OPTIMASI PELAPISAN SS 304 DENGAN KITOSAN SECARA ELEKTROFORESIS

SKRIPSI

OPTIMASI PELAPISAN SS 304 DENGAN KITOSAN SECARA ELEKTROFORESIS LAILY AMELIA WARDANI NRP. 1410 100 041 Dosen Pembimbing Dra. Harmami, MS. JURUSAN KIMIA Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014

i

FINAL PROJECT

OPTIMIZATION OF SS 304 COATING WITH CHITOSAN BY ELECTROPHORETIC LAILY AMELIA WARDANI NRP. 1410 100 041 Advisor Lecturer Dra. Harmami, MS. CHEMISTRY DEPARTMENT Faculty Of Mathematics And Natural Sciences Sepuluh Nopember Institute Of Technology Surabaya 2014

ii

OPTIMASI PELAPISAN SS 304 DENGAN KITOSAN SECARA ELEKTROFORESIS

SKRIPSI

Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Program Studi S–1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Disusun Oleh :

LAILY AMELIA WARDANI NRP. 1410 100 041

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

iii

iv

OPTIMASI PELAPISAN SS 304 DENGAN KITOSAN SECARA ELEKTROFORESIS Nama : LAILY AMELIA WARDANI NRP : 1410 100 041 Jurusan : Kimia FMIPA-ITS Dosen Pembimbing : Dra. Harmami, MS. Abstrak Pelapisan kitosan pada stainless steel 304 (SS 304) dengan metode elektroforesis telah berhasil dilakukan dan dikarakterisasi. Kualitas pelapisan diuji menggunakan microprocessor coating thickness gauge mini test 600 untuk menentukan ketebalan lapisan dan polarisasi potensiodinamik dalam larutan 3% NaCl untuk mengetahui ketahan korosi spesimen. Kualitas pelapisan kitosan dipengaruhi oleh waktu dan tegangan selama proses pelapisan. Waktu pelapisan selama 30 menit pada tegangan 2,5 V menghasilkan lapisan yang seragam dengan ketahanan korosi yang paling baik. Kata kunci: elektroforesis, ketebalan, kitosan, korosi, SS 304.

v

OPTIMIZATION OF SS 304 COATING WITH CHITOSAN BY ELECTROPHORETIC

Nama NRP Department Advisor Lecturer

: LAILY AMELIA WARDANI : 1410 100 041 : Kimia FMIPA-ITS : Dra. Harmami, MS.

Abstract Electrophoretic chitosan deposits on stainless steel 304 (SS 304) has been produced and characterized. Coating thickness were characterized by microprocessor coating thickness gauge mini test 600 and corrosion resistance were characterized by potentiodynamicpolarization in NaCl 3% solution. The coating quality was seen to depend on applied voltage and deposition time during the coating process. Coating process with deposition time 30 minutes and applied voltage 2,5 Volt produced homogenous film and the best corrosion resistance. Keywords: chitosan, corrosion, electrophoretic, SS 304, thickness.

vi

KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbilalamin. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga naskah Skripsi yang berjudul “OPTIMASI PELAPISAN SS 304 DENGAN KITOSAN SECARA ELEKTROFORESIS” dapat diselesaikan.Untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini diperlukan semangat, ketekunan, dan kerja keras. Oleh karena itu, penulis sangat berterima kasih kepada: 1. Dra. Harmami, MS. selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan hingga Tugas Akhir ini selesai 2. Hamzah Fansuri, M.Si, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Kimia atas fasilitas yang telah diberikan hingga Tugas Akhir ini selesai 3. Dr.rer.nat Fredy Kurniawan, M.Si selaku kepala Laboratorium Instrumentasi dan Sains Analitik yang telah memberikan ijin penggunaan laboratorium 4. Drs. Agus Wahyudi, MS. Selaku dosen wali yang telah memberikan pengarah selama menempuh kuliah 5. Orang tua dan semua pihak yang telah membantu selama proses pembuatan skripsi ini. Semoga Skripsi ini memberikan manfaat bagi penulis dan pembaca dalam upaya menambah wawasan tentang kimia. Surabaya, 24 Juli 2014

Penulis

vii

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR................................................................. vii DAFTAR ISI........................................................... ................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................... x DAFTAR TABEL ........................................................................ xi DAFTAR LAMPIRAN ............................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ............................................................. 1 1.1 Latar Belakang .................................................................... 1 1.2 Permasalahan ....................................................................... 3 1.3 Tujuan.................................................................................. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................... 5 2.1 Stainless Steel (SS) ............................................................. 5 2.1.1 Austenitik ..................................................................... 5 2.2 Korosi .................................................................................. 6 2.2.1 Korosi Sumuran dan Celah........................................... 7 2.2.2 Stress Corrosion Cracking (SCC) ................................ 8 2.3 Termodinamika Korosi........................................................ 8 2.4 Kinetika Korosi ................................................................... 9 2.5 Pelapisan (Coating) ........................................................... 10 2.5.1 Elektroforesis.............................................................. 11 2.5.1.1 Pengaruh waktu deposisi ..................................... 12 2.5.1.2 Tegangan terpasang ............................................. 12 2.6 Kitosan .............................................................................. 13 2.7 Metode Pengukuran Korosi ............................................... 15 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................... 17 3.1 Alat dan Bahan .................................................................. 17 3.1.1 Alat ............................................................................. 17 viii

