Pengaruh Penambahan Konsentrasi Pasir Besi dalam Resin Epoksi pada Sifat Korosi Besi Karbon
Linda Silvia ∗ dan Mochamad Zainuri Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111

## Intisari
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh penambahan konsentrasi pasir besi dalam resin epoksi ter- hadap sifat korosi besi karbon. Metode separasi sederhana pasir besi dilakukan dengan menggunakan mag- net. Eksperimen dilakukan dengan mengontrol konsentrasi pasir besi dengan variasi komposisi 0%wt, 10%wt, 30%wt, dan 50%wt dari total berat komposit, kemudian dilapiskan pada baja karbon dan dikeringkan pada temperatur ruang. Komposit yang telah terbentuk direndam ke dalam larutan NaCl 10 M selama 21 hari dan selanjutnya diuji laju korosi. Karakteristik pasir besi diamati dengan X-Ray Diffractometer (XRD) yang digu- nakan untuk mengidentifikasi fasa pasir besi dan X-Ray Flourescence (XRF) untuk mengukur komposisi elemen dan oksida dari pasir besi. Laju korosi material komposit yang dihasilkan diuji dengan menggunakan metode kehilangan massa. Berdasarkan hasil analisa pengukuran laju korosi menggunakan metode kehilangan massa diperoleh laju korosi terbesar terjadi pada penambahan konsentrasi pasir besi 30%wt yaitu 71,9246 mpy dan laju korosi mengalami penurunan terjadi pada 50%wt dari total berat komposit adalah 12,5379 mpy, dimana memiliki ketahanan korosi yang lebih baik sehingga dapat digunakan sebagai pelapis cat kapal laut.

## Abstract
The effect of adding iron sand concentration in epoxy resin on the corrosion rate of carbon steel had been stud- ied with mass loss method measurement. In this research work, iron sand was separated by magnet and iron sand/epoxy composites coating applied to carbon steel. Experiments was carried out by controlling concentra- tion of iron sand with variation in composition 0%wt, 10%wt, 30%wt, and 50%wt of the weight composites total, and then carbon steel was immersion at NaCl 10 M and drying at room temperature. The composite has been formed is immersed into a solution of 10 M NaCl for 21 days and then tested the corrosion rate. The composites were characterized using X-Ray Diffractometer (XRD) for phase identification of iron sand and X-ray fluorescence (XRF) for measure composition of elements and oxides of iron sand. Corrosion rate of com- posite materials was indentified with mass loss method. The results showed that analysis of the corrosion rate measurements obtained the largest mass loss of corrosion rate occur in concentrations addition of 30%wt of the weight composites total was 71.9246 mpy and the corrosion rate of decline occurred in 50%wt of the weight composites total was 12.5379 mpy, which has good corrosion resistance that can be used as a coating of ships paint.
K ATA KUNCI : corrosion, composites, corrosion rate, XRD, XRF

## I. PENDAHULUAN
Korosi merupakan salah satu permasalahan penting yang harus dihadapi oleh berbagai macam sektor industri di In- donesia, terutama industri perkapalan. Tidak sedikit biaya yang harus dikeluarkan sebagai akibat langsung dari masalah tersebut. Menyadari keadaan ini, pengendalian masalah ko- rosi dan penanggulangannya perlu dilakukan dengan lebih efektif terutama pada aplikasi alat-alat penunjang produksi pada kondisi-kondisi ekstrem seperti pada lingkungan dengan kadar Cl, H 2 S, O 2 , H 2 yang tinggi dan kondisi lainnya, agar dapat berjalan lebih efektif, efisien, dan optimal. Salah satu jenis antikorosi saat ini yang digunakan sebagai penunjang
∗ E- MAIL : linda@physics.its.ac.id
sektor industri terdapat dalam bentuk bahan pelapis (cat) yang efisien sebagai material pelapis anti korosi. Kemampuan cat memberikan perlindungan antikorosi ke substrat logam diatur oleh komposisi kimia dan konsentrasi dalam pengikat bahan pelapis [1].
