1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Logam kadmium (Cd) merupakan salah satu logam penting di dunia industri. Karena sifatnya yang dapat ditempa, elastis, lembut, konduktor yang baik, dan tahan terhadap korosi, logam jenis ini banyak digunakan, baik sebagai pelapis maupun campuran material berbagai barang, seperti komponen sepeda motor, mobil, pesawat terbang, dan kapal laut, peralatan pabrik, dan komponen elektronik dan optik [1]. Selain itu, sifat logam Cd yang lebih reaktif daripada paduan baja mengakibatkan logam jenis ini dapat berperan sebagai anoda korban (sacrificial anodic protection) paduan tersebut. Bila pelapis paduan baja rusak, lapisan logam Cd dapat “menarik” proses oksidasi dan korosi yang seharusnya terjadi pada paduan baja. Sehingga, paduan baja tetap terlindungi dari serangan korosi walaupun pelapis logam Cd rusak [2]. Akan tetapi, penggunaan logam Cd saat ini dibatasi karena logam jenis ini tergolong logam berat yang bersifat toksik dan karsinogenik [3]. Untuk mengganti penggunaan logam Cd yang bersifat toksik dan karsinogenik, logam alternatif yang sejenis, yaitu zink (Zn) yang lebih ramah lingkungan banyak digunakan saat ini. Sama seperti logam Cd, pelapisan logam Zn juga dapat berperan sebagai anoda korban. Akan tetapi, karena logam jenis ini sukar ditempa, kurang elastis, bersifat lebih isolator, lebih reaktif, dan menghasilkan produk korosi yang banyak, penggunaan logam Zn murni tidak dapat sepenuhnya menggantikan logam Cd. Dalam lingkungan air laut, pelapis Zn murni cenderung lebih mudah berkarat daripada pelapis Cd. Akibatnya, pelapisan dengan logam Zn tidak dapat melindungi material secara jangka panjang. Terutama bila dalam kondisi lingkungan yang agresif [4],[5]. Oleh karena itu, penelitian mengenai perpaduan logam Zn dengan material lainnya guna menggantikan logam Cd menjadi sangat penting. Terutama di negara yang tingkat humiditasnya tinggi, seperti Indonesia. Beberapa penelitian penting mengenai pelapisan paduan Zn telah banyak dilakukan selama 40 tahun terakhir ini guna mengganti penggunaan logam Cd [6]. Akan tetapi, penelitian yang ada kebanyakan berupa perpaduan antar logam jenis satu dengan logam jenis lainnya. Seperti paduan logam Zn-Cu, Zn-Mn, Zn-Fe, Zn-Co, Zn-Sn, dan Zn-Ni [7-10]. Sedangkan penelitian mengenai pelapisan paduan Zn dengan material organik, seperti plastik, tergolong jarang dilakukan, mengingat sebagian besar material organik memiliki konduktivitas listrik yang rendah, sukar larut dalam air, dan tidak dapat terionisasi. Sifat-sifat tersebut menyebabkan sebagian besar material organik tidak dapat dielektroplating. Padahal, material organik memiliki ketahanan
29
Embed
BAB I PENDAHULUAN - ariestokevin.files.wordpress.com · Spesimen uji yang dilapisi Zn-PP pada penelitian ini ... Besarnya voltase yang diaplikasikan dan konsentrasi partikel PP dalam
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Logam kadmium (Cd) merupakan salah satu logam penting di dunia industri. Karena
sifatnya yang dapat ditempa, elastis, lembut, konduktor yang baik, dan tahan terhadap korosi,
logam jenis ini banyak digunakan, baik sebagai pelapis maupun campuran material berbagai
barang, seperti komponen sepeda motor, mobil, pesawat terbang, dan kapal laut, peralatan
pabrik, dan komponen elektronik dan optik [1]. Selain itu, sifat logam Cd yang lebih reaktif
daripada paduan baja mengakibatkan logam jenis ini dapat berperan sebagai anoda korban
(sacrificial anodic protection) paduan tersebut. Bila pelapis paduan baja rusak, lapisan logam Cd
dapat “menarik” proses oksidasi dan korosi yang seharusnya terjadi pada paduan baja. Sehingga,
paduan baja tetap terlindungi dari serangan korosi walaupun pelapis logam Cd rusak [2]. Akan
tetapi, penggunaan logam Cd saat ini dibatasi karena logam jenis ini tergolong logam berat yang
bersifat toksik dan karsinogenik [3].
