup Kerja ..................................................................................................... 1 HASIL DAN PEMBAHASAN Logam KS 01 ...................................................................................................... 2 Komposit Ni-kitosan ........................................................................................... 3 Analisis Fase ....................................................................................................... 4 Konduktivitas Komposit Ni-kitosan ................................................................... 5 Ketahanan Korosi ................................................................................................ 6 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ............................................................................................................. 7 Saran .................................................................................................................... 7 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 7 LAMPIRAN ............................................................................................................ 9
vi
DAFTAR TABEL Halaman 1
Komposisi logam KS 01 ................................................................................. 3
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6
Struktur kitosan. .............................................................................................. 1 LCR meter. ..................................................................................................... 2 Potensiostat/Galvanostat model 273. .............................................................. 2 Logam KS 01 sebelum preparasi (a) dan setelah preparasi (b). ..................... 3 Hasil SEM film kitosan 3% dengan perbesaran 2000×. ................................. 3 Hasil SEM komposit Ni0-kitosan perbesaran 1000× (a), Ni2+ padatankitosann perbesaran 2700× (b), dan Ni2+ larutan-kitosan perbesaran 2000× (c). ................................................................................................................... 4 7 Pola difraktogram kitosan. .............................................................................. 4 8 Pola difraktogram komposit Ni0-kitosan. ....................................................... 4 9 Pola difraktogram komposit Ni2+ padatan-kitosan (a) dan Ni2+ larutankitosan (b). ...................................................................................................... 5 10 Hubungan antara tegangan dan konduktivitas ................................................ 5 11 Hasil uji korosi ................................................................................................ 6
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6
Diagram alir penelitian ................................................................................. 10 Data JCPDS nikel ......................................................................................... 11 Data XRD komposit Ni2+-kitosan (padatan dan larutan) .............................. 12 Pola difraktogram kristal NiCl2•6H2O .......................................................... 13 Data hasil uji konduktivitas .......................................................................... 14 Konversi satuan mpy menjadi µm/tahun ...................................................... 15
vii
PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan industri dan kemajuan teknologi, penggunaan logam tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Salah satu logam yang dapat digunakan adalah baja karbon. Kelebihan baja karbon antara lain mempunyai sifat mekanik dan menahan beban yang cukup baik, serta harganya yang relatif murah. Baja karbon terdiri atas 3 jenis berdasarkan kandungan jumlah karbonnya, yaitu baja karbon tinggi, baja karbon sedang, dan baja karbon rendah. Namun, baja karbon rendah memiliki kelemahan, yakni mudah mengalami korosi (Umiati 2008). Logam KS 01 termasuk baja karbon rendah yang merupakan salah satu produksi PT Krakatau Steel. Logam ini bukan baja nirkarat sehingga mudah mengalami korosi. Korosi merupakan proses degradasi material yang disebabkan oleh pengaruh lingkungan sekitar seperti udara, tanah, air, dan cahaya matahari. Salah satu cara yang digunakan untuk mencegah terjadinya korosi adalah dengan memberikan lapisan pelindung. Pelapisan dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain electroplating, pengecatan, dan dip coating. Metode dip coating merupakan metode pelapisan dengan cara pencelupan bahan ke dalam suatu larutan selama waktu tertentu sampai seluruh bahan basah kemudian bahan diangkat dari wadah. Keuntungan metode ini adalah peralatan yang digunakan cukup sederhana (Fang et al. 2008). Vathsala et al. (2010) telah melakukan pelapisan komposit logam dengan biopolimer, yaitu Zn-kitosan, yang menunjukkan bahwa laju korosi baja yang dilapisi komposit Znkitosan lebih rendah daripada baja yang hanya dilapisi oleh Zn. Selain itu, Szeptycka dan Midzialek (2007) mengkaji pengaruh ketahanan korosi nanokomposit Ni-PTFE (politetrafluoroetilena) yang dibandingkan dengan nikel dan disimpulkan bahwa nanokomposit Ni-PTFE lebih tahan korosi. Oleh karena itu, penelitian ini membuat komposit dengan menggunakan biopolimer, yaitu kitosan dan logam transisi lain yang mempunyai ketahanan korosi lebih baik, yaitu nikel. Selain itu, pemakaian garam nikel (NiCl2•6H2O) menyebabkan terbentuknya komposit bermuatan sehingga berpotensi untuk digunakan sebagai bahan konduktor atau semikonduktor. Dugaan hal tersebut dapat dibuktikan dengan pengukuran konduktivitas.
