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”