Interaksi dengan lingkungan merupakan salah satu penye- bab terjadinya penurunan mutu material [2]. Di dalam proses korosi ada dua unsur pokok yang terlibat langsung yaitu mate- rial dan lingkungan. Material terutama logam dan paduannya bertindak sebagai objek korosi sedangkan lingkungan seperti udara, air, permukaan lembab, dan bahan kimia bertindak se- bagai media korosif. Dalam banyak hal korosi tidak dapat dicegah tetapi hanya dapat dikendalikan, Langkah awal yang tepat dilakukan yaitu dengan memberi proteksi terhadap su- atu bahan sehingga bahan tersebut bersifat katodik. Salah satu cara yang digunakan adalah dengan memasang anoda-anoda tumbal pada struktur yang sering terserang korosi. Pada tahun
1824, Sir Humphrey Davy melaporkan keberhasilan penggu- naan anoda seng untuk melindungi pelapis tembaga pada ka- pal perang [3].
Perkembangan saat ini resin epoksi telah berkembang pe- sat sejak ditemukan dan banyak digunakan dalam kehidu- pan modern [4–6]. Dalam hal ini, matrik yang digunakan adalah resin epoksi karena secara luas sering digunakan se- bagai material pelapis baja, mudah diproses, ketahanan kimia yang baik, isolator listrik yang baik, dan mempunyai gaya tarik menarik yang kuat antara berbagai macam material [7]. Namun resin epoksi mempunyai ketahanan terhadap ultravi- olet yang lemah, sehingga dalam hal ini akan ditambahkan pasir besi sebagai filler sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pelapis antikorosi serta dapat mengurangi pengaruh ultravio- let terhadap pelapisan komposit tersebut.
Suatu bahan dapat dikatakan tahan terhadap korosi bila laju korosinya lebih kecil dari 50 mpy. Laju korosi meru- pakan besaran yang menyatakan mudah/tidaknya suatu ma- terial berinteraksi dengan lingkungannya. Metode yang ser- ing digunakan untuk menentukan laju korosi adalah metode kehilangan massa, dengan mengukur perbedaan massa awal sebelum pengujian dengan massa akhir setelah pengujian ko- rosi. Laju korosi biasanya dinyatakan dalam mil per tahun (mpy), dapat dirumuskan sebagai berikut [3]:
Laju korosi = 534 × W ` ρ × A × t (1)
W ` merupakan massa yang hilang (mg), ρ adalah massa jenis logan (gr/cm 3 ), A adalah luas permukaan specimen (inchi 2 ), dan t adalah waktu pencelupan (jam). Pers.(1) tersebut dapat diperoleh besarnya laju korosi benda uji.
Pada penelitian ini pasir besi sebagai filler dengan matrik berupa resin epoksi sehingga didapatkan komposit epoksi- pasir besi yang kemudian dilapiskan pada permukaan besi karbon sehingga dapat digunakan sebagai material antikorosi pada pelapis cat kapal laut. Komposit epoksi-pasir besi terse- but berfungsi sebagai anoda-anoda tumbal pada struktur yang sering terserang korosi, dalam hal ini besi karbon. Material dasar pembentuk komposit pada penelitian ini akan diuji de- ngan XRD yang digunakan untuk mengidentifikasi fasa-fasa yang ada pada suatu material. Identifikasi fasa merupakan pencocokan data posisi-posisi puncak difraksi terukur dengan database fasa-fasa dalam bentuk kartu PDF (Powder Diffrac- tion File) [8] dan XRF yang digunakan untuk mengetahui komposisi elemen dan oksida dari suatu material. Kemudian komposit yang diperoleh dapat diketahui laju korosinya de- ngan metode kehilangan massa, yang divariasikan dengan pe- nambahan konsentrasi pasir besi yang berfungsi sebagai filler.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## Preparasi sampel