Nikel merupakan logam yang banyak digunakan dalam industri pelapisan logam. Nikel memiliki sifat tahan terhadap korosi, kekuatan dan kekerasan yang cukup, serta daya hantar listrik yang baik (Prayitno 2005). Biopolimer juga dapat digunakan sebagai lapisan antikorosi untuk logam. Kitosan merupakan biopolimer yang dapat digunakan untuk menghambat korosi. Sifat kimia kitosan antara lain merupakan poliamina linear (Gambar 1), mempunyai gugus amino dan hidroksil yang reaktif, serta dapat membentuk kelat dengan ion logam transisi (Dutta et al. 2004). Penelitian ini bertujuan meningkatkan ketahanan korosi logam KS 01 serta mencirikan komposit Ni-kitosan.
n
Gambar 1 Struktur kitosan.
METODE Bahan dan Alat Kitosan yang digunakan diperoleh dari hasil sintesis salah satu staff Departemen Kimia, FMIPA, IPB. Selain itu, bahan-bahan lainnya adalah asam asetat 1% (pro analysis), nikel serbuk (Merck), NiCl2•6H2O (Fisher Scientific), logam KS 01, NaOH 40 % (pro analysis), dan etanol 96 % (teknis). Alat-alat yang digunakan adalah kertas abrasif grift.120 dan 240, mikroskop elektron payaran (SEM), difraksi sinar-X (XRD), LCR meter, dan potensiostat/galvanostat model 273. Lingkup Kerja Penelitian ini terbagi menjadi 4 tahapan (Lampiran 1). Tahap pertama adalah pembuatan komposit Ni-kitosan; tahap kedua adalah analisis, meliputi pencirian mikrostruktur (SEM), analisis fase (XRD), serta uji konduktivitas; tahap ketiga yaitu pelapisan komposit Ni-kitosan pada logam KS 01; dan tahap terakhir adalah uji korosi. Pembuatan Larutan Kitosan (Modifikasi Shi et al. 2005) Sebanyak 3 g kitosan dilarutkan dalam asam asetat 1% diaduk sampai larut selama 3 jam. Larutan kitosan tersebut didiamkan
2
semalam kemudian ditera hingga volume 100 mL. Pembuatan Serbuk)
Komposit
Ni-kitosan
(Ni
permukaannya. Komposit Ni-kitosan dipotong dengan luas 1 cm2, lalu sampel dijepitkan pada alat. Konduktivitas sampel diukur pada variasi tegangan 2-5 V dengan selang 0,5 V.
Nikel dicampurkan dengan kitosan 3% yang telah dibuat dengan nisbah massa nikel dengan kitosan 4:1, 3:2, dan 2:3. Setelah itu, diaduk dengan kecepatan 300 rpm selama 2 jam. Pembuatan (NiCl2•6H2O)
Komposit
Ni-kitosan
Padatan NiCl2•6H2O serbuk dicampurkan dengan kitosan 3% dengan nisbah massa NiCl2•6H2O dan kitosan sebesar 4:1, 3:2, dan 2:3. Setelah itu, diaduk sampai homogen dengan kecepatan 300 rpm selama 2 jam. Larutan NiCl2•6H2O 3% juga dibuat dengan melarutkan 3 g NiCl2•6H2O dengan air sampai volumenya 100 mL. Kemudian larutan ini dicampurkan dengan kitosan 3% dengan nisbah massa NiCl2•6H2O dengan kitosan 4:1, 3:2, dan 2:3. Setelah itu, diaduk sampai homogen dengan kecepatan 300 rpm selama 2 jam. Preparasi Logam KS 01 Logam KS 01 dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter 1.5 cm, lalu diampelas dengan kertas abrasif grift 120 dan 240. Setelah itu dicuci dengan etanol 96% lalu direndam dalam NaOH 40%.
Gambar 2 LCR meter. Pengujian Laju Korosi (ASTM G 102-89) Pengujian laju korosi dilakukan dengan alat potensiostat/galvanostat, dengan medium air PAM. Sampel yang diuji adalah logam KS 01 yang dilapisi maupun yang tidak dilapisi komposit Ni-kitosan, serta logam yang hanya dilapisi kitosan 3%. Sampel dimasukkan ke dalam tempat sampel dan dirangkai dengan elektrode kerja, elektrode pembantu, dan elektrode acuan pada labu uji (sel 3 elektrode) yang telah berisi air PAM sebagai medium korosi sebanyak 600 mL. Rangkaian sel 3 elektrode tersebut dihubungkan dengan Potensiostat/Galvanostat model 273 (Gambar 3) kemudian laju korosinya diukur.