Untuk mengganti penggunaan logam Cd yang bersifat toksik dan karsinogenik, logam
alternatif yang sejenis, yaitu zink (Zn) yang lebih ramah lingkungan banyak digunakan saat ini.
Sama seperti logam Cd, pelapisan logam Zn juga dapat berperan sebagai anoda korban. Akan
tetapi, karena logam jenis ini sukar ditempa, kurang elastis, bersifat lebih isolator, lebih reaktif,
dan menghasilkan produk korosi yang banyak, penggunaan logam Zn murni tidak dapat
sepenuhnya menggantikan logam Cd. Dalam lingkungan air laut, pelapis Zn murni cenderung
lebih mudah berkarat daripada pelapis Cd. Akibatnya, pelapisan dengan logam Zn tidak dapat
melindungi material secara jangka panjang. Terutama bila dalam kondisi lingkungan yang
agresif [4],[5]. Oleh karena itu, penelitian mengenai perpaduan logam Zn dengan material
lainnya guna menggantikan logam Cd menjadi sangat penting. Terutama di negara yang tingkat
humiditasnya tinggi, seperti Indonesia.
Beberapa penelitian penting mengenai pelapisan paduan Zn telah banyak dilakukan selama
40 tahun terakhir ini guna mengganti penggunaan logam Cd [6]. Akan tetapi, penelitian yang ada
kebanyakan berupa perpaduan antar logam jenis satu dengan logam jenis lainnya. Seperti paduan
logam Zn-Cu, Zn-Mn, Zn-Fe, Zn-Co, Zn-Sn, dan Zn-Ni [7-10]. Sedangkan penelitian mengenai
pelapisan paduan Zn dengan material organik, seperti plastik, tergolong jarang dilakukan,
mengingat sebagian besar material organik memiliki konduktivitas listrik yang rendah, sukar
larut dalam air, dan tidak dapat terionisasi. Sifat-sifat tersebut menyebabkan sebagian besar
material organik tidak dapat dielektroplating. Padahal, material organik memiliki ketahanan
2
korosi terhadap senyawa polar yang sangat tinggi. Hal ini dikarenakan sebagian besar material
organik bersifat inert.
Untuk mendeposisikan atau melapisi logam dengan material organik yang bersifat inert,
teknik electrophoretic deposition (EPD) dapat dipakai. Berbeda dengan teknik elektroplating
yang memanfaatkan arus listrik guna mengionisasi logam, teknik EPD memanfaatkan prinsip
pergerakan partikel koloid dalam suatu medium, biasanya air, yang disebabkan oleh adanya
medan listrik pada elektroda [11]. Dalam prosesnya, partikel tersebut ditambahkan suatu
dispersan guna “memberi” muatan pada partikel tersebut sehingga partikel tersebut bergerak
menuju elektroda yang muatannya berlawanan. Salah satu material organik yang berhasil
dideposisikan dengan teknik EPD adalah plastik jenis polistirena (PS).
Berdasarkan uraian di atas, perlu dilaksanakan penelitian mengenai teknik rekayasa
elektrodeposisi untuk memadukan sifat mekanik dan sifat anoda korban logam Zn dengan sifat
inert material organik guna mengganti penggunaan logam Cd. Salah satu material organik yang
berpotensi adalah polipropilena (PP). Material organik tersebut merupakan bahan penyusun
plastik yang biasa digunakan di dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat tidak dapat atau sukar
diuraikan di dalam tanah. Sehingga bahan tersebut terakumulasi di alam secara melimpah. Data
tahun 2008 dari Deputi Pengendalian Pencemaran Kementerian Negara Lingkungan Hidup
(KLH) menyebutkan, setiap individu rata-rata menghasilkan 120 gram sampah plastik tiap hari.
