optimasi pelapisan ss 304 dengan kitosan secara …

24
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

Upload: others

Post on 11-Feb-2022

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

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

iii

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

iv

v

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.

vi

OPTIMIZATION OF SS 304 COATING WITH

CHITOSAN BY ELECTROPHORETIC

Nama : LAILY AMELIA WARDANI

NRP : 1410 100 041

Department : Kimia FMIPA-ITS

Advisor Lecturer : 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.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbilalamin. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya 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 Komposisi kimia SS 304 ........................................ 6 Tabel 4.1 Parameter korosi cuplikan dengan variasi waktu

dari uji polarisasi potensiodinamik ....................... 24 Tabel 4.2 Parameter korosi cuplikan dengan variasi tegangan

dari uji polarisasi potensiodinamik ....................... 27

xi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Skema Kerja .................................................... 35 LAMPIRAN B Pembuatan Larutan .......................................... 41 LAMPIRAN C Kurva Polarisasi ............................................... 45 LAMPIRAN D Perhitungan Standart Deviasi dan Batas

Kepercayaan ......................................................... 51 LAMPIRAN E Parameter Korosi SS 304 Hasil Polarisasi

Potensiodinamik ................................................... 63

xii

1

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

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”

29

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.

30

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

31

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 AFM-

LIS 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

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”

65

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]

66

“Halaman ini sengaja dikosongkan”