RHEOLOGI. Di tulis untuk memenuhi pra-syarat MATA KULIAH KIMIA FISIKA. Disusun oleh : Agus Khaerun Umar ( ) Annong Dhika Pradana ( )

Transkripsi

1 RHEOLOGI Di tulis untuk memenuhi pra-syarat MATA KULIAH KIMIA FISIKA Disusun oleh : Agus Khaerun Umar ( ) Annong Dhika Pradana ( ) Dewi Retno Indrawati ( ) Elvan Nugraha ( ) Faradina Ariesty Rizqita ( ) Muh. Yusuf Hasibuan ( ) Nasrun Setiawan ( ) Nita Ayu Selviana ( ) Nur Amaliatus Solihat ( ) JURUSAN FARMASI PROGRAM STUDI STRATA 1 SEKOLAH TINGGI FARMASI MUHAMMADIYAH TANGERANG 2016

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah Swt., karena atas berkat rahmat dan karunia-nya kami dapat menyelesaikan tugas membuat makalah yang diberikan oleh ibu Diana Sylvia, S.Si.,M.Si selaku dosen mata kuliah Kimia Fisika di Sekolah Tinggi Farmasi Muhammadiyah Tangerang yang berjudul RHEOLOGI dengan baik dan tepat waktu dan juga diberi kesehatan untuk menyelesaikan makalah ini. Shalawat serta salam kami haturkan kepada Nabi Muhammad SAW., semoga kita mendapatkan syafaa tnya diakhirat nanti. Amin ya rabbal alamin. Makalah ini berisi tentang pengertian rheologi, penggolongan tipe aliran rheologi, penentuan sifat rheologi. Demikian, semoga isi dari makalah ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca dan juga jika ada kritik dan saran yang membangun itu sangat kami perlukan untuk perbaikan makalah ini agar menjadi semakin baik lagi dan lagi. Karena didunia ini tidak ada yang sempurna, dan semuanya butuh proses dengan belajar dan belajar agar semakin baik lagi kedepannya. Tangerang, 07 Desember 2016 Penulis 1 R H E O L O G I

3 DAFTAR ISI Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Lampiran... i ii iii Bab Latar Belakang... 1 Tujuan Makalah... 1 Bab Pengertian Rheologi... 2 Penggolongan tipe aliran... 2 Sistem Newtonian... 2 Sistem Non-newtonian... 3 Plastis... 4 Pseudoplastis... 5 Dilatan... 5 Penentuan sifat rheologi... 6 Bab Kesimpulan... 9 Bab Kumpulan soal-soal Daftar Pustaka R H E O L O G I

4 DAFTAR LAMPIRAN Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar R H E O L O G I

5 BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Beberapa tahun terakhir ini, prinsip dasar rheologi telah digunakan dalam penyelidikan cat, tinta, berbagai adonan, bahan-bahan untuk pembuat jalan, kosmetik, produk hasil peternakan serta bahan-bahan lain. Penyelidikan viskositas dari cairan sejati, larutan, dan sistem koloid baik yang encer maupun yang kental jauh lebih bersifat praktis daripada nilai teoretis. Jika karakteristik fisika masing-masing ini dirancang dan dipelajari secara objektif menurut metode analitis dari rheologi, dapat diperoleh informasi yang berharga untuk digunakan dalam memformulasi produk-produk farmasi yang lebih baik. Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukan ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan, apakah dicapai dengan penuangan dari botol, pengeluaran dari tube / pelewatan dari suatu jarum suntik. Rheologi dari suatu produk tertentu yang dapat berkisar dalam konsistensi dari bentuk cair ke semisolid sampai ke padatan, dapat mempengaruhi penerimaan bagi si pasien, stabilitas fisika, dan bahkan availibilitas biologis. Jadi viskositas telah terbukti mempengaruhi laju absorbsi obat dari saluran cerna. Dengan adanya tegangan permukaan yang tinggi dan dengan adanya pemberian surfaktan yang mana surfaktan yang digunakan terbagi atas dua yang salah satunya adalah hidrokskopis, yang mana bila menempel pada mikroba atau dalam suatu bakteri akan sulit terlepas. Dalam hal menentukan tegangan dari permukaan suatu benda kita haruslah meninjau dari besarnya massa benda yang mengalir dalam fluida TUJUAN MAKALAH 1. Pengertian Rheologi 2. Sistem newtonian & non- newtonian 3. Penentuan sifat rheologi BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1 R H E O L O G I