Dalam penelitian ini digunakan benda uji berupa besi kar- bon yang berbentuk silinder dengan tinggi 1 cm dan diameter
0,5 cm kemudian benda uji dipolish agar bekas pemotong- an lebih halus dan rata. Proses polishing dilakukan dengan menggunakan kertas amplas dengan grade 400, 600, 800, dan 1000. Specimen uji dicuci dengan ultrasonic cleaner dalam ethanol selama 15 menit dan dikeringkan di udara. Pembuatan komposit dilakukan dengan mencampurkan resin epoksi se- bagai matrik dengan pasir besi sebagai filler pada temperatur ruang. Separasi pasir besi dilakukan dengan menggunakan magnet untuk memisahkan dari pengotor. Pasir besi yang telah diperoleh dibersihkan menggunakan ultrasonic cleaner dengan media aquades kemudian didrying 100 ◦ C menggu- nakan oven selama 2 jam. Pasir besi yang diperoleh diseparasi untuk kedua kalinya menggunakan magnet dan dicampurkan ke dalam resin epoksi menggunakan magnetic strirrer selama 15 menit dengan perbandingan variasi konsentrasi 0%wt, 10%wt, 30%wt, dan 50%wt dari total berat komposit dan di- lapiskan pada permukaan besi karbon. Pelapisan dilakukan dengan cara memasukkan specimen uji ke dalam larutan kom- posit tersebut, kemudian diangkat dan dikeringkan pada tem- peratur ruang.

## Karakterisasi sampel
Pasir besi yang telah diseparasi dengan menggunakan mag- net dan diberi perlakuan panas 100 ◦ C selama 2 jam dikarak- terisasi dengan XRD dan XRF. Komposit yang telah terbentuk direndam ke dalam larutan NaCl 10 M selama 21 hari dan di- lakukan pengujian dengan menggunakan metode kehilangan massa untuk mengetahui laju korosi material komposit terse- but. Proses korosi pertama yang dilakukan dengan menggu- nakan pelapis epoksi tanpa adanya kandungan pasir besi pada komposit tersebut, kemudian uji korosi yang kedua dilakukan dengan adanya kandungan pasir besi dengan variasi konsen- trasi yang berbeda-beda. Pengujian korosi dilakukan pada temperatur ruang. Setelah benda uji kering, ditimbang untuk mengetahui berat akhirnya.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis menggunakan metode Search Match
Bahan pelapis yang akan dibuat berupa resin epoksi sebagai matrik dan pasir besi sebagai filler dengan variasi konsentrasi filler sebesar 0%wt, 10%wt, 30%wt, dan 50%wt dari total be- rat komposit. Pasir besi yang telah diseparasi dengan menggu- nakan magnet kemudian dibersihkan menggunakan ultrasonic cleaner dengan media aquades dan diberi perlakuan panas 100 ◦ C menggunakan oven selama 2 jam di uji dengan meng- gunakan XRD. Hasilnya akan dianalisis dengan menggunakan metode search match seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Metode search match digunakan untuk mengetahui hasil XRD dengan data yang telah dimiliki oleh software, di- mana dapat diketahui fasa-fasa yang terdapat dalam material. Berdasarkan Gambar 1 pola XRD pasir besi dan hasil search match dapat diketahui bahwa puncak-puncak yang teriden- tifikasi kebanyakan adalah magnetite (FeO.Fe 2 O 3 ) dimana
Gambar 1: Pola X-Ray Diffractometer (XRD) pasir besi.
Gambar 2: Hasil uji X-Ray Flourescence (XRF) pasir besi.
satu bagian adalah wustite (FeO) dan bagian lainnya adalah hematit (Fe 2 O 3 ), namun ada beberapa fasa lain, dimana ditun- jukkan adanya puncak yang belum teridentifikasi oleh metode search match. Oleh karena itu selanjutnya dilakukan pengu- jian XRF yang dapat mengetahui komposisi elemen dan ok- sida dari suatu material. Hasil uji XRF ditunjukkan pada Gambar 2.
