DEFINISI. Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI. menggambarkan aliran zat cair atau perubahan bentuk (deformasi) zat di bawah tekanan

Transkripsi

1 RHEOLOGI

2 DEFINISI Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI Rheo Logos : Mengalir : Ilmu menggambarkan aliran zat cair atau perubahan bentuk (deformasi) zat di bawah tekanan (Bingham & Crawford)

3 Rheology: rheo (mengalir) dan logos (ilmu) Menggambarkan aliran zat cair dan perubahan bentuk (deformasi) zat padat. Kekentalan (viskositas, viscosity) : resistansi zat cair untuk mengalir; semakin tinggi viskositas cairan akan semakin besar resistansinya. Farmasi: penerapan bidang formulasi dan analisis produk farmasi misalnya emulsi, pasta, supositoria, dan salut tablet. 3

4 PENDAHULUAN Kekentalan (viskositas; η) adalah suatu ungkapan dari resistensi zat cair untuk mengalir. Semakin tinggi viskositas aliran akan semakin besar resistensinya. Viskositas berpengaruh terhadap laju penyerapan obat dari saluran pencernaan

5 5 Reologi: pencampuran dan aliran bahan-bahan, pengemasan bahan tersebut ke dalam wadah serta pengeluarannya saat akan dipakai, memberikan pengaruh terhadap daya terima pasen, kestabilan fisis ketersediaan hayati (biological availability). pemilihan peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan (produksi).

6 PENDAHULUAN Dalam penelitian dan teknologi farmasetik dan sejenisnya, pengukuran rheologi digunakan untuk mengkarakterisasi : kemudahan penuangan dari botol, penekanan atau pemencetan dari suatu tube atau wadah lain yang dapat berubah bentuk, pemeliharaan bentuk produk dalam suatu bejana atau sesudah pengeluaran, penggosokan bentuk produk di atas atau ke dalam kulit, dan bahkan pemompaan produk dari pencampuran dan penyimpanan ke alat pengisian atau pelewatan dari suatu jarum suntik yang diproduksi oleh industri

7 Dua bidang sejajar berjarak x; antara bidang-bidang tersebut, isi kental dibatasi. Puncak, bidang A, bergerak secara horizontal dengan kecepatan v karena aksi dengan gaya F. Bidang B yang lebih bawah tidak bergerak. Akibatnya ada suatu perubahan kecepatan v/x antara bidang-bidang tersebut. F d v A d x Perubahan ini didefinisikan sebagai rate of shear, G. Shearing stress, S, adalah gaya per satuan luas yang menciptakan perubahan bentuk. B

8 Contoh 1 : Dimana : dv = Perubahan kecepatan Jika sedikit minyak digosokkan ke kulit dengan laju pergerakan relatif antara kedua permukaan 15 cm/detik dan ketebalan lapisan 0,01 cm, maka berapakah besar rate of shearnya? dx = Ketebalan lapisan

9 Shearing Stress bisa terjadi terus menerus / Sesaat Bila perubahan yang terjadi kembali kesemula = ELASTIS = Bila perubahan yang terjadi tidak kembali kesemula = ALIRAN KENTAL MURNI =

10 PENGGOLONGAN TIPE ALIRAN Sistem Newton Jenis cairan yang Ideal Contoh : Pelarut Type Aliran Sistem Non- Newton BM-nya Tinggi Contoh : Suspensi, koloidal, emulsi

11 ALIRAN NEWTON Newton adalah orang pertama yang mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan secara kuantitatif. Dia menemukan bahwa : makin besar viskositas suatu cairan, akan makin besar pula gaya persatuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan rate of shear tertentu

12 ALIRAN NEWTON rate of shear harus berbanding lurus dengan shearing stress adalah koefisien viskositas atau viskositas. Satuan viskositas adalah poise, didefinisikan sebagai gaya geser yang diperlukan agar menghasilkan kecepatan 1 cm/detik di antara dua bidang sejajar cairan yang masing-masing luasnya 1 cm 2 dan dipisahkan oleh jarak 1 cm.

13 ALIRAN NEWTON Istilah fluiditas,, didefinisikan sebagai kebalikan dari viskositas : Viskositas kinematik (), adalah viskositas mutlak seperti didefiniskan di atas di bagi oleh kerapatan cairan. Satuan viskositas kinematik adalah stoke (s) dan centistoke (cs)

14 ALIRAN SISTEM NEWTON Aliran newton adalah jenis aliran yang ideal. Pada umumnya cairan yang bersifat ideal adalah pelarut, campuran pelarut, dan larutan sejati. Shearing Stress, S, atau gaya yang diperlukan per satuan luas berbanding lurus dengan kecepatan aliran yang dihasilkan atau Rate of Shear, G. Rate of shear Shearing stress

15 15 Slop = fluiditas = 1/ S=G: rate of shear: Hitunglah laju geser (dv/dr) yang dilakukan oleh pasien yang mengoleskan salep pada permukaan kulitnya setebal 200 m pada kecepatan 10 cm/s. dv dr s 2

16 Data berikut menunjukan laju geser sebagai fungsi dari tekanan geser 16 suatu cairan Newton pada suhu kamar. Plotkan data tersebut dan tentukan fluiditas dan viskositas cairan tersebut. Laju geser (rate of shear, s -1 ) Tekanan geser (shear stress,dyne/cm 2 ) y x cm y x / dyne s ,25poise 25cp

