PROTEKSI KOROSI BAJA KARBON DENGAN POLIMER HIBRID PADA WAKTU PAPARAN KRITIS DI MEDIA ASAM HUMAT

Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016

PROTEKSI KOROSI BAJA KARBON DENGAN POLIMER HIBRID PADA WAKTU PAPARAN KRITIS DI MEDIA ASAM HUMAT CORROSION PROTECTION OF CARBON STEEL BY HYBRID POLYMERS AT CRITICAL EXPOSURE TIME IN HUMIC ACID MEDIUM Husna Amalya Melati Program Studi Pendidikan Kimia, FKIP, Universitas Tanjungpura Jl. Prof. Dr. Hadari Nawawi, Pontianak, 78124 Email : [email protected]

Abstrak.Telah dilakukan penelitian tentang uji korosi baja karbon yang dicoating dengan polimer hibrid dalam media asam humat menggunakan metode elektrokimia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan waktu paparan kritis baja karbon dalam media asam humat dan menentukan efisiensi proteksi korosinya. Kondisi kritis diperoleh dari laju korosi tertinggi pada berbagai waktu paparan atau perendaman baja karbon dalam media asam humat. Pengukuran laju korosi menggunakan metode polarisasi potensiodinamik (Tafel). Hasil uji korosi pada rentang 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 jam menunjukkan bahwa laju korosi tertinggi dicapai pada waktu paparan 3 jam. Pada kondisi kritis ini, polimer hibrid yang dicoating pada baja karbon menggunakan teknik casting solution menunjukkan laju korosi yang lebih rendah dibandingkan dengan yang tidak dicoating. Efisiensi proteksi polimer hibrid terhadap korosi mencapai 99%. Hal ini menunjukkan bahwa polimer hibrid dapat digunakan sebagai material coating anti korosi pada media asam humat yang merupakan representasi dari air gambut. Kata kunci: polimer hibrid, efisiensi proteksi korosi, asam humat, waktu paparan, polarisasi potensiodinamik Abstract. It has been conducted a research on corrosion testing of carbon steel that was coated by hybrid polymers in humic acid medium using electrochemical method. The objectives of this research were to determine the critical exposure time of carbon steel in humic acid medium and the efficiency of its corrosion protection. Critical condition was obtained from the highest corrotion rate at various times of exposure or immersion time of carbon steel in a humic acid medium. Potentiodynamic polarization method (Tafel) was used to measure the corrosion rates. The results of corrosion test in the range of 0, 1, 2, 3, 4, and 5 hours showed that the corrosion rate achieved at the highest exposure time of 3 hours. At this critical condition, carbon steel with hybrid polymers coated using a solution casting technique showed lower corrosion rate compared to those uncoated carbon steel. The efficiency of hybrid polymer in protecting against corrosion reaches 99%. This shows that the hybrid polymers material can be used as an anti corrosion coating on the humic acid medium which is a representation of the peat water. Keywords: hybrid polymers, corrosion protection efficiency, humic acid, exposure time, potentiodynamic polarization

dataran rendah terutama di Sumatera dan Kalimantan termasuk wilayah Kalimantan Barat. Tanah gambut umumnya mempunyai tingkat kemasaman yang relatif tinggi dengan kisaran

PENDAHULUAN Air gambut adalah air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa maupun C - 32


