Topik 9

1

KETAHANAN KOROSI POLIMER, CAMPURAN POLIMER DAN KOMPOSIT DI DALAM

LIQUID

4.1 Degradasi Material Polimer secara Fundamental

Penggunanan bahan plastik, elastomer serta komposit sebagai pelapis dalam menahan korosi

sudah banyak digunakan. Ketika suatu material di dalam liquid akan menyebabkan degradasi fisik

dan degradasi kimia.

4.1.1 Degradasi Fisik

Ketika suatu material di dalam cairan maka akan terjadi penetrasi molekul cairan ke dalam

material.

Pada gambar 4.1 dapat kita lihat molekul cairan akan mengalami penetrasi dan berdifusi

diantara rantai molekul polimer sehingga akan terjadi pembengkakan yang disebabkan oleh

kenaikan masa dan volume akan tetapi akan menurunkan sifat mekanik dari material. Jika plastik

dan liquid memiliki kepolaran yang berbeda, adsorbsi liquid akan didapat pada keadaan

kesetimbangan. Jika plastik dan liquid memiliki kepolaran yang sama, akan terjadi fenomena

pembengkakan yang terjadi karena molekul polimer ditutupi oleh molekul liquid, lalu rnatai

molekul dari polimer akan larut secara fisik. Hal ini dikarenakan oleh polimer kehilangan ikatan

antar molekul di dalam rantai molekular.

Topik 9

2

Tabel 4.1 Polaritas polimer

Polar(Hidrofilik) Non Polar(Hidrofobik)

Kelompok zat kimia -OH,-COOH,-OCH3,-

NH2,

-COO,-COO-,-CONH

-H,-CH,-CH3,-C6H5

Plastik PVA,PA, Plastik

selulosa

PS, PE, PVC, PA, UP

liquid Asam, Alkali, Air,

Alkohol

Pelarut organik

(bensin, C6H6, CCl4, dll

PA: Poliamid; PE: Polietilen; PS: Polistiren; PVA: Polivinil alkohol

Pada tabel 4.1 dapat kita lihat contoh polaritas polimer dan liquid. Plastik non polar memiliki

ketahanan yang buruk terhadap pelarut hidrokarbon dan memiliki polaritas yang rendah. Sebagai

contoh, polietilen akan terlarut di dalam pelarut hidrokarbon. Ada beberapa pengecualian pada

plastik intermediet seperti PVC yang memiliki derajat kepolaran yang sama dengan air dan UP

yang memiliki gugus polar pada strukturnya tetapi bersifat non polar.

Pemutusan ikatan dan swelling yang terjadi pada material termoplastik di dalam pelarut organik

dan parameter kelarutan dapat diketahui melalui persamaan:

𝛿 = (∆𝐸/𝑉)1/2 = (∆𝐸. 𝑑

𝑀)1/2

Dimana : 𝛿 adalah parameter kelarutan

∆𝐸 adalah energi penguapan (cal/mol)

V adalah volume molekul ( cm3/mol)

M adalah berat molekul

Parameter kelarutan terdiri plastik(δp) dan pelarut (δs) dimana kelarutan yang terjadi akan

terjadi jika δp= δs.

Topik 9

3

Gambar 4.2 Perubahan volume Poliester resin

Pada gambar 4.2 memperlihatkan perubahan volum dari ortoplastik tipe unsaturated polyester

resin di dalam berbagai pelarut organik.

4.1.2 Degradasi Kimia

Polimer memiliki ikatan dan gugus fungsi yang khas yang cendrung terdegradasi oleh reaksi

kimia pada kondisi lingkungan tertentu terutama ketika kontak dengan liquid. Degradasi kimia

berupa korosi dari material yang merupakan perubahan struktur dari material akibat reaksi yang

terjadi dengan lingkungannya. Pada tabel 4.2 dapat dilihat reaksi korosi diantara group fungsi

reaktif dan ikatan polimer dengan kondisi kimia lingkungan. Reaksi korosi yang terjadi berupa

hidrolisis dan oksidasi. Resin tanpa ikatan ester di dalam strukturnya tidak terjadi erosi yang

disebabkan asam maupun larutan alkali. Pada gambar 4.3 memperlihatkan resin epoksi dengan

metandiamin yang ditempatkan dalam larutan natrium hidroksida

Topik 9

4

.

a) Korosi hidrolitik

Pada gambar 4.4 resin yang memiliki ikatan ester dengan rantai utama poliester memiliki ikatan

silang seperti unsaturated poliester dan resin epoxy di campur dengan asam anhidrid memgalami

reaksi kimia oleh asam atau alkali dan mengalami peotongan rantai polimer akibat reaksi

hidrolisis.