Pengujian XRF pada pasir besi berfungsi sebagai validasi dari presentasi unsur-unsur yang membentuk pasir besi terse- but. Berdasarkan hasil uji XRF ditunjukkan bahwa kandung- an terbanyak unsur pembentuk pasir besi adalah besi (Fe) sebesar 89,93% dan Titanium (Ti) sebesar 6,87%, sedangkan prosentase lainnya berupa Silikon (Si), Pospor (p), Potasium (K), Kalsium (Ca), Vanadium (V), Kromium (Cr), Manganese (Mn), Copper (Cu), dan Zinc (Zn) yang ditunjukkan seperti pada Gambar 2. Oksida yang banyak terbentuk pada pasir besi berupa Iron Oxide (Fe 2 O 3 ) dan Titanium Oxide (TiO 2 ).

## Pengujian laju korosi
Pada penelitian ini, matrik yang digunakan adalah resin
epoksi karena secara luas sering digunakan sebagai material pelapis baja, mudah diproses, ketahanan kimia yang baik, iso- lator listrik yang baik, dan mempunyai gaya tarik menarik yang kuat antara berbagai macam material [7]. Resin epoksi berfungsi sebagai perekat/binder pada komposit. Pencampu- ran resin epoksi dengan pasir besi menggunakan magnetic strirrer selama 15 menit dengan perbandingan variasi konsen- trasi 0%wt, 10%wt, 30%wt, dan 50%wt dari total berat kom- posit. Kemudian besi karbon yang telah dipoles, dimasukkan ke dalam campuran tersebut, diangkat dan disimpan ditem- pat yang kering pada temperatur ruang, kemudian diuji ko- rosi dengan menggunakan metode kehilangan massa dengan menggunakan media korosi berupa NaCl 10M dan direndam selama 21 hari. Laju korosi yang terjadi dihitung menggu- nakan metode kehilangan massa yaitu benda uji yang telah dipersiapkan ditimbang terlebih dahulu dengan digital balan- ce sebelum dan sesudah pengujian korosi, ditunjukkan pada Tabel I.
Benda uji yang telah diuji korosi tersebut akan dike- tahui laju korosinya dengan menggunakan metode kehilangan massa (mass loss) menggunakan Pers.(1). Selisih massa awal dan massa akhir akan menentukan laju korosi dari sampel. Berdasarkan data hasil perhitungan laju korosi, maka dapat diperoleh grafik hubungan antara konsentrasi filler dan laju korosi sebagai berikut ditunjukkan pada Gambar 3.
Berdasarkan hasil analisis pengukuran laju korosi menggu- nakan metode kehilangan massa diperoleh laju korosi terbe- sar terjadi pada penambahan konsentrasi pasir besi 30%wt yaitu 71,9246 mpy dan laju korosi mengalami penurunan ter- jadi pada 50%wt dari total berat komposit adalah 12,5379 mpy, dimana memiliki ketahanan korosi yang lebih baik se- hingga dapat digunakan sebagai pelapis cat kapal laut. Hal ini terjadi karena lapisan yang digunakan berfungsi sebagai anoda-anoda tumbal pada struktur yang sering terserang ko- rosi karena banyak mengandung Fe 2 O 3 . Pada saat penam- bahan konsentrasi pasir besi 30%wt terjadi peningkatan laju
TABEL I: Data massa sampel dengan variasi konsentrasi pasir besi 0%wt, 10%wt, 30%wt, dan 50%wt dari total berat komposit.
Pasir Resin M a s s a k o m p o s i t (gr) Besi Epoksi sebelum direndam setelah direndam NaCl 10 M (gr) (gr) NaCl 10 M 7 hari 14 hari 21 hari 0 5 3,6972 3,7130 3,7134 3,7132 0,5 4,5 3,5891 3,6393 3,6399 3,6418 1,5 3,5 3,5570 3,7813 3,7834 3,7858 2,5 2,5 3,5697 3,6847 3,6853 3,6870
Gambar 3: Grafik hubungan konsentrasi filler dan laju korosi.