Pelapisan Komposit Ni-kitosan pada Logam KS 01 dengan Metode Dip Coating (Fang et al. 2008) Sebelum logam dilapisi, terlebih dahulu dicuci kembali dengan etanol 96%. Setelah bersih, logam dicelupkan ke dalam komposit yang telah dibuat. Kemudian logam diangkat dan dikeringkan dalam inkubator pada suhu 35 °C selama 1.5 jam. Selain komposit Nikitosan, dibuat pula logam yang dilapisi dengan kitosan. Pencirian Komposit Ni-kitosan Pencirian komposit Ni-kitosan terdiri atas analisis fase menggunakan XRD, analisis permukaan menggunakan SEM, dan uji konduktivitas menggunakan alat LCR meter(Gambar 2). Analisis fase dilakukan pada kitosan dan komposit Ni-kitosan. Sementara itu, analisis permukaan dilakukan pada film kitosan 3% dan komposit Ni-kitosan untuk mengamati mikrostruktur dan
Gambar 3 Potensiostat/Galvanostat model 273.
HASIL DAN PEMBAHASAN Logam KS 01 Logam KS 01 adalah salah satu contoh baja karbon rendah dengan persentase karbon sebesar 0.1%. Logam KS 01 akan mudah terkorosi apabila terjadi kontak langsung dengan air maupun udara. Baja karbon rendah dengan kandungan karbon 0.05-0.20% antara lain digunakan untuk sekrup, paku, pipa, dan rantai. Kandungan utama logam KS 01 adalah besi, tetapi juga mengandung unsur penyusun lain seperti yang terlihat dalam Tabel 1.
3
Tabel 1 Komposisi logam KS 01 Unsur Persentase Cr 1.2 Ni 0.24 Mn 1.82 Si 0.3 P 0.06 S 0.016 C 0.1 Mo 0.03 Al 0.027 Cu 0.049 Ti 0.118 V 0.006 Fe 96.034 Preparasi logam KS 01 meliputi pengampelasan, pencucian dengan etanol, dan perendaman dalam larutan NaOH 40%. Pengampelasan bertujuan menghilangkan produk korosi yang terbentuk dan meratakan permukaan logam. Pencucian dilakukan dengan etanol agar permukaan cepat kering dan untuk menghilangkan kotoran setelah pengampelasan yang dapat mengganggu proses pelapisan maupun pengujian laju korosi. Selain itu, logam direndam dalam NaOH (Lu Xiong et al. 2007) untuk meningkatkan kehidrofilikan logam. Sebelum preparasi, terdapat karat pada permukaan logam KS 01 (Gambar 4a), tetapi setelah preparasi logam bersih dari karat (Gambar 4b).
(Ni2+). Metode yang umum digunakan untuk pelapisan nikel adalah eletrokimia. Namun, dalam penelitian ini menggunakan metode dip coating karena peralatan dan metodenya yang sederhana. Komposit Ni0-kitosan berwarna hitam dan nikel tidak larut dalam kitosan. Interaksi yang terjadi dalam komposit adalah interaksi fisik, yaitu sebagian nikel dijerap oleh kitosan. Hasil tersebut dikuatkan oleh hasil penelitian Meriatna (2008) bahwa membran kitosan dapat digunakan sebagai adsorben logam Cr dan Ni. Selain itu, juga terjadi interaksi kimia karena nikel memiliki orbital kosong berenergi rendah pada sub kulit 3d dan 4p yang dapat diisi oleh elektron bebas dari donor pasangan elektron seperti gugus amino dan hidroksil sehingga membentuk suatu kompleks koordinasi. Namun, komposit Ni2+kitosan dapat membentuk kompleks antara kitosan dan ion nikel. Kitosan berperan sebagai ligan dan ion nikel sebagai atom pusat. Hal tersebut disebabkan oleh adanya pasangan elektron bebas pada atom oksigen dan nitrogen pada molekul kitosan sehingga kitosan bertindak sebagai pendonor pasangan elektron bebas (basa Lewis) dan ion nikel sebagai akseptor pasangan elektron bebas (asam Lewis). Menurut Popuri et al. (2009), kitosan yang dilapisi manik-manik PVC (polivinil klorida) dapat digunakan sebagai biosorben untuk menghilangkan ion tembaga(II) dan nikel(II) dalam larutan berair sehingga kitosan juga dapat menjerap ion Ni2+ yang dilarutkan.