Topik 9

5

Reaksi hidrolitik oleh asam bersifat reversibel adalah

Sedangkan reaksi hidrolitik alkali yang bersifat irreversibel adalah

Ketika korosi hidrolitik terjadi, jumlah ikatan ester akan berkurang sehingga menghasilkan

produk gugus karboksilat. Mekanisme korosi hidrolitik dapat dibuktikan dengan spektrum IR

sebelum dan sesudah imersi dari spesimen resin.

Topik 9

6

Gambar 4.5 memperlihatkan absorpsi spektrum IR dari tiga ikatan resin sebelum dan sesudah

imersi dalam 10% natrium hidroksida pada suhu 80oC. Pada tabel 4.3 dapat dilihat reaksi hidrolik

yang terjadi pada ikatan eter, amid dan uretan.

b) Korosi oksidatif

Polimer memiliki ikatan ganda atau ikatan ester di dalam strukturnya serta group metil,

metilen, asam lemak, fenil dapat dioksidasi oleh O2, O3, H2O2 dan pengoksidasi kuat lainnya. Pada

tekanan atmofer, plastik dapat terdegradai oleh O2 dan cahaya matahari. Tipe reaksi korosif ini

disebut auto oksidasi. Reaksinya adalah:

Topik 9

7

Agen oksidasi seperti NAClO, KMnO4, ClO2, dapat mengoksidasi posisi unsaturated dari resin

yang menyebabkan beberapa korosi oksidatif. Reaksi korosi dari polimer oleh NaClO adalah

Larutan asam okdatif lebih mengkorosi resin melalui korosi dibandingkan melalui hidrolisis.

Pada gambar 4.6 memperlihatkan resin vinilester yang diimersi kedalam tiga larutan asam pada

pH 0,1 dan suhu 50oC.

Kuat tarik akan turun oleh tahap dua atau tahap tiga, pada tahap lainnya terjadi perbedaan

mekanisme korosi. Pada tahap kedua, kekuatan menurun terhadap waktu yang bergantung

terhadap kekuatan oksidasi dari asam.Pada tahap ketiga hidrolisis di kontrol oleh hidrolisis.

Topik 9

8

c) Korosi oleh reaksi transesterifikasi

Polimer dengan ikatan ester dalam struktur kimianya akan menyebabkan korosi oleh reaksi

transesterifikasi dalam kondisi lingkungan yang beralkohol. Reaksi yang terjadi adalah

Setelah absorpsi oleh metanol, berat spesimen cendrung berkurang setelah proses pengeringan.

Pada gambar 4.14 dapat dilihat tipe-tipe korosi yang dicontohkan sebagai penetrasi dari tipe korosi.

4.2 Ketahanan korosi dari plastik

4.2.1 Gejala umum

Laju korosi dari plastik dan komposit sangat bergantung pada absorsi air atau cairan di

lingkungan yang reaktif.

4.2.2.1 Afinitas dari plastik dan kondisi lingkungan

Perbedaan mendasar antara sifat korosi dari logam dengan plastik adalah derajat absorbsi pada

material. Liquid akan mudah mengalami penetrasi ke dalam plastik dikarenakan jarak rata-rata

rantai polimer lebih besar dibandingkan dengan liquid.

Topik 9

9

Pada Tabel 4.1 memperlihatkan absorbsi air pada berbagai jenis plastik berdasarkan uji ASTM

D-570. Perbedaan derajat absorpsi antara plastik dikarenakan oleh sifat polaritas dari plastik itu

sendiri. Apabila plastik memiliki polaritas yang hampir sama dengan liquid maka derajat absorbsi

akan meningkat. Ada beberapa faktor lainnya selain polaritas yang mempengaruhi absorpsi air

yaitu

a. Derajat ikatan silang

b. Derajat kristalisasi

c. Kehadiran resedual penguat, pengisi dan zat aditif

Penetrasi dari liquid dapat dievaluasi dengan koefisien difusi dan kandungan liquid dalam resin.