Dengan asumsi ada sekitar 220 juta penduduk Indonesia, maka sampah plastik yang tertimbun
mencapai 26.500 ton/hari, sedangkan jumlah timbunan sampah nasional diperkirakan mencapai
176.000 ton/hari [14].
Sejauh literatur yang peneliti temukan, elektrodeposisi logam dipadukan material organik
lainnya telah berhasil dilakukan dengan menggunakan logam Ni-polietilena murni. Kehadiran
polietilena (PE) murni yang menempel pada logam secara signifikan meningkatkan ketahanan
logam terhadap korosi akibat senyawa polar, meningkatkan tingkat kekerasan, dan meningkatkan
ketahanan aus [15]. Namun, belum terdapat penelitian mengenai elektrodeposisi logam Zn
dipadukan dengan limbah plastik PP. Hal inilah yang memicu peneliti untuk menemukan metode
rekayasa elektrodeposisi logam Zn dipadukan limbah plastik PP guna menggantikan penggunaan
logam Cd. Maka dari itu, peneliti melakukan penelitian yang berjudul, “Elektrodeposisi
Material Komposit Zn-PP sebagai pelapis Anti Karat.” Di dalam penelitian ini, peneliti
mengombinasikan metode elektroplating yang bertujuan untuk mendeposisikan logam Zn
dengan metode EPD yang bertujuan untuk mendeposisikan limbah plastik PP. Persoalan pokok
yang hendak dikaji pada penelitian ini ialah metode elektrodeposisi logam Zn dipadukan limbah
PP, efektifitas lapisan Zn-PP dalam menghambat korosi.
3
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan tiga rumusan masalah sebagai
berikut :
1. Bagaimana metode elektrodeposisi Zn-PP pada permukaan logam?
2. Bagaimana efektifitas lapisan Zn-PP dalam menghambat korosi logam?
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Spesimen uji yang dilapisi Zn-PP pada penelitian ini merupakan pelat baja karbon
rendah.
2. PP yang digunakan pada penelitian ini merupakan limbah plastik yang telah diolah
menjadi pellet.
3. Medium uji laju korosi pelat baja karbon rendah adalah larutan NaCl 3,5%.
4. Laju korosi baja karbon rendah berjenis korosi seragam.
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mempelajari metode elektrodeposisi Zn-PP dan pengaruh komponen elektrodeposisi
(voltase dan konsentrasi bubuk PP) terhadap massa deposisi lapisan Zn-PP dan persentase
volume PP yang menempel pada lapisan Zn.
2. Mengetahui pengaruh besarnya persentase volume PP yang menempel pada lapisan
terhadap laju korosi logam
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan memberikan manfaat kepada berbagai pihak, terutama masyarakat
umum. Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagi Peneliti
Mengetahui teknik rekayasa elektrodeposisi yang baru.
2. Bagi Masyarakat
Memberikan alternatif teknik rekayasa elektrodeposisi baru guna mengganti penggunaan
logam Cd.
3. Bagi Lingkungan
Mengurangi timbunan limbah plastik yang terdapat di alam dan mengurangi pencemaran
yang ditimbulkan akibat timbunan limbah plastik tersebut.
4
1.6. Hipotesis
Peneliti mengajukan beberapa hipotesis terkait penelitian ini. Daftar hipotesis tersebut
adalah sebagai berikut :
1. Besarnya voltase yang diaplikasikan dan konsentrasi partikel PP dalam suspensi
berbanding lurus terhadap besarnya massa deposisi sampel dan persentase volume
partikel PP yang menempel pada proses elektrodeposisi.
2. Besarnya persentase volume partikel PP yang menempel pada lapisan berbanding lurus
terhadap ketahanan korosi lapisan komposit Zn-PP.
5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1. Elektrodeposisi
Elektrodeposisi adalah suatu metode pelapisan material dengan cara mengalirkan arus listrik
kepada material tersebut dan kepada elektroda. Dalam hal ini, material yang akan dilapisi dapat
berperan sebagai katoda maupun anoda. Metode elektrodeposisi dapat dibagi menjadi dua, yakni
metode elektroplating dan metode electrophoretic deposition (EPD).