(a) (b) Gambar 4 Logam KS 01 sebelum preparasi (a) dan setelah preparasi (b). Komposit Ni-kitosan Gambar 5 Komposit terbuat dari dua atau lebih material membentuk material baru, yang menggabungkan sifat yang diinginkan dari komponennya masing-masing (Hunt 2003). Kitosan berperan sebagai substrat, sedangkan nikel berperan sebagai matriksnya. Kitosan merupakan senyawa organik yang larut dalam asam organik dan tidak larut dalam air, alkohol, dan aseton (Sugita et al. 2009). Kitosan akan mengembang saat dilarutkan dalam asam asetat. Nikel yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas 2 jenis, yakni berupa nikel serbuk (Ni0) dan NiCl2•6H2O
Hasil SEM film kitosan 3% dengan perbesaran 2000×.
Gambar 5 menunjukkan bahwa kitosan telah larut sempurna dalam asam asetat sehingga film yang terbentuk benar-benar halus dan homogen. Komposit Ni0-kitosan ditunjukkan oleh Gambar 6(a). Gambar tersebut memperlihatkan adanya gumpalan besar yang merupakan nikel dan latar belakang yang berwarna hitam adalah kitosan. Gumpalan tersebut disebabkan oleh komposit yang tidak homogen karena laju pengadukan dan lamanya waktu pengadukan yang kurang
4
optimum. Gambar 6(b) adalah hasil SEM komposit Ni2+ padatan-kitosan menunjukkan adanya garis-garis terang yang merupakan padatan NiCl2•6H2O. Kitosan sebagai latar belakang berwarna lebih pudar karena padatan NiCl2•6H2O larut dalam kitosan (Gambar 6b). Adanya air sebagai pelarut NiCl2•6H2O dalam komposit Ni2+ larutan-kitosan (Gambar 6c) memperlihatkan garis-garis yang berwarna pudar serta menyebabkan terbentuknya gelembung-gelembung udara pada permukaan. Selain itu, kitosan sebagai latar belakang berwarna lebih terang (Gambar 6c) juga karena pengaruh adanya air. Adanya rengkahan yang berupa garis-garis dalam komposit Ni2+-kitosan membuat lapisan menjadi keras dibandingkan dengan lapisan kitosan. Hal tersebut dapat melindungi logam dari goresan. Komposit Ni0-kitosan dan komposit Ni2+-kitosan terbukti sebagai komposit karena hasil SEM kedua komposit tersebut menunjukkan komponen-komponen penyusunnya.
Analisis Fase Analisis fase dengan difraksi sinar-X menggunakan panjang gelombang Cu (Kα), yaitu 1.540 nm, yang sama dengan data difraktogram pada JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards). Difraktogram kitosan serbuk yang dibentuk pelet memiliki puncak tertinggi pada sudut 2θ 10.364° dan 19.983° (Gambar 7) dengan nilai d masing-masing sebesar 8.5253 dan 4.4379 nm. Pola difraksi kitosan tidak memiliki puncak-puncak yang spesifik, karena kitosan bersifat amorf. Pola difraktogram komposit Ni0-kitosan ditunjukkan pada Gambar 8 yang mempunyai puncak spesifik pada sudut 2θ 44.935° dan 52.250°. Puncak-puncak tersebut merupakan difraktogram spesifik dari nikel sesuai dengan JCPDS (Lampiran 2). Pola difraksi kitosan masih terlihat, tetapi tidak sama dengan dengan difraktogram awal karena kitosan telah dilarutkan dalam asam asetat. 350
19.983 10.364
300
(a)
Intensitas
250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
2θ
40
50
60
70
Gambar 7 Pola difraktogram kitosan. 600
44.935
(b)
Intensitas
500 400
52.250
300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
2θ
0
Gambar 8 Pola difraktogram komposit Ni kitosan. (c)
Gambar 6 Hasil SEM komposit Ni0-kitosan perbesaran 1000× (a), Ni2+ padatan-kitosann perbesaran 2700× (b), dan Ni2+ larutankitosan perbesaran 2000× (c).
Difraktogram komposit Ni2+ padatankitosan tidak memiliki puncak yang spesifik, tetapi pada sudut 2θ 11.584°; 12.478°; 14.537°; 24.101°; dan 35.561° (Lampiran 3) intensitasnya cukup tinggi dibandingkan dengan puncak pada 2θ lainnya (Gambar 9a). Difraktogram komposit Ni2+ larutan-kitosan (Gambar 9b) juga tidak mempunyai puncak yang spesifik, tetapi intensitas yang cukup tinggi terdapat pada 2θ 19.576°; 22.394°; dan
5
diberikan, konduktivitas komposit Ni-kitosan cenderung menurun. 7,00E-05 6,00E-05
Konduktivitas (S)
28.029° (Lampiran 3). Difraktogram kristal NiCl2•6H2O (Lampiran 4) tidak terlihat dalam komposit Ni2+-kitosan karena kristal telah larut. Namun, pola difraktogram Ni2+ larutankitosan menghasilkan puncak-puncak yang lebih baik dibandingkan dengan komposit Ni2+ padatan-kitosan, karena padatan NiCl2•6H2O terlebih dahulu dilarutkan dalam air sehingga lebih mudah berinteraksi ketika dicampurkan dengan kitosan.
