PENGARUH KONSENTRASI CaCO3 TERHADAP ... - Digilib ITS

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1
PENGARUH KONSENTRASI CaCO 3
TERHADAP SIFAT KOROSI BAJA ST.37
DENGAN COATING PANi(HCl)/CaCO 3
Ahmad Hijazi, Zaenal Arifin, Suminar Pratapa
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Imu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: ahmadhijazi21@yahoo.com
Penelitian tentang pengaruh konsentrasi CaCO 3
terhadap sifat korosi coating PANi (HCL) – CaCO 3 telah
dilakukan. Dalam penelitian ini telah dilakukan sintesis PANi
(HCL) dilakukan dengan metode reaksi kimia. Kemudian untuk
sintesis CaCO 3 dilakukan dengan metode karbonasi dengan
kecepatan alir gas CO 2 sebesar 10 SCFH untuk memperoleh fasa
kalsit. Komposit PANi (HCL) – CaCO 3 akan dicampurkan ke
dalam cat dasar untuk menjadikan pelapis tahan korosi.
Penambahan konsentrasi CaCO 3 dalam komposit adalah sebesar
2,5%, 5%, 7,5%, dan 10%. Bahan komposit diuji dalam dua
macam metode yaitu metode Spectroskopi Impedansi
Elektrokimia (EIS) dan metode Polarisasi Potensiodinamik
(tafel). Melalui hasil perhitungan laju korosi dengan metode
Polarisasi Potensiodinamik (tafel) dapat diketahui bahwa
komposit dengan konsentrasi 2,5%wt CaCO 3 memiliki
ketahanan yang paling baik dengan laju korosi sebesar
0,00029524 mpy.
Kata Kunci : Kalsit, Kalsium Karbonat, Karbonasi, Polianilin,
Metode EIS, Metode Tafel
bertujuan untuk menciptakan bahan komposit agar menjadi
bahan yang bersifat lebih unggul dan aplikatif. Salah satu
polimer yang paling mudah dibuat adalah PANi dan dengan
memberikan filler (CaCO 3 ), maka PANi tersebut akan
memiliki sifat yang lebih unggul dan aplikatif dalam
hubungannya dengan proteksi korosi.
A. Polianilin
II. TINJAUAN PUSTAKA
Polianilin (PANi) dapat dibedakan dalam 5 (lima) fasa,
yang meliputi basa leukoemeraldin, garam leukoemeraldin,
basa emeraldin, emeraldin teroksidasi dan garam emeraldin
(Andreatta, 1988). Diantara fasa tersebut yang bersifat
konduktif adalah garam emeraldin, sedangkan fasa yang lain
bersifat isolator. PANi dalam fasa konduktif dapat disintesis
melalui oksidasi dengan cara kimia dan elektrokimia dalam
medium asam.
I. PENDAHULUAN
Polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non konduktif.
Ahli polimer telah menemukan polimer yang bersifat
konduktif maupun semi-konduktif. Polimer konduktif adalah
polimer yang dapat menghantarkan arus listrik. Hantaran
listrik terjadi karena ada elektron yang terdelokalisasi, yang
mempunyai struktur pita seperti silikon. Polimer konduktif
kebanyakan bersifat semikonduktor, karena struktur pitanya
mirip silikon. Tapi ada beberapa polimer yang mempunyai
gap pita kosong sehingga bersifat seperti logam. Keunggulan
lain dari bahan polimer adalah ketahanannya terhadap
lingkungan yang bersifat korosif.
Salah satu alternatif yang digunakan untuk mengatasi
masalah korosi yang terjadi pada logam adalah dengan
membuat pelapis anti korosi yang berbasis pada bahan
komposit, yaitu memberikan pengisi komposit pada cat dasar
untuk meningkatkan ketahanannya dari korosi. Komposit
sendiri merupakan kombinasi dari dua material atau lebih
yang memiliki fasa berbeda menjadi suatu material baru yang
memiliki properti lebih baik dari keduanya.