korosi yang sangat drastis karena adanya partikel yang berg- erombol sehingga menyebabkan adanya perbedaan potensial kimia dan tercipta anoda katoda baru yang dapat menye- babkan korosi. Ketika sampel direndam ke dalam larutan NaCl, ion-ion pengkorosif memiliki muatan negatif yang akan tarik menarik dengan mutan positif, sehingga ion-ion pengko- rosif akan terlebih dahulu mengkorosi bagian luar lapisan komposit tersebut, seperti Fe 2 O 3 yang terkandung dalam pasir besi. Sedangkan ketika penambahan konsentrasi 50%wt dari total berat komposit terjadi penurunan laju korosi karena pasir besi dapat tersebar merata ke seluruh bagian sehingga terjadinya penetrasi ke lubang kecil, lekukan, dan kapiler pada daerah pelapisan yang dapat mengurangi korosi pada pelapisan logam tersebut seperti yang telah dilakukan Xian- ming Shi, et al. [6] mengenai penelitian Fe 2 O 3 yang da- pat mengurangi laju korosi. Selain Fe 2 O 3 , faktor pengisi juga mengandung sedikit TiO 2 , dimana konsentrasi TiO 2 juga memberikan pengaruh terhadap ketahanan korosi dari kom- posit tersebut. Penambahan konsentrasi pengisi TiO 2 da- pat berdampak meningkatkan ketahanan korosi dan juga da-
pat menurunkan ketahanan korosi. Penambahan TiO 2 yang berlebihan akan memberikan dampak negatif yaitu penurunan ketahanan korosi.
Dalam hal ini, secara sederhana korosi dari suatu mate- rial dapat diartikan sebagai perubahan logam menjadi ion logam yang diakibatkan terlepasnya elektron dari atom logam pada struktur padatnya. Besi karbon yang berada dalam lingkungan asam dapat mengalami penurunan kualitas karena adanya reaksi antara besi karbon dengan lingkungan yang korosif, dimana reaksi korosi dapat menyebabkan penu- runan kualitas besi karbon karena serangan ion-ion Cl pada bagian permukaan. Besi karbon akan mengalami peningkatan serangan korosi oleh ion-ion Cl seiring dengan berjalan- nya waktu. Ketika semakin tebal lapisan pelindung, maka semakin sulit komponen-komponen tersebut masuk, tetapi meskipun banyak lapisan yang tidak dapat ditembus ion-ion seperti klorida, namun belum ada lapisan yang sepenuhnya mampu menghalangi oksigen atau air. Bila tiba saatnya, ok- sigen atau air akan berhasil mencapai permukaan logam dan dengan demikian lapisan tidak mampu menghalangi reaksi ka- toda, sehingga terjadilah korosi. Oleh karena itu efek per- lindungan terhadap korosi juga tergantung pada metode per- lakuan permukaan logam dan sejumlah faktor lainnya [9].

## IV. SIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis pengukuran laju korosi menggu- nakan metode kehilangan massa diperoleh laju korosi terbesar terjadi pada penambahan konsentrasi pasir besi 30%wt yaitu 71,9246 mpy dan laju korosi mengalami penurunan terjadi pada 50%wt dari total berat komposit adalah 12,5379 mpy, dimana memiliki ketahanan korosi yang lebih baik sehingga dapat digunakan sebagai pelapis cat kapal laut
[1] H. Kukackova, A. Vrastilova, A. Kalendova, Phys. Proc., 44, 238-246 (2013).
[2] K.R. Trethewey, and John Chamberlain, Korosi Untuk Ma- hasiswa Sains dan Rekayasa (PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991).
[3] M. Fontana, Corrosion Engineering (Mc.Graw Hill Book Com- pany, America, 1986).
[4] I. Hamerton, B.J. Howlin, P. Jepson, Coord. Chem. Rev., 224, 67-85 (2002).
[5] M. Blanco, et al., Polymer, 46, 7989-8000 (2005).
[6] F. Delor-Jestin, et al., Polym. Degrad. Stabil., 91, 1247-1255 (2006).
[7] X. Shi, et al., Surface and Coatings Technology, 204, 237-245 (2009).
[8] S. Pratapa, Analisis Data Difraksi Menggunakan Rietveld (ITS Surabaya, 2009).
[9] E.W. Brooman, Metal Finishing (Ohio, 2002).