6 2.1. DASAR TEORI PENGERTIAN RHEOLOGI Rheologi berasal dari bahasa Yunani yaitu rheo dan logos. Rheo berarti mengalir, dan logos berarti ilmu. Sehingga Rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran zat cair dan deformasi zat padat. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas. Viskositas merupakan suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir; semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. Viskositas dinyatakan dalam simbol η. Dalam bidang farmasi, prinsip-prinsip rheologi diaplikasikan dalam pembuatan krim, suspensi, emulsi, losion, pasta, penyalut tablet, dan lain-lain. Selain itu, prinsip rheologi digunakan juga untuk karakterisasi produk sediaan farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk setiap batch. Rheologi juga meliputi pencampuran aliran dari bahan, penuangan, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Rheologi dari suatu zat tertentu dapat mempengaruhi penerimaan obat bagi pasien, stabilitas fisika obat, bahkan ketersediaan hayati dalam tubuh (bioavailability). Sehingga viskositas telah terbukti dapat mempengaruhi laju absorbsi obat dalam tubuh PENGGOLONGAN TIPE ALIRAN A. SISTEM NEWTONIAN 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. rate of shear harus berbanding lurus dengan shearing stress S = η G η 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 masingmasing luasnya 1 cm2 dan dipisahkan oleh jarak 1 cm. Istilah fluiditas,, didefinisikan sebagai kebalikan dari viskositas : Viskositas kinematik ( v = 1 η ), adalah viskositas mutlak seperti didefiniskan di atas di bagi oleh kerapatan cairan. Satuan viskositas kinematik adalah stoke (s) dan centistoke (cs) v= η p 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. 2 R H E O L O G I

7 Rate Of shear Shering stress Gambar 1.1 Rate of shear (D) dv/dr untuk menyatakan perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil (dr). dv dr B. SISTEM NON-NEWTONIAN Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang berbentuk emulsi, suspensi dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukum Newton Non Newtonian Bodies NON NEWTONIAN TIDAK DIPENGARUHI WAKTU DIPENGARUHI WAKTU PLASTIS THIKSOTROPIK PSEUDOPLASTIS ANTITIKSO TROP OIK DILATAN RHEOPEKSI 3 R H E O L O G I

8 a) Tidak dipengaruhi oleh waktu i) PLASTIS Rate of Shear F Shearing stress f : yield value gambar 1.2 U = (F f ) G UG = F-f F = UG + f Yield Value : beberapa kali botol dikocok agar produk mengalir, atau seberapa gaya yang diperlukan agar salep atau krim menyebar di permukaan kulit. 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. Gambar 1.3. Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang tersuspensi dalam suspensi pekat. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der Waals), 4 R H E O L O G I

9 yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Akibatnya, yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak suspensi yang terflokulasi, makin tinggi yield value-nya. Kekuatan friksi antar partikel juga berkontribusi dalam yield value. Ketika yield value terlampaui (shear stress di atas yield value), sistem plastis akan menyerupai sistem newton. ii) PSEUDOPLASTIS Aliran pseudoplastis ditunjukkan oleh beberapa bahan farmasi yaitu gom alam dan sisntesis seperti dispersi cair dari tragacanth, natrium alginat, metil selulosa, dan natrium karboksimetil selulosa. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan, hal ini berkebalikan dengan sistem plastis, yang tersusun dari partikel-partikel tersuspensi dalam emulsi. Kurva untuk aliran pseudoplastis dimulai dari (0,0), tidak ada yield value, dan bukan suatu harga tunggal. Gambar 1.4. Viskositas aliran pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung untuk bahan-bahan pseudoplastis ini disebabkan adanya aksi shearing terhadap molekul-molekul polimer (atau suatu bahan berantai panjang). Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan, mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dari dalam bahan tersebut dan mengakibatkan rate of shear yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya. FN = η G Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat hingga seperti aliran newton. Jika N=1 aliran tersebut sama dengan aliran newton. iii) DILATAN Aliran dilatan terjadi pada suspensi yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya. 5 R H E O L O G I