Sekarang ini banyak sekali penelitian tentang polimer yang
B. Batu Kapur
Salah satu batuan sedimen yang paling banyak ditemui
adalah batuan kapur. Limestone merupakan istilah yang
digunakan untuk batuan karbonat/fosil yang terbentuk secara
pokok terdiri dari kalsium karbonat atau kombinasi dari
kalsium dan magnesium karbonat dengan variasi sejumlah
impuritas yang terbanyak adalah silika dan alumina.
Sedangkan lime tidak terlalu bervariasi dibandingkan
limestone, merupakan hasil kalsinasi atau dibakar dalam
bentuk limestone, yang lebih dikenal atau populer sebagai
qucklime atau hydrated lime. Proses kalsinasi memaksa keluar
karbon dioksida dari batuan, membentuk kalsium
oksida/quiclime (Bonyton, 1980).
C. Korosi
Definisi dari korosi adalah penurunan mutu material akibat
reaksi elektrokimia dengan lingkungan sekitar. Bila ditinjau
dari interaksi yang terjadi, korosi adalah proses transfer
elektron dari logam ke lingkungannya. Logam bertindak

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 2
sebagai sel yang memberikan elektron (anoda) dan lingkungan
bertindak sebagai penerima elektron (katoda). Sedangkan
penurunan mutu yang diakibatkan interaksi secara fisik bukan
disebut korosi, namun biasa dikenal sebagai erosi dan
keausan. Dengan bereaksi ini sebagian logam akan “hilang”,
menjadi suatu senyawa yang lebih stabil. Di alam, logam pada
umumnya berupa senyawa, karena itu peristiwa korosi juga
dapat dianggap sebagai peristiwa kembalinya logam menuju
bentuknya sebagaimana ia terdapat di alam. Ini merupakan
kebalikan dari proses extractive metallurgy, yang memurnikan
logam dari senyawanya. Dalam hal ini korosi mengakibatkan
kerugian karena hilangnya sebagian hasil usaha manusia
memurnikan logam (Fontana, 1987).
D. Pengendalian Korosi Dengan Lapisan Penghalang
Lapisan penghalang yang dikenakan ke permukaan logam
dimaksudkan baik untuk memisahkan lingkungan dari logam
maupun untuk mengendalikan lingkungan mikro pada
permukaan logam. Banyak cara pelapisan yang digunakan
untuk maksud ini termasuk cat, selaput organik, vernis,
lapisan logam dan enamel dan sejauh ini yang paling umum
digunakan adalah cat. Dewasa ini teknologi pembuatan cat
dan cara pemakaiannyaberubah dengan pesat didorong oleh
terus meningkatnya biaya energi, bahan baku, dan tenaga
kerja. Polusi juga menjadi masalah dalam masyarakat yang
sadar lingkungan dimana senyawa organik mudah menguap
dilepaskan ke atmosfer setiap tahun akibat penggunaan cat. Ini
menyebabkan pengunaan pelarut lain terutama air menjadi
lebih menarik. Timbal sebagai aditif yang berbahaya pada
umumnya telah digantikan dengan bahan – bahan Titanium
Oksida yang sekarang menjadi salah satu bahan paling lazim
dalam kehidupan sehari – hari.
E. Metode EIS
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) adalah
suatu metoda untuk menganalisis respon suatu elektroda
terkorosi terhadap sinyal potensial. Pada prinsipnya metode
EIS dapat digunakan untuk menentukan sejumlah parameter
berkaian dengan besaran elektrokimia seperti tahanan
polarisasi (R p ), tahanan larutan (R s ), dan kapasitansi lapis
rangkap listrik (C dl ) (Jones, 1992). Besaran tahanan larutan R s
bergantung pada konsentrasi ion, jenis ion, temperatur, dan
geometri area penghantaran arus. Sedangkan besaran tahanan
transfer muatan R ct diperoleh dari perbedaan impedansi pada
frekwensi rendah dan frekwensi tinggi (diameter semilingkar).