3.1.2 Bahan .......................................................................... 17 3.2 Prosedur Kerja ................................................................... 17 3.2.1 Preparasi Spesimen SS 304 ........................................ 17 3.2.2 Pembuatan Asam Asetat 0,525 M .............................. 18 3.2.3 Pembuatan Asam Asetat 0,026 M .............................. 18 3.2.4 Pembuatan Larutan 0,4% Kitosan (b/v) .................... 18 3.2.5 Pembuatan Larutan 0,08% Kitosan (b/v) .................. 18 3.2.6 Pelapisan SS 304 dengan Kitosan .............................. 18 3.2.6.1 Pelapisan dengan Variasi Waktu ......................... 18 3.2.6.2 Pelapisan dengan Variasi Tegangan .................... 19 3.2.7 Analisis Ketebalan dengan Coating Thickness........... 19 3.2.8 Pembuatan Media Korosi ........................................... 19 3.2.9 Metode Pengukuran Korosi ........................................ 20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................... 21 4.1 Proses Elektroforesis ......................................................... 21 4.2 Variasi Waktu Terhadap Ketebalan................................... 21 4.3 Variasi Waktu Terhadap Ketahanan Korosi ...................... 23 4.4 Variasi Tegangan Terhadap Ketebalan ............................. 25 4.5 Variasi Tegangan Terhadap Ketahanan Korosi ................. 26 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................... 29 5.1 Kesimpulan........................................................................ 29 5.2 Saran .................................................................................. 29 DAFTAR PUSTAKA.................................................................. 31 LAMPIRAN...... .......................................................................... 35 BIODATA PENULIS.................................................................. 65

ix

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sel pasif-aktif korosi sumuran Stainless Steel dalam larutan klorida (Uhlig dan Revie, 2008) ................. 8 Gambar 2.2 Skema proses deposisi elektroforesis pada (a) katoda dan (b) anoda (Hu dkk., 2012) .................. 12 Gambar 2.3 Struktur kitosan (Zhitomirsky dan Hashambhoy, 2007) ..................................................................... 14 Gambar 2.4 Kurva polarisasi potensiodinamik digunakan sebagai prosedur ekstrapolasi tafel (Grayeli-Korpi dkk., 2013) ............................................................ 15 Gambar 3.1 Microprocessor coating thickness gauge mini test 600 ........................................................................ 19 Gambar 3.2 Autolab Metrohm tipe AUT84948 ....................... 20 Gambar 4.1 Pengaruh waktu terhadap ketebalan lapisan kitosan pada SS 304 .......................................................... 22 Gambar 4.2 Kurva polarisasi SS 304 dalam media korosi NaCl 3% dengan variasi waktu ...................................... 23 Gambar 4.3 Pengaruh tegangangan terhadap ketebalan lapisan kitosan pada SS 304.............................................. 25 Gambar 4.4 Kurva polarisasi SS 304 dalam media korosi NaCl 3% dengan variasi tegangan ................................. 27

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2

Komposisi kimia SS 304 ........................................ 6 Parameter korosi cuplikan dengan variasi waktu dari uji polarisasi potensiodinamik ....................... 24 Parameter korosi cuplikan dengan variasi tegangan dari uji polarisasi potensiodinamik ....................... 27

xi

DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN

A Skema Kerja .................................................... 35 B Pembuatan Larutan .......................................... 41 C Kurva Polarisasi............................................... 45 D Perhitungan Standart Deviasi dan Batas Kepercayaan ......................................................... 51 LAMPIRAN E Parameter Korosi SS 304 Hasil Polarisasi Potensiodinamik ................................................... 63

xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Stainless steel 304 (SS 304) merupakan baja nirkarat paduan logam besi, 18% Cr, 8% Ni, dan karbon sebagai material paduan (Arutunow dkk., 2013). Stainless steel 304 merupakan baja austenitik yang banyak digunakan dalam industri karena mempunyai beberapa sifat yang khas, antara lain: memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, tahan karat, tahan goresan, tahan terhadap temperatur rendah ataupun tinggi, keras, densitasnya besar, permukaannya tahan aus, mudah dibersihkan, kuat ditempa, mengkilat, dan nampak menarik (Grayeli-Korpi dkk., 2013). Industri makanan merupakan salah satu industri yang menggunakan stainless steel 304 (El-Rahman dkk., 2012). SS 304 digunakan sebagai peralatan-peralatan instalasi produksi, pipa, dan tangki yang berhubungan langsung dengan bahan makanan (Foged dkk., 2005). Telah diketahui bahwa pada proses pembuatan makanan hampir semua menggunakan garam dapur (NaCl) sebagai bumbu maupun bahan pengawet alami. Menurut Cicek dan Al-Numan (2011) konsentrasi garam yang tinggi dapat mempercepat laju korosi, karena permukaan baja mengalami adsorbsi kompetitif dengan anion agresif, seperti ion klorida. Besi dengan ion klorida dapat membentuk FeCl2 yang larut dalam air, dan dengan begitu peristiwa korosi tejadi. Korosi merupakan peristiwa yang tidak diinginkan karena menimbulkan kerugian. Saat ini telah dilakukan banyak upaya untuk mencegah korosi, salah satunya yaitu dengan pelapisan (coating). Pelapisan (coating) dapat menurunkan laju korosi karena memutuskan interaksi antara logam dengan lingkungannya melalui pembentukan lapisan film. Pelapisan (coating) terdiri dari 1

2 dua jenis, yaitu organik dan anorganik. Pelapisan (coating) organik lebih luas digunakan karena dapat diaplikasikan baik pada permukaan dalam maupun luar logam. Pelapisan (coating) organik terdiri dari beberapa metode, salah satunya elektroforesis. Metode ini telah diaplikasikan untuk berbagai macam kebutuhan karena dari sisi harga cukup efisien. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi proses elektroforesis, yaitu waktu deposisi, tegangan, kuat medan, konsentrasi padatan dalam suspensi, dan konduktivitas substrat (Besra dan Liu, 2007). Kitosan merupakan polimer organik produk deasetilasi-N kitin dan sifat yang menarik, yaitu mempunyai aktivitas antibakteri, tidak beracun, biodegradabilitas, dan biokompatibilitas. Kitosan kaya akan gugus hidroksi dan amino; sehingga mempunyai potensi digunakan sebagai pelapis dan dapat diaplikasikan pada logam yang berhubungan dengan makanan (Sharmin dkk., 2012). Beberapa penelitian yang menggunakan kitosan sebagai pelapis logam telah dilakukan. Simchi dkk. (2009) telah meneliti pengaruh pH terhadap mobilitas elektroforesis kitosan selama proses elektroforesis pada SS 316L dan diperoleh pH optimum proses pelapisan adalah 4,1. Selain itu, Ahmed dkk. (2012) juga menguji ketahanan korosi baja lunak yang telah dilapisi kitosan dengan metode elektroforesis dan diikuti dengan pelapisan glutaraldehid dalam media H2SO4 0,5 M. Penelitian tersebut menghasilkan efisiensi inhibisi sebesar 98,1%. Pelapisan kitosan pada SS 316L juga telah diuji ketahan korosinya untuk bidang ortopedi dan diketahui bahwa kualitas pelapisan bergantung pada kuat arus (Gebhardt dkk., 2012). Oleh karena itu, pada penelitian ini dikaji kondisi optimum (tegangan dan waktu) pelapisan kitosan pada stainless steel 304 dan kualitas hasil lapisan ditentukan dari densitas arus korosi dalam media NaCl 3%.

3 1.2 Permasalahan Bagaimana kondisi optimum (tegangan dan waktu) selama proses pelapisan stainless steel 304 (SS 304) terhadap kualitas hasil lapisan? 1.3 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum (tegangan dan waktu) pada proses pelapisan SS 304 dengan kitosan secara elektroforesis. Kualitas hasil lapisan ditentukan dari densitas arus korosinya dalam media NaCl 3%.

4 “Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa kondisi pelapisan spesimen SS 304 dengan kitosan optimum pada waktu 30 menit dengan tegangan terpasang 2,5 Volt. Pada kondisi tersebut diperoleh lapisan dengan ketebalan 46,27 ± 7,52 μm dan densitas arus korosi (ikor) sebesar 0,8547 μA/cm2. 5.2 Saran Saran untuk penelitian ini selanjutnya adalah perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai pelapisan kitosan pada SS 304 untuk parameter lainya, baik yang berhubungan dengan suspensi maupun kontrol selama proses pelapisan. Sehingga nantinya kitosan dapat diaplikasikan secara luas untuk dunia industri, khususnya industri makanan.