2.1.1. Elektroplating
Elektroplating merupakan suatu proses penggunaan arus listrik untuk mengurangi
kandungan kation logam terlarut sehingga kation logam tersebut membentuk lapisan logam
yang koheren pada elektroda. Prinsip kimia dari proses ini ialah oksidasi logam anoda (+)
sehingga terbentuk kation-kation logam dan reduksi kation logam kepada katoda (-) sehingga
kation-kation logam menempel pada katoda. Proses ini dipakai untuk mendapatkan
karakteristik tertentu dari sebagian atau seluruh permukaan material yang akan dilapisi,
seperti ketahanan abrasi maupun aus, ketahanan terhadap korosi, lubrisitas, estetika, dll.
Elektroplating dilakukan dengan cara mengalirkan arus listrik DC kepada elektroda yang
direndam ke dalam larutan elektrolit. Larutan elektrolit harus mengandung satu atau lebih
garam logam terlarut agar arus listrik dapat mengalir. Dalam hal ini, material yang akan
dilapisi berfungsi sebagai katoda sedangkan material pelapis berfungsi sebagai anoda. Akan
tetapi, proses elektroplating tidak selalu mengonsumsi anoda. Bila anoda yang dipakai adalah
timah atau karbon, sumber kation logam berasal dari larutan elektrolit. Sehingga, larutan
elektrolit harus diganti setelah beberapa kali penggunaan.
Sebelum proses elektoplating dilaksanakan, terlebih dahulu harus dilakukan perlakuan
awal terhadap material yang akan dilapisi. Proses ini sangat penting karena kontaminan atau
produk korosi yang menempel pada permukaan material dapat mengurangi tingkat adhesi,
bahkan mencegah proses pelapisan itu sendiri. Secara umum, proses pembersihan permukaan
material terdiri dari tiga tahap, yaitu degreasing, pembersihan alkali, dan pickling, Proses
yang pertama dan kedua berfungsi untuk membersihkan permukaan material dari minyak,
debu, kotoran, dan kontaminan organik lainnya. Sedangkan proses yang ketiga berfungsi
untuk membersihkan permukaan material dari produk korosi [16].
Teknologi elektroplating sangat banyak digunakan pada berbagai barang di kehidupan
sehari-hari. Barang-barang seperti perhiasan, kerajinan, komponen sepeda motor dan mobil,
6
peralatan pabrik, alat-alat perkantoran dan pertanian, komponen elektronik dan optik, dan
lain-lain tidak dapat terlepas dari proses elektroplating pada pengerjaan tahap akhirnya.
Metode in banyak dipakai karena memiliki beberapa kelebihan. Antara lain, temperature
proses rendah, peralatan relatif murah, komposisi larutan luas, laju pengendapan cepat,
porositas pada lapisan rendah, dan dapat menghasilkan beberapa lapisan [17].
2.1.2. Electrophoretic Deposition (EPD)
Penerapan medan listrik guna menggerakkan partikel koloid yang telah didispersikan dan
“diberi” muatan dalam suatu medium agar terdeposisi kepada elektroda dinamakan proses
electrophoretic deposition (EPD) [11]. Berbeda dengan metode elektroplating dimana arus
listrik digunakan untuk mereduksi logam anoda menjadi kation-kation logam, metode EPD
menggunakan arus listrik guna menggerakkan partikel koloid dalam suatu medium. Dalam hal
ini, besarnya medan listrik lebih berperan daripada rapat arus listrik. Adapaun persamaan laju
partikel terdispersi akibat pengaruh medan listrik dapat diekspresikan ke dalam persamaan
berikut. [11]
Keterangan :
Vp : Laju partikel terdispersi
: Permitivitas dielektrik medium EPD
: Zeta potensial (indikator kestabilan partikel)
: Medan listrik seragam
: Viskositas medium EPD
Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa tingkat kualitas EPD ditentukan oleh empat
faktor : (1) Permitivitas dielektrik medium EPD ; (2) Kestabilan partikel ; (3) Besarnya medan
listrik ; (4) Viskositas medium EPD. Faktor (1), (2), dan (3) berbanding lurus terhadap
kualitas EPD sedangkan faktor (4) berbanding terbalik terhadap kualitas EPD.