10 Gambar 1.5. Pada keadaaan istirahat, partikel-partikel tersebuat tersususn rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam suspensi ini cukup untuk mengisi volume ini dan membentuk ikatan lalu memudahkan partikel-partikel bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear yang rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari system itu mengembang atau memuai (dilate). Hal itu menyebabkan volume antar partikel menjadi meningkat dan jumlah pembawa yang ada tidak cukup memenuhi ruang kosong tersebut. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikelpartikel tersebut tidak dibasahi atau dilumasi dengan sempurna lagi oleh pembawa. Akhirnya suspense menjadi pasta yang kaku PENENTUAN SIFAT RHEOLOGI 1. Sifat Rheologi Dalam Suspensi Viskositas dari suatu suspensi apabila mempengaruhi pengendapan dari partikelpartikel zat terdispersi perubahan dalam sifat-sifat aliran dari suspensi bila wadahnya dikocok dan bila produk tersebut dituang dari botol dan kualitas penyebaran dari cairan (lotio) bila digunakan untuk suatu bagian permukaan yang akan diobati. Pertimbangan rheologi juga penting dalam pembuatan suspensi. Satu-satunya shear yang terjadi dalam suatu suspensi pada penyimpanan adalah lantaran pengendapan dari partikel-partikel yang tersuspensi. Gaya ini diabaikan dan bisa dibuang. Tetapi jika wadah dikocok dan produk dituang dari botol terdapat laju shearing yang tinggi. Zat pensuspensi yang ideal harus mempunyai viskositas yang tinggi pada shear yang dapat diabaikan yakni selama penyimpanan dan zat pensuspensi itu harus mempunyai viskositas yang rendah pada laju shearing yang tinggi yakni ia harus bebas mengalir selama pengocokan, penuangan, dan penyebarannya ini. 2. Sifat Rheologi Dalam Emulsi Produk yang diemulsikan mungkin mengalami berbagai shear-stress selama pembuatan atau penggunaanya. Pada kebanyakan proses ini sifat aliran produk akan menjadi sangat penting untuk penampilan emulsi yang tepat pada kondisi penggunana dan pembuatannya. Jadi penyebaran produk dermatologik dan produk kosmetik harus dikontrol agar didapat suatu preparat yang memuaskan. Aliran emulsi parenteral melalu jarum hipodermik, pemindahan suatu emulsi dari botol atau tube dan sifat dari satu emulsi dalam berbagai proses penggilingan yang digunakan dalam pembuatan produk ini secara besar-besaran, menunjukkan perlunya karakteristik aliran yang tepat. 6 R H E O L O G I

11 Kebanyakan emulsi, kecuali emulsi encer menunjukkan aliran non Newton yang mempersulit interpretasi data dan perbandingan kuantitatif antara sistemsistem dan formulasi-formulasi yang berbeda. Faktor-faktor yang berhubungan dengan fase terdispersi meliputi perbandingan dengan fase terdispers meliputi perbandingan volume fase, distribusi ukuran partikel dan viskositas dari fase dalam itu sendiri. Jadi, jika konsentrasi volume dari fase terdispers rendah (kurang dari 0,05), sistem tersebut adalah Newton. Dengan naiknya konsentrasi volume, sistem tersebut menjadi lebih tahan terhadap aliran dan menujukkan karekteristik aliran pseudoplastis. Pada konsentrasi yang cukup tinggi, terjadi aliran plastis. Jika konsentrasi volume mendekati 0,74 mungkin terjadi inversi dengna berubahnya viskositas secara nyata. Pengurangan ukuran partikel rata-rata akan menaikkan viskositas. Makin luas distribusi ukuran partikel, makin rendah viskositasnya jika dibandingkan dengan sistem yang memiliki ukuran partikel rata-rata serupa tetapi dengan distribusi ukuran partikel yang lebih sempit. 3. Sifat Rheologi Dalam Semisolid Pembuat salep farmasetik dan krim kosmetik menyadari adanya keinginan untuk mengontrol konsistensi bahan non-newton. Instrumen yang paling baik untuk menentukan sifat-sifat rheologi dari semisolid di bidang Farmasi adalah viskometer putar (rotational viscometer). Untuk analisis semisolid yang berbentuk emusi dan suspensi digunakan cone-plate viscometer. Viscometer Stormer terdiri dari cup yang stationer dan bob yang berputar, dan alat ini juga baik untuk semisolid. 4. Sifat Aliran Pada Serbuk Serbuk bulk agak analog dengan cairan non Newton menunjukkan aliran plastik dan kadang-kadang dilatansi partikel-partikel dipengaruhi oleh gaya tarik menarik sampai derajat yang bervariasi. Oleh karena itu, serbuk bisa jadi mengalir bebas (free-flowing) atau melekat. Dalam pengertian khusus yaitu ukuran partikel porositas dan kerapatan, dan kehalusan permukaan. Sifat-sifat dari zat padat yang menentukan besarnya interaksi partikel-partikel. Akan halnya partikel-partikel yang relati kecil (kurang dari 10µm), aliran partikel melalui lubang dibatasi karena gaya lekat antara partikel besarnya sama dengan gaya gravitasi. Karena gaya yang terakhir ini merupakan fungsi dari garis tengah yang di naikkan pangkat tiga, gaya-gaya tersebut menjadi lebih bermakna apabila ukuran partikel meningkan dan aliran dipermudah. Laju aliran maksimum dicapai setelah aliran berkurang apabila ukuran partikel mendekati besarnya lubang tersebut. Jika suatu serbuk mengandung sejumlah partikel-partikel kecil, sifat-sifat aliran serbuk bisa diperbaiki dengan menghilangkan fines atau mengadsorbsinya pada partikel-partikel yang lebih besar. Kadang kadang, aliran yang jelek bisa diakibatkan karena adanya kelembapan dalam hal mana pengeringan partikel-partikel akan mengurangi lekatnya partikel-partikel tersebut. Partikel-partikel panjang atau plat cenderung untuk mengepak walaupun dengan sangat longgar sehingga memberikan serbuk yang mempunyai porositas tinggi. Partikel-partikel dengan kerapatan tinggi dan porositas dalam rendah cenderung untuk mempunyai sifat-sifat bebas mengalir. Ini dapat dikurangi dengan kasarnya permukaan, yang cenderung mengakibatkan karakteristik aliran yang jelek disebabkan oleh gesekan dan kelekatannya. Serbuk yang mengsalir tidak baik atau granulat memberikan banyak kesulitan pada industri farmasi. Produksi unit sediaan tablet yang seragam terbukti bergantung pada beberapa sifat granulat. Jika ukuran granular berkurang, variasi 7 R H E O L O G I