pH 3-4. Tanah gambut di Indonesia sebagian bereaksi masam hingga sangat masam dengan pH < 4,0. Tingkat kemasaman tanah gambut berhubungan erat dengan kandungan asam-asam organik, yaitu asam humat dan asam fulvat [1]. Secara umum gambut mempunyai sifat acidic reaction akibat karbondioksida dan asam humat hasil proses pembusukan. Hal ini menjadi salah satu penyebab terjadinya korosi pada pipa penyalur fluida yang disimpan di bawah permukaan tanah akibat interaksinya dengan lingkungan air gambut. Air gambut mempunyai pH antara 4-7. Air gambut mengandung asam humat yang dapat mempercepat pelarutan Fe dan membentuk senyawa kompleks sehingga mempercepat laju korosi [2]. Untuk mengatasi permasalahan korosi logam akibat interaksinya dengan air gambut yang banyak mengandung asam humat, maka logam dapat dilindungi dengan inhibitor (proteksi internal) dan coating (proteksi eksternal). Salah satu material yang sudah cukup banyak digunakan sebagai material proteksi korosi adalah polimer. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa beberapa polimer dapat digunakan sebagai inhibitor korosi karena, melalui gugus fungsionalnya, polimer dapat membentuk kompleks dengan logam ion pada permukaan logam. Adanya polimer ini akan menyelimuti permukaan dan melindungi logam dari keberadaan agen korosif dalam larutan. Inhibisi korosi oleh berbagai kation polimer seperti turunan polyethyleneimine, turunan poliakrilamida, turunan polydicyanodiamide, dan polimer anionik seperti turunan asam polymaleic, turunan asam poliakrilat, dan asam poliakrilat, telah diteliti oleh Sekine et al [3]. Pencegahan korosi dengan coating memberikan ketahanan logam terhadap serangan agresif lingkungan. Namun, pengembangan penggunaan bahan coating dari polimer organik memiliki beberapa kelemahan. Polimer organik seperti polianilin (PANI) memiliki adhesivitas kurang kuat dan terdapat kesulitan dalam

deposisi film [3] dan polietilen (PE) yang cenderung mengalami keretakan korosi karena kestabilan kimia dan termal kurang baik [4]. Oleh karena itu, bahan coating yang akan memberikan perlindungan dan pencegahan korosi pada permukaan logam memerlukan beberapa sifat, seperti kekuatan mekanik dan hidrofobisitas [5]. Salah satu jenis bahan yang dikembangkan sebagai coating adalah polimer hibrid. Polimer ini menggabungkan sifat unggul dari bahan anorganik maupun organik. Polimer hibrid yang dibuat dari monomer 3-(trimethoxysilyl) propyl metacrylate) memiliki kekerasan pada skala 2 yang setara gypsum. Hasil pengukuran sifat termal menunjukkan bahan yang dibuat stabil sampai dengan suhu 250°C [6]. Penggunaan bahan coating dari polimer hibrid yang disintesis melalui proses sol-gel memberikan proteksi yang baik dalam melindungi logam dari korosi. Coating dari sol-gel hibrid organik-anorganik memberikan sifat dan karakteristik yang menjadikan jenis pelapis ini cukup menjanjikan dalam mengatasi masalah korosi [7]. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa laju korosi baja karbon tanpa pelapis pada kondisi kritis larutan NaCl 3,5% adalah 1,60 mm/tahun sedangkan setelah dilapisi polimer hibrid dari monomer Glymo dengan konsentrasi 18%w/w laju korosi tersebut berkurang menjadi 0,65 mm/tahun. Laju korosi tersebut berkaitan dengan efisiensi proteksi sebesar 59% [8]. Polimer hibrid mampu memproteksi korosi baja karbon dalam lingkungan air laut melalui simulasi media NaCl 3,5%. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan diuji proteksi korosi baja karbon dalam media larutan asam humat 1% sebagai bentuk simulasi dari media air gambut. BAHAN DAN METODE Alat Alat-alat gelas, magnetic stirrer, neraca analitik, lampu UV, termostat (Haake B3), mesin gerinda C - 33


(Stuers Labo Pol-21), dan Potensiostat buatan radiometer® (Tacussel-Radiometer, voltalab PGZ 301)

dilakukan pengujian korosi dengan metode polarisasi potensiodinamik (Tafel Method). Pada pengujian ini, baja karbon yang dijadikan sebagai elektroda kerja dimasukkan ke dalam larutan uji 1% asam humat dan ditentukan kondisi waktu terpapar kritis. Kondisi kritis di sini adalah kondisi dimana laju korosi tertinggi dicapai oleh baja karbon dari variasi yang diberikan yaitu 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 jam. Nilai kerapatan arus korosi (Icorr) yang terjadi pada permukaan baja karbon ditentukan dengan :