Metode EPD berfungsi untuk mendeposisikan material yang tidak dapat terionisasi oleh
arus listrik. Sebagai contoh, pelapisan logam dengan hidroksiapatit, kitosan, TiO2, CNT, dan
berbagai jenis keramik dapat dilakukan dengan menerapkan metode ini. Untuk melaksanakan
proses tersebut, material pelapis harus direduksi ukurannya hingga berskala mikro bahkan
nano. Beberapa jenis dispersan dapat ditambahkan ke dalam suatu medium agar terbentuk
suspensi yang homogen [11]. Hal tersebut diperlukan karena faktor kestabilan partikel
memainkan peranan penting dalam proses EPD.
7
2.2. Korosi
Korosi berasal dari bahasa latin corrodere, yang bermakna “menggerogoti hingga
berkeping-keping.” Definisi umum dari kata “korosi” ialah reaksi kimia atau reaksi
elektrokimia suatu lingkungan dengan suatu material, biasanya logam, dan dapat mengakibatkan
deteriorasi logam [22], [23]. Maksud lingkungan pada konteks ini ialah segala sesuatu yang
mengalami kontak langsung dengan suatu material. Korosi dapat digolongkan menjadi berbagai
jenis menurut penyebabnya dan proses terjadinya [22], [24], [25].
2.2.1. Jenis-jenis Korosi
2.2.1.1. Korosi Seragam
Korosi seragam adalah korosi yang terjadi pada permukaan logam secara merata
akibat reaksi kimia karena pH air yang rendah (asam) dan udara yang lembab, sehingga
makin lama logam makin menipis. Biasanya korosi tipe ini terjadi pada pelat baja atau
profil dan logam homogen. Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara diberi lapis dinding
yang mengandung inhibitor. [24]. [25]
2.2.1.2. Korosi Galvanis
Korosi yang disebabkan karena adanya kontak dua jenis logam yang berbeda dalam
suatu sistem elektrolit, sehingga logam yang lebih anodic atau lebih reaktif akan terkorosi
(dalam hal ini teroksidasi). Korosi galvanis dapat ditanggulangi dengan beberapa cara,
yaitu : (1) Memberi isolator yang cukup tebal, (2) Memasang proteksi katodik, dan (3)
Menambahkan inhibitor pada cairan. [24], [25]
2.2.2. Metode Penghambatan Korosi pada Logam
2.2.2.1. Pemilihan Material
Pemilihan material merupakan upaya pertama untuk menghambat korosi pada logam.
Setiap unsur logam memiliki kereaktifan yang berbeda-beda, sebagai contoh logam Au
(emas) dan Pt (platinum) memiliki kereaktifan yang rendah, sedangkan logam Zn (seng),
Mg (magnesium), dan Li (lithium) memiliki kereaktifan yang tinggi. Oleh karena itu,
pemilihan jenis logam hendaknya disesuaikan berdasarkan tingkat aggresivitas
lingkungannya. Biasanya, perpaduan logam (alloying) dilaksanakan untuk mendapatkan
logam dengan kereaktifan rendah. [22], [24]
Untuk mengetahui kecocokan paduan logam terhadap lingkungan, pengujian laju
korosi dapat dilakukan dengan menggunakan dua metode. Yakni, metode kehilangan berat
(weight loss) dan metode elektrokimia. Pengujian tersebut dilakukan untuk mengukur laju
penetrasi korosi terhadap paduan logam. Hasil pengujian laju korosi tersebut kemudian
8
dicocokkan dengan tabel di bawah ini untuk menentukan kecocokan paduan logam
terhadap lingkungan
Tabel 2.1.
Indikator Kecocokan Paduan Logam berdasarkan Laju Korosinya[26]