Nilai tahanan transfer muatan R ct merupakan ukuran transfer
elektron pada permukaan logam yang secara proporsional
kebalikan dari arus korosi (I o ) melalui persamaan 2.2. Spektra
impedansi yang dihasilkan dari pengukuran dengan EIS
disajikan dalam aluran Nyquist. Sebelum pengukuran dengan
EIS, dilakukan pengukuran OCP agar keadaan mantap (steady
state) dari antaraksi antara elektrode dan larutan ruah dapat
diketahui.
R ct = RT/nFI 0 .....................2.1
Hasil dari pengukuran EIS diungkapkan dalam aluran
Nyquist. Tahanan listrik dalam EIS dinyatakan dalam
impedansi (Z). Impedansi sendiri adalah ukuran kemampuan
suatu rangkaian dalam menahan aliran arus listrik. Aluran
Nyquist berupa diagram berbentuk setengah lingkaran yang
mengalurkan impedansi nyata (real) terhadap impedansi
imajiner (imajiner). Pada umumnya, aluran Nyquist yang
dihasilkan tidak memperlihatkan setengah lingkaran,
melainkan semi-lingkar, perilaku ini dapat dihubungkan
dengan dispersi frekuensi akibat dari kekasaran permukaan
elektroda.
Gambar 2.7 Aluran Impedansi Nyquist (Kandias, 2008)
Adanya sudut 45 0 dari garis yang berhubungan dengan
bagian frekwensi sudut yang rendah menunjukkan bahwa
kinetika dari sistem elektrokimia dibatasi oleh proses kontrol
difusi (konsentrasi polarisasi). Ekstrapolasi setengah lingkaran
sebagai perpotongan impedansi nyata Z’ secara grafik
menyatakan tahanan polarisasi,R p .
Pemodelan dari sirkuit yang digunakan dalam EIS dapat
dimodelkan seperti pada Gambar 2.8.
Gambar 2.9 Skema sirkuit elektrokimia EIS
Model pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa
potensial yang digunakan pada sirkuit dan respon hantaran
sebagai sinyal frekwensi dijadikan sebagai data impedansi.
Data impedansi dihubungkan dengan tahap perubahan sudut
dan variasi potensial serta luas hantaran.
F. Metode Tafel
Salah satu teknik untuk menentukan perilaku korosi logam
berdasarkan hubungan potensial dan arus anodik atau katodik
adalah metode polarisasi potensiodinamik (Sunarya, 2008).
Jika anoda dan katoda yang ada dalam suatu elektrolit
terhubung singkat, maka reaksi-reaksi anodik dan katodik

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 3
akan berlangsung secara serempak, disebabkan terbentuknya
sistem mikrosel elektrokimia. Korosi logam terjadi jika
terdapat arus anodik yang besarnya sama dengan arus katodik.
Hal ini disebabkan karena adanya beda potensial antara logam
dan larutan elektrolit sebagai lingkungannya. Beda potensial
ini dinamakan dengan potensial korosi (E korr )(Sunarya, 2008).
Ada dua macam jenis polarisasi yaitu, polarisasi anodik dan
polarisasi katodik. Kedua polarisasi ini akan diterjemahkan ke
dalam persamaan Tafel menjadi tetapan Tafel anodik (β a ) dan
tetapan Tafel katodik (β c ).
3 )(sunarya, 2008). Nilai efisiensi proteksi korosi ditentukan
melalui persamaan :
PE(%)=(CR uncoat – CR/CR uncoat )x100%........(2.4)
Dengan PE adalah protection efficiency (%), CR uncoat dan CR
berturut – turut adalah tingkat korosi tanpa pelapisan dan
dengan pelapisan PANi – CaCO 3 .