Bahan Monomer (3-(trimethoxysilyl) propyl metacrylate) (TMSPMA, Aldrich), etanol p.a (C2H5OH, Merck), aquades (H2O), kloroform p.a (CHCl3, Aldrich), asam klorida p.a (HCl, Merck), silicon wafer, kaca, teepol (brataco), aseton p.a (CH3COCH3, Merck), fotoinisiator Irgacure 819 (Aldrich), asam humat (Merck), baja karbon jenis API 5L X65 (PT. Krakatau Steel), dan kertas abrasif.

Ι

=

Β

persamaan 1

dan laju korosi menggunakan rumus :

Prosedur Penelitian Sintesis polimer hibrid Prekursor polimer hibrid dibuat dengan proses sol-gel. Proses sol-gel diawali dengan melarutkan monomer trimetoksisilil propilmetakrilat (TMSPMA) ke dalam pelarut, kemudian diaduk sehingga menjadi satu fase. Setelah itu ditambahkan akuades dan diaduk menggunakan magnetic stirrer. Setelah akuades bereaksi dengan larutan yang terbentuk, kemudian ditambahkan ke dalamnya katalis asam. Perbandingan pelarut yang digunakan merupakan optimasi dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya [9]. Hasil yang didapat selanjutnya dipurifikasi untuk menghilangkan sisa monomer, air dan katalis yang tidak bereaksi dengan menambahkan kloroform dan akuades. Larutan gel bening yang diperoleh ini disebut prekursor. Proses coating polimer hibrid pada baja karbon dilakukan dengan cara casting solution. Prekursor yang diperoleh dicoating ke permukaan elektroda baja karbon dan dilakukan proses fotopolimerisasi untuk mendapatkan film tipis yang siap diuji ketahanan korosinya.

= 3,27.10

Ι

persamaan 2

dengan, r = laju korosi (mm/th) Ae = massa ekivalen logam (g.mol-1.ek -1)  = masa jenis logam (g.cm-3) Icorr = rapat arus korosi (A.cm-2) Efisiensi proteksi (P) dari polimer hibrid pada waktu paparan kritis ditentukan berdasarkan data laju korosi baja karbon yang dicoating dengan polimer hibrid dan dibandingkan dengan baja karbon tanpa coating. Berdasarkan hasil pengukuran polarisasi, P ditentukan melalui persamaan 3 [5]. (%) = 100 1 −

persamaan 3

dengan P adalah efisiensi proteksi (dalam %), sedangkan Ι dan Ι berturut-turut adalah rapat arus korosi baja karbon tanpa dilapisi polimer hibrid dan baja karbon yang dilapisi dengan polimer hibrid pada kondisi kritis.

Uji Korosi Untuk mengevaluasi coating polimer hibrid sebagai proteksi korosi pada baja karbon, C - 34


HASIL DAN PEMBAHASAN Waktu paparan kritis baja karbon dalam media air gambut Untuk mempelajari kelakuan korosi baja karbon dalam larutan 1% asam humat dilakukan polarisasi dalam media uji pada berbagai waktu terpapar. Untuk variasi waktu terpapar dari baja karbon pada larutan uji yang dilakukan adalah selama 5 jam dengan selang waktu pengukuran : 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 jam, dihitung sejak baja karbon direndam dalam larutan. Luaran yang dihasilkan berupa kurva polarisasi anodik dan katodik. Kurva hasil polarisasi diekstrapolasi dengan metode Tafel untuk memperoleh besaran-besaran listrik atau parameter yang berkaitan dengan proses korosi baja karbon. Untuk menentukan waktu terpapar kritis yang dicapai oleh baja karbon, maka penentuan dilakukan pada kondisi suhu tetap (25C). Kurva polarisasi anodik dan katodik dari variasi waktu terpapar berdasarkan pengukuran polarisasi disajikan pada Gambar 1. Berdasarkan kurva polarisasi anodik dan katodik potensiodinamik diperoleh nilai potensial korosi (Ecorr), tahanan polarisasi (Rp), tetapan Tafel anodik (a), dan tetapan Tafel katodik (c).