5,00E-05 4,00E-05 3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05
60
0,00E+00 50
0
Intensitas
40
2
3
4
5
6
Tegangan (V)
30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
70
2θ
(a) 120 100 80
Intensitas
1
60 40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
70
2θ
(b) Gambar 9 Pola difraktogram komposit Ni2+ padatan-kitosan (a) dan Ni2+ larutan-kitosan (b).
Gambar 10 Hubungan antara tegangan dan konduktivitas komposit Ni0kitosan pada nisbah 4:1 (♦); 3:2 (); dan 2:3 (▲), komposit Ni2+ padatan-kitosan pada nisbah 4:1 (×); 3:2 (); dan 2:3 (●) serta komposit Ni2+ padatan-kitosan pada nisbah 4:1(ǀ), 3:2 ( ), dan 2:3 ( ). Berdasarkan hasil tersebut terlihat bahwa nilai konduktivitas tertinggi terdapat pada komposit Ni2+ larutan-kitosan 2:3 kemudian 4:1 (Ni2+ padatan), 3:2 (Ni2+ larutan), 4:1 (Ni2+ larutan), dan 3:2 (Ni2+ padatan) (Lampiran 5). Nilai konduktivitas yang tinggi tersebut karena pengaruh adanya ion Ni2+ dan Cl-, semakin banyak kandungan garam nikel maka nilai kondukivitasnya akan lebih besar. Hal tersebut berlaku untuk komposit Ni2+ padatan-kitosan. Namun, nilai konduktivitas komposit Ni2+ larutan-kitosan dengan komposisi nikel yang lebih besar ternyata lebih rendah dibandingkan komposisi kitosan yang lebih besar.
Konduktivitas Komposit Ni-kitosan Konduktivitas listrik merupakan sifat suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas listrik antara lain konsentrasi atau jumlah ion, mobilitas ion, tingkat oksidasi, serta suhu. Pengujian konduktivitas dilakukan pada film kitosan dan ketiga sampel komposit Ni-kitosan, yaitu Ni0, Ni2+ padatan, dan Ni2+ larutan. Hubungan antara konduktivitas dan tegangan dapat berubah-ubah, tetapi ada pula yang linear bergantung pada material. Penggunaan tegangan antara 2 sampai 5 V untuk melihat pola konduktivitas komposit Ni-kitosan. Berdasarkan Gambar 10 terlihat bahwa semakin tinggi tinggi tegangan yang
Keterangan: V : tegangan (V) I : arus listrik (A) R : hambatan listrik (Ω) L : panjang penghantar (m) : konduktivitas (S) A : luas penampang penghantar (m2) Nilai konduktivitas ketiga komposit Nikitosan lebih kecil dibandingkan dengan nilai hambatan serinya. Hambatan seri adalah hambatan disusun tanpa adanya percabangan dan dapat diukur dari nilai konduktivitasnya. Hubungan antara nilai konduktivitas berbanding terbalik dengan hambatan
6
listriknya. Namun, komposit Ni0-kitosan nilai konduktivitasnya sangat kecil karena tidak adanya muatan dalam komposit tersebut. Menurut Irzaman et al. (2010), suatu material semikonduktor mempunyai selang konduktivitas antara 10-8−10-5 S. Dengan demikian, komposit Ni2+-kitosan dan 0 komposit Ni -kitosan berpotensi sebagai bahan pembentuk semikonduktor. Konduktivitas kitosan sebesar 1.10104 S yang nilainya pada semua tegangan sama dan sama dengan hambatan serinya. Hal ini menunjukkan bahwa alat tidak dapat membaca konduktivitas kitosan karena nilainya yang sangat kecil sehingga dapat dikatakan bahwa kitosan bersifat resistif.
menentukan laju korosi tanpa merusak logam, dan hasil pengukuran lebih akurat (Djatmiko dan Budiarto 2009). Satuan laju korosi yang terdapat dalam alat adalah mpy (mils per year), tetapi satuan tersebut harus dikonversi menjadi satuan internasional (SI) yaitu, µm per tahun (Russel et al. 2006). Konversi satuan tersebut dapat dilihat dalam Lampiran 6. Sampel logam KS 01 yang dilapisi komposit Ni0-kitosan tidak diuji korosi karena pada saat tahap pengeringan, lapisan komposit mengelupas sehingga tidak dapat diuji dalam medium air. Pengelupasan komposit tersebut disebabkan oleh serbuk nikel cenderung mengendap ke bagian bawah lapisan komposit.