III. METODOLOGI
A. Bahan
Bahan yang dipakai dalam penelitian ini adalah plat baja
ST.37 dengan dimensi 5 cm x 2 cm, batu kapur alami asal
Desa Tuwiri Kab Tuban, Anilin, Amonium Peroksidisulfat,
Asam Klorida, Tetrahidrofuran, Ammonium hidroksida,
Ammonium, Aquades, NMP, Cat Acrylic.
B. Skema Kerja
Persiapan Alat dan Bahan
GAMBAR 2.10 PLOT TAFEL (KANDIAS, 2008)
Tahanan polarisasi (R p ) merupakan ketahanan
spesimen terhadap oksidasi selama dibei arus luar.
Penggunaan tahanan polarisasi yang paling utama adalah
menentukan laju korosi. Laju korosi akan diperoleh
berdasarkan kemiringan kurva potensial sebagai fungsi rapat
arus di sekitar potensial korosinya.
Jika proses korosi logam dikendalikan oleh transfer muatan,
maka E korr dan arus korosi I kor dapat ditentukan dari
perpotongan garis Tafel anodik dan garis Tafel katodik. Akan
tetapi terlebih dahulu harus ditentukan nilai I kor dan konstanta
Tafel dari kurva polarisasi.
Kelebihan dari penggunaan metode ini selain dapat
menentukan laju korosi, V kor, juga dapat mengukur tahanan
polarisasi (R p ) dan kerapatan arus korosi, I kor dengan cepat.
Dengan menentukan kerapatan arus korosi, I kor, dapat
diketahui dari tetapan anodik β a , tetapan Tafel kaodik β c , dan
tahanan polarisasi, Rp pada baja karbon. Nilai I kor ditentukan
dengan menggunakan persamaan :
Pembuatan
PANi (HCl)
Pembuatan
CaCO 3 fasa
kalsit
Pencampuran
PANi (HCL) & CaCO 3
dengan cat
Pencelupan plat baja S.T 37
ke dalam larutan cat
Pengujian sampel dengan
metode EIS & Tafel
........2.2.
Laju korosi ditentukan dari nilai kerapatan arus
korosi melalui persamaan berikut :
Pengamatan dengan program
Voltamaster 4
............2.3.
dimana V kor merupakan laju korosi (mm.th -1 ), Ae adalah massa
ekivalen logam (g.mol -1 .ek -1 ), I kor adalah rapat arus korosi
(μA.cm -2 ), dan ρ adalah massa jenis logam yang diukur (g.cm -

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 4
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penentuan Laju Korosi Dengan Metode Tafel
Hasil yang didapatkan dari pengujian ini berupa potensial
(V) dan densitas arus (A/cm 2 ). Gambar 4.1 adalah hasil
pengujian polarisasi potensiodinamik baja ST.37 tanpa
pelapisan PANi/CaCO 3 dan Gambar 4.2 adalah baja ST.37
yang dilapisi dengan PANi/CaCO 3 dengan konsentrasi CaCO 3
yang berbeda.