Gambar 1. Kurva polarisasi anodik dan katodik baja karbon dalam larutan 1% asam humat pada variasi waktu terpapar

Besaran listrik dan hasil perhitungan Icorr dan r disajikan pada Tabel 1. Data tersebut menunjukkan terjadinya laju korosi yang paling tinggi pada saat waktu kontak atau terpaparnya baja karbon selama 3 jam dalam larutan asam humat 1%. Laju korosi meningkat dengan meningkatnya waktu paparan mulai dari 0, 1, dan 3 jam. Namun di saat 2 jam paparan, terjadi penurunan laju korosi. Penurunan laju korosi juga terjadi pada waktu paparan 4 jam dan 5 jam yang dimungkinkan karena terbentuknya lapisan pasif produk korosi.

Tabel 1. Parameter korosi baja karbon dalam larutan asam humat pada variasi waktu paparan Waktu Terpapar (jam) 0 1 2 3 4 5

Ecorr (mV) -389.0 -663.0 -703.0 -715.0 -716.0 -719.0

a (mV) 62.2 49.6 28.2 116.2 105.3 103.2

Peningkatan waktu terpapar dari 0, 1, dan 3 jam menggeser potensial korosi baja karbon ke arah lebih negatif, menunjukkan bahwa permukaan baja karbon terpolarisasi secara katodik [10]. Peningkatan waktu paparan menurunkan tahanan polarisasi pada antarmuka elektroda dan media larutan, akibatnya zona

c (mV) 42.9 38.2 24.2 120.6 105.7 105.3

Icorr (A)

r (mm/th)

1.83 4.63 1.04 21.7 17.5 16.7

836 2114 474.7 9909 7979 7617

serangan pada permukaan baja karbon makin luas [11]. Peningkatan waktu paparan yang menurunkan tahanan polarisasi ini diakibatkan oleh bertambahnya energi kinetik spesi-spesi dalam media larutan sehingga ion-ion Fe2+ dan konduktivitas larutan meningkat dan berakibat

C - 35


pada meningkatnya transfer muatan pada antarmuka. Penurunan laju korosi pada waktu terpapar 2, 4, hingga 5 jam dimungkinkan karena terbentuknya lapisan pasif oksida besi yang terbentuk pada permukaan baja karbon dan berkurangnya jumlah ion-ion OH-. Penurunan konsentrasi ion-ion OH- menyebabkan arus reduksi pada proses katodik berkurang sehingga arus korosi juga menurun dan potensial korosi bergeser ke arah lebih negatif (polarisasi katodik).

KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa : 1. Waktu paparan selama 3 jam merupakan kondisi kritis baja karbon dalam media asam humat. 2. Polimer hibrid dapat dijadikan sebagai material anti korosi pada baja karbon dalam upaya melindunginya dari lingkungan asam humat denga efisiensi mencapai 99%. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada Dirjen Kemristekdikti melalui Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Tanjungpura yang telah membiayai penelitian ini dari skim penelitian Hibah Bersaing dengan Nomor 036/SP2H/LT/DRPM/II/2016. . DAFTAR PUSTAKA 1. Miller, M.H. and R.L Donahue. 1990. Soils. An Introduction to Soils and Plant Growth. Prentice Hall Englewood Cliffs. New Jersey. 768p 2. Dick, L.F.P. and Rodrigues, L.M. 2006. Influence of Humic Substances on the Corrosion of the API 5LX65 Steel. Corrosion. Vol. 62. p 35-43 3. Sekine, I., Kohara, K., Sugiyama, T., and Yuasa, M. 1992. Synthesis of Polymerized Films on Mild Steels by Electro-oxidation and Electroreduction and Their Corrosion Resistance. J. Electrochemical Society. Vol 139. No. 11. Pp 3090-7 4. Sulistijono. 2008. Handout Pengendalian Korosi. Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, FTI, ITS. Surabaya 5. Chou, T. P., Chandrasekaran, C., Limmer, S. J., Seraji, S., Wu, Y., Forbess, M. J., Nguyen, C., & Cao, G. Z. 2001. Organic-inorganic Hybrid Coatings for Corrosion Protection. Journal of Non-Crystalline Solids. Vol. 290. p 153-162.