Ketahanan Korosi 100
Keterangan : R : laju korosi (mils per year) BE : bobot ekuivalen logam (g) I : arus korosi (μA/cm2) D : bobot jenis logam (g/cm3) Pengujian korosi menggunakan salah satu teknik, yaitu tahanan polarisasi (polarization resistance) yang bertujuan melihat ketahanan sampel terhadap oksidasi ketika diberi potensial dari luar. Teknik tahanan polarisasi merupakan metode yang cepat untuk
90.424 91.186 80
Laju korosi (mpy)
Pengujian laju korosi baja dilakukan dalam medium air menggunakan sel 3 elektrode. Sel 3 elektrode merupakan perangkat laboratorium yang digunakan untuk analisis kuantitatif terhadap sifat-sifat korosi suatu logam. Terdapat 3 komponen utama, yaitu elektrode kerja, elektrode pembantu, dan elektrode acuan. Logam KS 01 berperan sebagai elektrode kerja, elektrode kalomel jenuh sebagai elektrode acuan, sedangkan karbon digunakan sebagai elektrode pembantu. Saat terjadi korosi, arus dihasilkan dari elektrode kerja yang dialirkan ke dalam medium air oleh elektrode pembantu dan akan terukur oleh potensiostat. Oleh karena itu, potensiostat hanya dapat digunakan untuk mengukur laju korosi dalam media berair karena diperlukan elektrolit sebagai medium konduktor untuk mengalirkan arus yang dihasilkan elektrode kerja menuju elektrode pembantu. Proses korosi terjadi karena adanya aliran elektron pada reaksi elektrokimia, sehingga laju korosi dapat ditentukan. Menurut Suharno dan Kurniawan (2005) persamaan yang digunakan ialah 0.129 . . mpy
60
60.452
56.134 49.276
52.324
36.322
40
20 7.874 0
Gambar 11 Hasil uji korosi blangko ( ); KS 01 terlapis kitosan ( ); terlapis komposit Ni2+ padatan-kitosan pada nisbah 4:1( ), 3:2 ( ), dan 2:3 ( ); serta terlapis komposit Ni2+ larutan-kitosan pada nisbah 4:1( ), 3:2 ( ), dan 2:3 ( ). Nilai laju korosi yang semakin rendah dari suatu bahan menunjukkan ketahanan korosi yang semakin baik. Berdasarkan Gambar 11, laju korosi logam KS 01 menurun dengan adanya pelapisan kitosan dibandingkan logam tanpa pelapisan (blangko). Pelapisan komposit Ni-kitosan juga menurunkan laju korosi baja KS 01, tetapi hanya untuk komposisi 4:1 (padatan), 3:2 (padatan), dan 4:1 (larutan). Logam yang dilapisi komposit Ni2+ padatankitosan laju korosinya lebih kecil dibandingkan dengan yang dilapisi komposit Ni2+ larutan-kitosan dengan nisbah yang sama. Hal tersebut karena adanya air yang digunakan sebagai pelarut NiCl2•6H2O. Air mempercepat korosi logam KS. Penurunan laju korosi logam KS 01 setelah pelapisan komposit Ni2+-kitosan membuktikan bahwa ketahanan korosi logam KS 01 meningkat. Namun, nilai laju korosi yang lebih besar
7
dibandingkan blangko pada sampel dengan komposisi 2:3 (padatan) 3:2 (larutan), dan 2:3 (larutan) disebabkan oleh adanya ion klorida (Cl-). Ion tersebut merupakan ion yang agresif dari golongan asam kuat yang berkemampuan merusak lapisan film oksida logam (Tjitro et al. 2000). Bila hasil penelitian ini dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Vathsala et al. (2010), laju korosi logam yang dilapisi komposit Ni-kitosan dan Zn-kitosan sama-sama dapat meningkatkan ketahanan korosi. Lapisan Zn-kitosan digunakan untuk dikorbankan agar tidak cepat mengalami korosi karena nilai potensial reduksi Zn lebih kecil daripada besi. Namun, dalam penelitian ini, suatu baja dilapisi dengan komposit Nikitosan tidak untuk dikorbankan karena nikel mempunyai potensial reduksi yang lebih besar daripada besi. Ketahanan korosi logam KS 01 terlapis kitosan menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan terlapis komposit Nikitosan. Namun, secara keseluruhan pelapisan logam KS 01 dengan komposit Ni-kitosan memberikan daya tahan yang lebih tinggi terhadap gesekan sehingga nilai laju korosi yang kurang baik tersebut dapat dikompensasi oleh daya tahan terhadap gesekan yang lebih baik.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Hasil pencirian difraksi sinar-X dan mikroskop elektron payaran untuk komposit Ni0-kitosan menunjukkan bahwa terdapat puncak spesifik dari serbuk nikel pada pola difraktogram serta adanya gumpalan besar yang merupakan serbuk nikel. Sementara hasil difraksi sinar-X komposit Ni2+-kitosan memperlihatkan bahwa tidak terdapat pola difraktogram kristal NiCl2•6H2O tetapi berdasarkan hasil mikroskop elektron payaran menunjukkan adanya garis-garis yang merupakan NiCl2•6H2O yang menyebabkan komposit keras sehingga tahan terhadap gesekan. Hasil uji konduktivitas membuktikan bahwa komposit Ni0-kitosan komposit Ni2+kitosan dapat digunakan sebagai bahan semikonduktor. Pelapisan komposit Ni2+kitosan dengan nisbah komposisi NiCl2•6H2O dengan kitosan 4:1 (padatan), 3:2 (padatan), dan 4:1 (larutan) dapat meningkatkan ketahanan korosi logam KS 01 dengan nilai laju korosi masing-masing sebesar 36.322; 49.276; dan 52.324 µm/tahun.