17 ALIRAN SISTEM NON NEWTON Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang berbentuk emulsi, suspensi dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukum Newton Non Newtonian Bodies

18 ALIRAN SISTEM NON NEWTON Non Newton Tidak Dipengaruhi Waktu Dipengaruhi Waktu Plastis Pseudoplastis Dilatan ThiksotropikAntitiksotropik Rheopeksi

19 SISTEM NONNEWTON 19 Aliran Plastik f : yield value S=G: rate of shear: Viskositas plastik, U: U F G f UG=F-f F=UG+f F Yield value: berapa kali botol dikocok agar produk mengalir, atau seberapa gaya yang diperlukan agar salep atau krim menyebar di permukaan kulit G

20 ALIRAN PLASTIS Disebut dengan bingham bodies Kurva tidak melewati titik (0,0) tetapi memotong sumbu shearing stress pada yield value Yield value adalah harga yang harus dipenuhi agar cairan mulai mengalir, sebelum yield value zat bertindak sebagai bahan elastis setelah yield value siatem mengalir sesuai dengan sistem newton dimana shearing stress berbanding dengan rate of shear. Contoh : Pada sistem suspensi yang terflokulasi, yield value adalah nilai yang dibutuhkan untuk memecah ikatan antar partikel terflokulasi

21 Data berikut menunjukkan hubungan antara laju geser dengan tekanan geser formulasi topikal yang memperlihatkan reologis plastik. Plotkan 21 data dan tentukan yield value dan viskositas plastiknya. Laju geser (s -1 ) Tekanan geser (dyne/cm 2 ) 162, , Ekstrapolasikan garis lurus di atas terhadap sumbu x akan diperoleh harga yield value, f, sekira 50 dyne/cm 2 Viskositas plastik U= 1/slop atau (x 2 -x 1 )/(y 2 -y 1 ) U =( ,5)/( ) = 0,45 p = 45 cp

22 Aliran Pseudoplastik 22 S=G: rate of shear: F N η'g Log G= N log F log

23 ALIRAN PSEUDOPLASTIS Kurva tidak linier dan tidak ada yield value (melengkung) Viskositas menurun dengan meningkatnya rate of share Terjadi pada molekul berantai panjang seperti polimer-polimer termasuk gom, tragakan, na-alginat, metil selulosa, karboksimetilselulosa Meningkatnya shearing stress menyebabkan keteraturan polimer sehingga mengurangi tahanan dan lebih meningkatkan rate of share pada shearing stress berikutnya

24 24 Sistem pseudoplastik disebut pula sebagai sistem geser encer ( shear-thinning) karena dengan menaikkan tekanan geser viskositas menjadi turun. Contoh klasik adalah kecap atau saus tomat yang untuk mengeluarkannya dari botol harus mengocoknya kuatkuat.

25 25 Aliran Dilatan Sistem disebut geser kental (shear-thickening) system S=G: rate of shear: Suspensi dengan kandungan padatan >40-50%

26 ALIRAN DILATAN Istilah dilatan dikaitkan dengan meningkatnya volume Dimiliki oleh suspensi yang berkonsentrasi tinggi (>50%) dari partikel yang terdeflokulasi Viskositas meningkat dengan bertambahnya rate of shear Mekanisme: Pada keadaan diam partikel-partikel tersusun rapat dengan volume antar partikel kecil Pada saat shearing stress meningkat bulk dari sistem memuai meningkatkan volume kosong hambatan aliran menigkat (tidak dibasahi) terbentuk pasta kaku

27 ALIRAN THIKSOTROPI Pada sistem plastik, pseudoplastik, dan dilatan ketika shearing stress yang sebelumnya dinaikkan, diturunkan kembali maka kurva ke bawah akan erhimpit dengan kurva ke bawah Bila kurva turun ternyata berada sebelah kiri kurva menaik thiksotropi Celah antara kurava naik dan kurva turun disebut hysteresis loop Thiksotropi terjadi karena proses pemulihan yang lambat dari konsistensi Gel Sol Gel (proses pertama berlangsung cepat sedangkan proses kedua berlangsung lebih lambat)

28

29 ANTITHIKSOTROPI Kurva menurun berada di kanan kurva menaik (konsistensi meningkat) Contohnya : magma magnesia

30

31 RHEOPEKSI Suatu gejala dimana suatu sol lebih cepat menjadi gel bila diaduk perlahan-lahan daripada dibiarkan membentuk gel tanpa pengadukan

32

33 RHEOLOGI DALAM FORMULASI Untuk sediaan farmasi cair tipe aliran yang diinginkan adalah thiksotropik Mempunyai konsistensi tinggi dalam wadah (mencegah pengendapan) Akan menjadi cair bila dikocok dan mudah untuk dituang

34 PENENTUAN VISKOSITAS 34 Viskometer Kapiler Bola Jatuh Putar 1 2 1t t t S b S f B (a) Viskometer Ostwald, (b) Ubbelohde, (c) Ostwald-Cannon-Fenske S : BJ bola, cairan B : Tetapan Viskometer bola jatuh Hoeppler

35 Viskometer 35 putar: Viskometer Stormer

36 36 Ferranti-Shirley Kondisi laju geser konstan pada viskometer kerucut-pelat.

37 Viskometer 37 putar: Viskometer Brookfield

38 38