Efisiensi Proteksi Coating pada Kondisi Kritis Untuk mengevaluasi polimer hibrid sebagai coating, dilakukan pengukuran laju korosi dengan polarisasi potensiodinamik (Tafel Methode) pada kondisi kritis yaitu waktu terpapar 3 jam. Baja karbon yang dicoating dengan polimer hibrid dari monomer TMSPMA dibandingkan dengan baja karbon yang tidak dicoating menunjukkan penurunan laju korosi dari 9909 mm/tahun menjadi 61 mm/tahun. Rendahnya laju korosi baja karbon yang dicoating dibandingkan blanko (baja karbon tanpa coating) disebabkan oleh tahanan polarisasi yang menurun dan arus reduksi yang naik dari 0,133 A menjadi 21,70 A. Konduktivitas larutan menurun karena adanya lapisan yang menghalangi interaksi baja karbon dengan lingkungan korosif. Berdasarkan data parameter uji korosi terhadap baja karbon yang dilapisi polimer hibrid, efisiensi proteksi dari polimer hibrid yang dilapis pada baja karbon dalam menghambat terjadinya proses korosi dengan melihat rapat arus korosi yang dihasilkan menunjukkan efisiensi mencapai 99%. Performa yang ditunjukkan oleh coating ini menjadikan polimer hibrid dapat dikembangkan menjadi material proteksi baja karbon di beberapa media korosif.

C - 36


6. Susilawati, T., Fitrilawati, Melati, H.A. 2011. Pembuatan Bahan Proteksi Korosi Pipa Baja Karbon Menggunakan Polimer Hibrid Organik-Anorganik. Jurnal Material dan Energi Indonesia. Vol 01, No. 02. P 33-38. 7. Zheludkevich, M.L., Serra, R., Montemor, M.F., Miranda Salvado, I.M., and Ferreira, M.G.S. 2005. Corrosion Protective Properties of Nanostructured Sol-gel Hybrid Coatings for AA2024-T3. J. Surfcoat. In press. 8. Melati, H.A., Suratno, W., Hidayat, R., Syakir, N., dan Fitrilawati, F. 2011. Proteksi Korosi Pipa Baja Karbon Penyalur Migas di Lingkungan Garam Menggunakan Polimer Hibrid Berbasis Monomer Glymo. Jurnal Bionatura. Vol. 13, No. 1. p 1-7 9. Pitriana, P., Fitrilawati, F., Tola, P.S., Miranti, R., dan Hidayat, R. 2008. Preparation of Hybrid Organic-Inorganic Polymers doped with Luminescent Molecules and their Characterizations. Proceeding of The 2nd International Conference on Mathematics and Natural Sciences. Bandung 10.Sato, N. 1995. The Stability of Localized Corrosion. Corrosion Science. 37. (12) 19471967 11.Brossia, C.S and Cragnolini, G.A. 2000. Effect of Environmental Variables on Localized Corrosion of Carbon Steel. Corros. Sci. Vol 56. 505-514

C - 37

PROTEKSI KOROSI BAJA KARBON DENGAN POLIMER HIBRID PADA WAKTU PAPARAN KRITIS DI MEDIA ASAM HUMAT

Recommend Documents