Saran Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk meragamkan kecepatan dan lamanya waktu pengadukan agar pembuatan komposit Ni-kitosan homogen.
DAFTAR PUSTAKA Djatmiko E, Budiarto. 2009. Analisis laju korosi dengan metode polarisasi dan potensiodinamik bahan baja SS 304L. Di dalam: Prosiding Seminar Nasional ke-15 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir; Surakarta, 17 Okt 2009. Surakarta: BATAN Yogyakarta, hlm 182−194. Dutta PK, Dutta J, Tripathi VS. 2004. Chitin and chitosan: Chemistry, properties, and application. J Sci Indus Res 63:20−31. Fang et al. 2008. Dip coating assited polylactid acid deposition on steel surface: Film thickness affected by drag force and gravity. Mat Lett 62:3739−3741. Hunt A. 2003. Schaum’s -Z Chemistry. New York: McGraw-Hill. Irzaman, Maddu A, Syafutra H, Ismangil A. 2010. Uji konduktivitas listrik dan dielektrik film tipis Lithium dan tantalate (LiTaO3) yang didadah nibium pentaoksida (Nb2O5) menggunakan metode chemical solution deposition. Di dalam Prosiding Seminar Nasional Fisika; Bandung 11−12 Mei 2010. Bandung: ITB Pr. hlm 175−183. Lu Xiong et al. 2007. Preparation of HA/chitosan composite coatings on alkali treated titanium surface through sol-gel techniques. Mat Lett 61:3970−3973. Meriatna. 2008. Penggunaan membran kitosan untuk menurunkan kadar logam krom (Cr) dan nikel (Ni) dalam limbah cair indutri pelapisan logam [tesis]. Medan: Sekolah Pascasarjana, Universitas Sumatera Utara. Popuri SR, Vijaya Y, Boddu VM, Abburi K. 2009. Adsorptive removal of copper and nickel ions from water using chitosan coated PVC beads. Biores Technol 100:194−199. Prayitno D. 2005. Perbedaan berat hasil pelapisan nikel akibat penggunaan lapisan dasar Cu dan tanpa lapisan dasar Cu dengan variasi waktu pada bahan baja karbon rendah [skripsi]. Semarang: Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
8
Russel MA et al. 2006. A minimum-impact method for mesuring corrosion rate of steelhulled shipwrecks in seawater. Int J Nautical Archaeology 35:310−318. Shi W, Zhang FB, Zhang GL. 2005. Preparation of chitosan-coated nylon membranes and their application as affinity membranes. Chin Chem Lett 16:1085−1088. Sugita P, Wukirsari T, Sjahriza A, Wahyono D. 2009. Kitosan Sumber Biomaterial Masa Depan. Bogor: IPB Pr. Suharno B, Kurniawan A. 2005. Studi perbandingan ketahanan korosi dan struktur mikro baja COR CF8M (SS 316) yang dibuat dengan feronikel lokal dan nikel impor. Jurnal Teknologi 1:26−37. Szeptycka B, Midzialek AG. 2007. influence of the structure of nanocomposite Ni-PTFE coating on corrosion properties. Red Adv Mat 14:135−140.