29

30 “Halaman ini sengaja dikosongkan”

DAFTAR PUSTAKA

Abdallah M., 2002. "Rhodanine Azosulpha Drugs as Corrosion Inhibitors for Corrosion of 304 Stainless Steel in Hydrochloric Acid Solutions". Corrosion Science 44, 717–728. Ahmed R. A., Farghali R. A. dan Fekry A. M., 2012. "Study for the Stability and Corrosion Inhibition of Electrophoretic Deposited Chitosan on Mild Steel Alloy in Acidic Medium". International Journal of Electrochemical Science 7, 7270–7282. Arutunow A., Darowicki K. dan Tobiszewski M. T., 2013. "Electrical mapping of AISI 304 stainless steel subjected to intergranular corrosipn performed by means of AFMLIS in the contact mode". Corrosion Science 71, 37–42. Barbosa M. A., Pêgo A. P. and Amaral I. F., 2011. "2.213 Chitosan". In Comprehensive Biomaterials, ed. P. Ducheyne. Elsevier, Oxford. pp. 221–237. Besra L. dan Liu M., 2007. "A review on fundamental and applications of electrophoretic deposition (EPD)". Progress in Materials science 52, 1–61. Cicek V. dan Al-Numan B., 2011. Corrosion Chemistry. Massachusetts: Scrivener Publishing LLC. Craig B. D., Richard A. L. dan Rose D. H., 2006. Corrosion Prevention and Control: A Program Management Guide for Selecting Material. Second Ed. New York: AMMTIAC 31

32 El-Rahman A. M. A., El-Hossary F. M., Prokert F., Negm N. Z., Pham M. T. dan Richter E., 2012. "Corrosion Performance and Tribological Properties of Carbonitrided 304 Stainless Steel". Corrosion Resistance. Dr. Shih.Croatia: In Tech. Erna M., Emriadi, Alif A. dan Arief S., 2008. "Efektifitas Kitosan sebagai Inhibitor Korosi pada Baja Lunak dalam Air Gambut". Jurnal Natur Indonesia 13, 118–122. Foged J. N., Folkmar A. J., Elisabeth J., Løvstad P., Melsing E., Napper D., Riis A., Jørgensen C., Christiansen P., Ranløv P. dan Boye-Møller A. R., 2005. Stainless Steel in The Food Industry- an Introduction. Denmark: Danish Technological Institute. Gebhardt F., Seuss S., Turhan M. C., Hornberger H., Virtanen S. dan Boccaccini A. R., 2012. "Characterization of electrophoretic chitosan coating on stainless steel". Materials letters 66, 302–304. Grayeli-Korpi A.-R., Savaloni H. dan Habibi M., 2013."Corrosion inhibition of stainless steel type AISI 304 by Mn coating and subsequent annealing with flow of nitrogen at different temperatures". Applied Surface Science 276, 269–275. Hu R.-G., Zhang S., Bu J.-F., Lin C.-J. dan Song G.-L., 2012. "Recent progress in corrosion protection of magnesium alloys by organic coatings". Progress in Organic Coating 73, 129–141. Jones D. A., 1992. Principles and Prevention of Corrosion. Second Ed. New York: Macmillian Publishing Company.

33 Reive R. W., 2011. Uhlig’s Corrosion Handbook. Third Ed. New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. Roberge P. R., 2000. Handbook of Corrosion Engineering. USA: McGraw-Hill Companies, Inc. Sharmin E., Ahmad S. dan Zafar F., 2012. "Renewable Resources in Corrosion Resistance". Corrosion Resistance. Dr Shih. Croatia: In Tech. Simchi

A., Pishbin F. dan Boccaccini A. R., 2009. "Electrophoretic deposition of chitosan". Materials letters 63, 2253–2256.

Uhlig H. H. dan Revie R. W., 2008. Corrosion and corrosion control: an introduction to corrosion science and engineering. Fourth Ed. Hobonoken New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. Zhitomirsky I. dan Hashambhoy A., 2007. "Chitosan-mediated electrosynthesis of organic-inorganic nanocomposites". Journal of Materials Processing Technology 191, 68– 72.

34

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

BIODATA PENULIS Penulis dilahirkan di Surabaya, 31 Juli 1992, merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Penulis telah menempuh pendidikan formal yaitu di TK ABA 22 Surabaya, SDN Petemon II/350 Surabaya, SMP Negeri 3 Surabaya, dan SMA Negeri 6 Surabaya. Saat SMA, pada tahun 2010 penulis mengikuti PMDK Program Bidik Misi dan diterima di Jurusan Kimia FMIPA dan terdaftar dengan NRP 1410100041. Selama kuliah, penulis pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMKA) sebagai staf PSDM dan di KOPMA dr. Angka ITS sebagai Staf Riset, Asisten Direktur PSDA dan Bendahara. Selain itu, penulis juga pernah aktif sebagai Asisten Praktikum Kimia Dasar. Penulis menyelesaikan program sarjana dengan mengambil Tugas Akhir bidang Kimia Korosi dibawah bimbingan Dra. Harmami, MS. ([email protected]). Penulis dapat dihubungi melalui [email protected]

65

66 “Halaman ini sengaja dikosongkan”