Pada gambar 4.8 dapat dilihat koefisien difusi akan turun dengan naiknya densitas ikatan

silang. Pada Tabel 4.5 dapat diihat koefisien difusi yang diperoleh dari percobaan berdasarkan

perubahan berat. Nilainya sangat bergantung kepada jenis resin, suhu, dan pengisi.

Topik 9

10

4.2.1.2 Reaktivitas plastik terhadap liquid

Pada tabel 4.2 dapat dilihat beberapa kombinasi dari resin dan liquid yang terdegradasi akibat

reaksi kimia. Umumnya rantai yang simetri dan ikatan valensi yang kuat dalam molekul akan

membuat transisi temperatur yang tinggi,serta rantai polimer yang stabil akan memebuat polimer

stabil terhadap korosi. Biasanya ketahanan plastik dari korosi dapat dilihat dari struktur polimer

itu sendiri.

4.2.2 Karakteristik plastik dan material lainnya

Pada Tabel 4.6 memperlihatkan sifat fisik dari logam, keramik dan plastik. Plastik memiliki

berat yang realtif ringan, memiliki sifat konduktifitas termal dan kekuatan yang rendah

dibandingkan dengan meterial lainnya. Kekurangan plastik lainnya adalah memiliki ketahanan

yang rendah terhadap panas. Plastik teknik memiliki ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi

yaitu sekitar 150-200oC. Pada plastik teknik memiliki distorsi temperatur mencapai 200oC sampai

lebih 300oC yang biasa disebut “super engineering plastic”. Plastik memiliki ketahanan korosi

yang lebih baik akan tetapi ketahanan yang rendah terhadap pembakaran dan cuaca. Plastik dapat

Topik 9

11

disubtitusi kedalam material logam yang memiliki durabilitas bagus akan tetapi yang memiliki

ketahanan rendah terhadap pelarut organik.

4.2.3 Ketahan korosi plastik termoseting GFRP

Pada tabel 4.6 dapat dilihat plastik fluorokarbon(PTFE) memiliki ketehanan kimia yang bagus

di berbagai kondisi lingkungan. Akan tetapi PTFE memiliki masalah dalam kekuatan dan

moldabiliti sehingga tidak cocok digunakan dalam pembuatan komponen dalam skala besar dan

hanya biasa digunakan sebagai pelapis. Pada komponen yang besar yang tahan terhadap korosi

dapat digunakan fiber glass dengan penguat plastik(GFRP).

Pada Tabel 4.7 dapat dilihat tipe-tipe matrik resin.

Topik 9

12

4.2.3.1 Unsaturated polyester resin

Unsaturated polyester resin (UP) sangat sering digunakan dalam matrik FRP karena bersifat

transparan, sifat mekanik yang bagus serta moldabiliti yang bagus. Dengan pengontrolan jumlah

monomer stiren, akselerator dan katalis, resin dapat mengeras pada temperatur tertentu. Ketahanan

korosi dari resin sangat bergantung kepada jumlah ikatan ester yang terdapat. Hal ini dikarenakan

ikatan ester yang mudah terdegradasi dengan mudah oleh hidrolisis.

Pada gambar 4.9 dapat dilihat struktur ortophtalic dari tipe UP. Perbedaan struktur dari UP

dapat dilihat pada tabel 4.7

a. Ortopthalik tipe UP

Tipe resin ini sangat sering digunakan dalam matrik GFRP, akan tetapi memiliki ketahanan

korosi yang rendah karena mudah terdegradasi oleh hidrolisis dalam larutan alkali pada suhu

normal dan air serta larutan asam pada suhu tinggi.

b. Isophtalik tipe UP

Resin tipe ini memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan ortophtalik.

Biasa digunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.

c. Bisfenol tipe UP

Bisfenol tipe UP memiliki ketahanan terhadap panas dan korosi terhadap larutan kimia. Hal ini

dikarenakan jumlah ikatan ester yang sedikit.

d. Asam HET tipe UP

Asam HET tipe UP memiliki ketahanan yang sangat bagus terhadap korosi dan oksidasi seperti

terhadap asam nitrat maupun campuran asam nitrat dan asam florida. Biasanya digunakan sebagai

pelapis tangki asam.