The the the Sci
Tjitro S, Anggono J, Anggorowati AA, Phengkusaksomo G. 2000. Studi perilaku korosi tembaga dengan variasi konsentrasi asam askorbat (vitamin C) dalam lingkungan air yang mengandung klorida dan sulfat. J Teknik Mesin 2:62−67. Umiati S. 2008. Ketahanan material baja sebagai struktur bangunan terhadap kebakaran. TeknikA 1:9−12. Vathsala K, Venkatesha TV, Praveen BM, Nayana KO. 2010. Electrochemical generation of Zn-chitosan composite coating on mild steel and its corrosion studies. Engineering 2:580−584.
9
LAMPIRAN
10
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Serbuk Ni
NiCl2•6H2O
Kitosan 3% dalam asam asetat 1%
Kitosan 3% dalam asam asetat 1%
Komposit Ni-kitosan
Preparasi logam
Pelapisan komposit Nikitosan pada logam KS 01
Uji Korosi
Uji analisis fase (XRD), SEM, uji konduktivitas
11
Lampiran 2 Data JCPDS nikel
12
Lampiran 3 Data XRD komposit Ni2+-kitosan (padatan dan larutan) Data XRD komposit Ni2+padatan-kitosan 2θ 11.584 12.478 14.537 24.101 35.561
Intensitas 35 38 43 52 43
Data XRD komposit Ni2+larutan-kitosan 2θ 19.576 22.394 28.029
Intensitas 103 109 101
13
Lampiran 4 Pola difraktogram kristal NiCl2•6H2O 500 450 400
Intensitas
350 300 250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
2θ
50
60
70
14
Lampiran 5 Data hasil uji konduktivitas Kitosan Voltase 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Konduktivitas (S) 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104
Hambatan (Rs) 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104 1.00×10104
Komposit Ni0-kitosan Tegangan (V) 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Konduktivitas (S) 4:1 3:2 1.70×10-7 1.03×10-8 1.71×10-7 1.14×10-8 -7 1.71×10 1.21×10-8 1.72×10-7 1.27×10-8 -7 1.71×10 1.27×10-8 -7 1.70×10 1.31×10-8 -7 1.63×10 1.31×10-8
Hambatan seri (Ω) 2:3 1.37×10-8 1.48×10-8 1.57×10-8 1.65×10-8 1.72×10-8 1.79×10-8 1.81×10-8
4:1 5.80×106 5.79×106 5.78×106 5.77×106 5.80×106 5.83×106 6.09×106
3:2 8.46×107 8.02×107 7.81×107 7.50×107 7.53×107 7.37×107 7.35×107
2:3 6.14×107 5.93×107 5.72×107 5.57×107 5.38×107 5.24×107 5.20×107
Komposit Ni2+ padatan-kitosan Tegangan (V) 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
4:1 2.92×10-5 2.92×10-5 2.84×10-5 2.37×10-5 2.25×10-5 2.11×10-5 1.85×10-5
Konduktivitas (S) 3:2 2:3 -6 1.02×10 2.29×10-8 -6 1.08×10 2.41×10-8 -6 1.11×10 2.49×10-8 -6 1.14×10 2.58×10-8 -6 1.18×10 2.66×10-8 1.22×10-6 2.72×10-8 -6 1.36×10 2.72×10-8
Hambatan seri (Ω) 4:1 3.39×104 3.40×104 3.50×104 4.20×104 4.43×104 4.73×104 5.38×104
3:2 9.67×105 9.22×105 8.95×105 8.76×105 8.46×105 8.16×105 7.35×105
2:3 4.25×107 4.08×107 3.96×107 3.84×107 3.73×107 3.65×107 3.66×107
Komposit Ni2+ larutan-kitosan Tegangan (V) 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
4:1 1.05×10-5 109×10-5 1.06×10-5 9.16×10-6 9.05×10-6 9.08×10-6 8.59×10-6
Konduktivitas (S) 3:2 2:3 -5 2.41×10 6.48×10-5 2.25×10-5 5.24×10-5 -5 1.82×10 5.13×10-5 -5 1.82×10 4.74×10-5 -5 1.79×10 4.37×10-5 -5 1.75×10 4.02×10-5 1.62×10-5 3.68×10-5
Hambatan seri (Ω) 4:1 9.47×104 9.12×104 9.40×104 1.09×105 1.10×105 1.10×105 1.16×105
3:2 4.12×104 4.42×104 5.45×104 5.45×104 5.55×104 5.68×104 6.15×104
2:3 1.50×104 1.76×104 1.83×104 2.01×104 2.20×104 2.41×104 2.65×104
15
Lampiran 6 Konversi satuan mpy menjadi µm/tahun mpy= mils per year 1 mils= 1 mili inch = 0.001 inch 1 inch= 0.0254 m 1 mils
1 inch 0.0254 m 1 μm 1000 mils 1 inch 10 6 m
μm
