Karakterisasi Material Coating Berbasis Komposit Epoksi/Cellulose Nanofibers Dan Aplikasinya Untuk Pengendalian Korosi Pada Baja Karbon

Peter Prayogo Pangestu, Prof. Dr. Ir. Kusmono, S.T., M.T., IPM., ASEAN.Eng.

2025 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Baja karbon merupakan bahan teknik serbaguna yang memiliki sifat kekuatan mekanik baik, mudah didapatkan, dan biaya terjangkau. Dibalik kelebihan sifat yang dimiliki baja karbon terdapat kelemahan rentan terjadi penurunan kualitas logam. Penurunan tersebut ditandai dengan adanya korosi yang muncul pada logam. Salah cara untuk mencegah terjadinya korosi dilakukan coating. Material coating yang digunakan saat ini masih banyak menggunakan campuran berupa kromat yang memiliki sifat tidak ramah lingkungan. Untuk mengurangi hal tersebut diperlukan pengembangan material coating ramah lingkungan berbasis epoksi yang diperkuat Cellulose Nanofibril (CNF). CNF merupakan material nano mengandung selulosa yang berbentuk jaringan dan memiliki beberapa sifat unggul antara lain: kekuatan mekanik tinggi, berukuran nano, high aspect ratio, ramah lingkungan, biocompatible dan tidak bersifat racun. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh penambahan CNF pada material coating epoksi terhadap perilaku korosi baja karbon.

Pada penelitian ini menggunakan CNF sebagai penguat dan epoksi/hardener sebagai matrik untuk menekan laju korosi pada baja karbon. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahap. Tahap pertama, pembuatan sampel besi berbentuk persegi dengan ukuran 60 x 60 mm dan berbentuk koin dengan diameter 14 mm. Kemudian salah satu permukaan sampel dihaluskan menggunakan amplas dengan nomor grit 120, 400, 600, 800, dan 1500. Tahap kedua, pembuatan material coating berbasis epoksi/CNF dibuat dengan variasi kandungan CNF yaitu 0; 0,5; 1,0; dan 1,5 %wt. Tahap ketiga, dilakukan proses pelapisan menggunakan metode spraygun dengan jarak ujung nozzel ke benda kerja berkisar antara 10 cm sampai 15 cm dengan jumlah lapisan 12. Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi dan pengujian yang meliputi karakterisasi FT-IR, XRD, kekasaran permukaan dan UV-Vis serta pengujian korosi EIS dan polarisasi tafel, wettability, adhesi, dan FE-SEM/EDS.

Hasil penelitian ini menunjukan bahwa penambahan CNF mampu menurunkan laju korosi dan meningkatkan hambatan resistensi lapisan coating. Disisi lain penambahan CNF pada matriks Epoksi dapat menurun sifat hidrofobik material epoksi. Serta meningkatkan kekuatan adhesi lapisan coating terhadap substrat. Kandungan CNF optimal terjadi pada 1,0 wt?ngan laju korosi 0,000834483 mm/tahun, efektivitas laju korosi 93,35 %, dan hambatan resistansi lapisan coating 1012 ohm. Penurunan sifat hidrofobik lapisan coating paling besar terjadi pada 1 wt?ngan orientasi sudut 98,50. Sedangkan penambahan CNF meningkatkan kekuatan adhesi dari skala 2A menjadi 4A dan skala 2B menjadi 4B sehingga berpotensi besar untuk aplikasi coating baja karbon.

Carbon steel is a multipurpose engineering material that has good mechanical strength properties, is easily obtained, and is economical. Behind the advantages of carbon steel, there is a disadvantage of being susceptible to a decrease in metal quality. The decrease is marked by the presence of corrosion that appears on the metal. One method to prevent corrosion is coating. Coating materials used today still use a lot of mixtures in the form of chromate, which has properties that are not environmentally friendly. To reduce this, it is necessary to develop an environmentally friendly epoxy-based coating material reinforced with cellulose nanofibril (CNF). CNF is a nanomaterial containing cellulose in the form of networks and has several superior properties, including high mechanical strength, nano-sized, high aspect ratio, environmentally friendly, biocompatible, and non-toxic. This study aimed to investigate adding CNF to the epoxy coating on the corrosion behavior of carbon steel.

In this study, the coating material was prepared by mixing epoxy resin as a matrix and CNF as reinforcement material. This research was conducted in some steps. In the first step, disc-shaped corrosion test specimens with a diameter of 14 mm were made from carbon steel plates. Then one of the sample surfaces was ground using sandpaper with grits 120, 400, 600, 800, and 1500. In the second step, the epoxy/CNF coating material was fabricated with CNF variations: 0, 0.5, 1.0, and 1.5 %wt. In the third stage, the coating process was carried out using the spray gun method, with the distance of the nozzle tip to the workpiece ranging from 10-15 cm with a 12-layer coating. In this study, characterization and testing were carried out, which included the characterization of FT-IR, XRD, surface roughness, and UV-Vis, as well as EIS corrosion testing and tafel polarisation, water contact angle, adhesion, and FE-SEM/EDS. 

The results of this study showed that the addition of CNF reduced the corrosion rate and increased the resistance resistance of the coating layer. On the other hand, adding CNF to the epoxy matrix can decrease the hydrophobic properties of epoxy materials. As well as increasing the adhesion strength of the coating layer to the substrate. The optimal CNF content was achieved at 1.0 wt% with a corrosion rate of 0.000834483 mm/year, a coating effectiveness of 93.35 % corrosion rate, and a coating layer resistance resistance of 1012 ohms. The greatest decrease in the hydrophobic properties of the coating layer was found at 1 wt% with an angular orientation of 98.50. Meanwhile, adding CNF increased the adhesion strength from scale 2A to 4A and scale 2B to 4B so it has great potential for carbon steel coating applications.

Kata Kunci : Baja karbon, korosi, coating, epoksi, cellulose nanofibers