Gambar 4.1 Kurva polarisasi potensiodinamik tanpa
pelapisan
C10 % 6,6961 -
0,91173
C original 10,855 -1,0094 0,010026
0,000618 38,31
Berdasarkan Gambar 4.1 dan Tabel 4.2 potensial korosi
baja ST.37 tanpa dilapisi PANi/CaCO 3 mempunyai harga
yang sangat negatif -1,0094 Volt hal ini menunjukkan bahwa
baja ST.37 mudah mengalami serangan korosi oleh ion – ion
klorida (Cl - ). Pelapisan PANi/CaCO 3 pada permukaan baja
ST.37 dapat menggeser nilai potensial korosi ke arah yang
lebih positif. Semakin kecil konsentrasi CaCO 3 yang
disubstitusikan ke dalam matrik PANi semakin positif
potensial korosinya. Hal ini menunjukkan proteksi lapisan
PANi/CaCO 3 pada permukaan baja ST.37 dapat berfungsi
sebagai penghalang serangan ion – ion korosif. Semakin kecil
konsentrasi CaCO 3 dalam matrik PANi semakin sempurna
barrier yang diberikan oleh lapisan PANi/CaCO 3 . Hal ini
ditandai dengan semakin rendahnya nilai laju korosi (CR)
yang dihasilkan
Yang menjadi pertanyaan dalam kajian perilaku korosi
pelapis PANi/CaCO 3 ini, mengapa semakin besar konsentrasi
CaCO 3 yang disubstitusikan sifat korosinya semakin
berkurang. Hal ini dapat dijelaskan berdasarkan tinjauan
distribusi CaCO 3 dalam matrik PANi. Semakin besar
konsentrasi CaCO 3 semakin terdistribusi merata dalam PANi,
sehingga CaCO 3 itulah yang menyebabkan semakin besarnya
serangan korosi. Hal ini disebabkan karena adanya kompositkomposit
baru yaitu cat, PANi, dan CaCO 3 itu sendiri. Karena
CaCO 3 merupakan salah satu bahan keramik yang memiliki
muatan positif sehingga terkena serangan korosi terlebih
dahulu oleh ion-ion Cl - . Semakin besar konsentrasi CaCO 3
yang disubstitusikan maka daerah yang terserang korosi
semakin besar.
Efisiensi pelapis PANi/CaCO 3 dapat diketahui dengan
persamaan :
%EF =
x100%.......4.1
Gambar 4.2 Kurva polarisasi potensiodinamik PANi/CaCO 3
dengan konsentrasi CaCO 3 berbeda
Sedangkan parameter yang dihasilkan dari kurva polarisasi
potensiodinamik disajikan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Nilai parameter extrapolasi Tafel PANi – CaCO 3
SAMPEL Io (x10 -7
A/cm 2 )
Eo
(Volts)
C2,5 % 3,1967 -
0,49534
C5 % 7,3119 -
0,83017
C7,5 % 7,8571 -
0,90713
CR
(mmPY)
% Efisiensi
proteksi
0,000295 97,05
O,000675 93,26
0,000720 90
B. Hasil Penentuan Laju Korosi dengan Metode EIS
Analis perilaku korosi dengan Electrochemical
Impedansi Spectroscopy (EIS) adalah analisis diagram
Nyquist yang menyatakan hubungan Impedansi real (Z) dan
Impedansi imajiner (Z’). Parameter elektrokimia yang
diperoleh dari pengujian ini adalah R s , R p , R ct dan C dl ,
dimana R s adalah tahanan larutan, R p adalah tahanan
polarisasi, R ct tahanan transfer muatan, dan C dl adalah
kapasitansi dobel layer yang terbentuk pada antar muka
lapisan dan cairan. Besarnya nilai kelengkungan yang
menyatakan ketahanan korosi logam atau baja, semakin
besar kelengkungan yang dihasilkan semakin tahan korosi
logam atau baja tersebut. Dengan kata lain serangan korosi
oleh ion – ion korosif terjadi dalam rentang waktu yang
cukup lama.
Hasil pengujian PANi/CaCO 3 dengan konsentrasi CaCO 3
fasa kalsit berbeda ditunjukkan pada Gambar 4.4

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 5
C7,5 % 1014 23134 35541 0,64
C10 % 21,05 3271 19533 0,32
Berdasarkan data komponen rangkaian ekivalen pada Tabel
4.3, tampak pada konsentrasi CaCO 3 rendah (2,5%)
mempunyai nilai R ct dan R p paling besar, hal ini menunjukkan
bahwa lapisan PANi/CaCO 3 merupakan barrier yang efektif
untuk menahan serangan atau perpindahan ion – ion korosif.
Sebaliknya pada konsentrasi CaCO 3 yang semakin besar
menghasilkan nilai R ct dan R p yang semakin kecil, artinya
kemampuan barriernya semakin berkurang. Pada bagian yang
lain juga ditunjukkan nilai C dl yang rendah 0,57 untuk
konsentrasi CaCO 3 sebesar 2,5%. Semakin kecil nilai C dl
semakin baik protektif lapisan PANi/CaCO 3 dan sebaliknya
semakin besar nilai C dl semakin jelek kemampuan
protektifnya dalam menahan serangan ion – ion korosif.
V. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dan analisa data maka didapatkan
kesimpulan adalah lapisan PANi/CaCO 3 dengan penambahan
2,5% CaCO 3 (kalsit) memiliki ketahanan korosi yang lebih
baik daripada pelapisan 5%, 7,5%, dan 10%.
Gambar 4.4 Diagram Nyquist PANi/CaCO 3 dengan
konsentrasi CaCO 3 berbeda
Untuk mengetahui sejauh mana sifat proteksi korosi yang
dimiliki oleh lapisan PANi/CaCO 3 dapat dianalisis melalui
rangkaian ekivalen, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5
UCAPAN TERIMA KASIH
Tuliskan ucapan terima kasih dengan bahasa baku,
misalnya, “Penulis A.F. (inisial nama mahasiswa)
mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan
Tinggi, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik
Indonesia yang telah memberikan dukungan finansial melalui
Beasiswa Bidik Misi tahun 2010-2014”. Penulis juga
diperkenankan menyampaikan ucapan terima kasih kepada
sponsor penyedia dana penelitian.
Gambar 4.5 Rangkaian ekivalen
Untuk menentukan besarnya komponen penyusun dalam
rangkaian ekivalen dilakukan dengan “program Zview” yang
dibuat oleh “Soborton Corp”. Hasil perhitungan selengkapnya
untuk setiap konsentrasi CaCO 3 dalam matrik PANi
ditunjukkan dalam Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Nilai Parameter EIS
SAMPEL
Rs (Ω)
Rp (Ω)
Rct
(Ω)
Cdl
(F/m)
C2,5 % 7305 374270 605590 0,57
C5 % 77968 272520 537910 0,63
DAFTAR PUSTAKA
[1] Boynton, Robert S.(1980), “Chemistry and Technology of Lime and
Limestone”, A Wiley-Interscience Publication.
[2] Kiyo S, Hikoo S., “Manufacture of plate-like Calcium Carbonate”,
Japanese Patent 2-184519 (1989).
[3] Kojima Y., A. Sadotomo, T. Yasue, Y. Arai, “Journal of theCeramic “,
Society of Japan 9-1145 (1992)
[4] Nan Zhaodong, dkk. “ Structure Transition from Aragonite to Vaterite
and Calcite by The Assistance of SDBS”, Journal of Colloid and
Interface Science, 325 : 331-336 (2008)
[5] Wen, Y., Xiang, L., Jin, Y. ”Synthesis of plate-like calcium carbonate
via carbonation route”, Material letters, 57:2565-2571.(2003)
[6] Yamada H., S. Oka, “Synthesis of Plate-like Calcium Carbonate”
Japanese Patent 61-219717 (1986)
[7] Fontana. Mars 1987. Corrosion Engineering, third edition. Mc Graw-
Hill Book Company, Amerika.
[8] Malcolm. P. S. 2007. Kimia Polimer. Edisi kedua. Diterjemahkan oleh
Dr. Ir. Iis Sopyan, M.Eng. Jakarta. Pradnya Paramita.
[9] Epstein A.J, Ginder J.M, Angelopoulos M, & Mac Diarmid A.G. 1987.
Insulator Metal Transisition in Polyaniline, Effect Protonation on
Emeraldine Base. Journal Synthetic Metal.
[10] Asrori. M. Z. 2000. Fisika Polimer. Surabaya. Jurusan Fisika, FMIPA,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 6
[11] Arifin, Zainal (2010), “Identifikasi dan Karakterisasi Batu Kapur
Kemurnian Tinggi sebagai Potensi Unggulan Nano-Material di
Kabupaten Tuban”, Jurusan FMIPA ITS, Surabaya.