12 berat tablet pun berkurang. Variasi berat minimum dicapai pada granul yang mempunyai garis tengah 400 sampai 800 µm. Jika ukuran granul dikurangi lagi, granul mengalir kurang bebas dan variasi berat granul meningkat. Distribusi ukuran partikel mempengaruhi aliran dalam dan pemisahan dari suatu granulat. 8 R H E O L O G I

13 BAB III KESIMPULAN 3.1. KESIMPULAN Rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran cairan dan deformasi. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas. Viskositas merupakan suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir; semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. Viskositas dinyatakan dalam simbol η. Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk dibawah tekanan shear. Viskometer merupakan ukuran resistensi zat cair untuk mengalir sedangkan rheologi merupakan ilmu yang mempelajari sifat zat cair atau deformasi zat padat. 9 R H E O L O G I

14 BAB IV KUMPULAN SOAL-SOAL 1. apa yang dimaksud dengan Rheologi? a. banyaknya reaksi kimia yang berlangsung persatuan waktu b. peristiwa penguraian cahaya polikromatik (putih) menjadi cahaya-cahaya manokromatik pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan c. ilmu yang mempelajari tentang aliran zat cair dan deformasi zat padat. d. suatu gejala dimana suatu golongan lebih cepat menjadi 2. jika sedikit minyak digosokkan kekulit dengan laju pergeseran relatif antara kadua permukaan 15 cm/detik dan ketebalan lapisan 0,01 cm maka berapakah besar rate of sharenya? a. 500 b c. 750 d Hitunglah laju geser (dv/dr) yang dilakukan oleh pasien yang mengoleskan salep pada permukaan kulit setebal 200 μ m pada kecepatan 10 cm/s adalah a. 0.1 s 1 b. 0.5 s 1 c s 1 d s 1 4. Data berikut menunjukkan laju geser sebagai fungsi dari tekanan geser suatu cairan newton pada suhu kamar. Plotkat data tersebut dan tentukan fluiditas dan viskositas cairan tersebut : Rate of share / s 1 : Share stress dyne / cm 2 : a. 5 b. 10 c. 15 d Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang berbentuk emulsi, suspensi dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukun newton disebut... a. Non-newtonian Bodies b. Yield value c. Newton d. Rheologi 6. Suatu bahan plastis diketahui mempunyai yield value 5200 dyne cm 2. Pada shearing stress di atas yield value, F ditemukan meningkat secara linear dengan meningkatnya G. Jika rate of shear 150 dt-1 pada saat F = 8000 dyne cm 2, hitung viskositas plastis sampel tsb! a R H E O L O G I

15 b c d Pada non newton yang termasuk kedalam bagian tidak dipengaruhi oleh waktu adalah... a. Plastis, pseudoplastis, rheopeksi b. Dilatan, antitiksotropik, rheopeksi c. Plastis, pseudoplastis, dilatan d. Plastis, dilatan, thiksotropik 8. Contoh dari antithiksotropik adalah... a. Kecap/ saos tomat b. Magma magnesia c. Suspensi yang terflokulasi d. Gel 9. Sistem geser kental terdapat pada aliran... a. Rheologi b. Dilatan c. Plastis d. Thiksotropik 10. Bagian sistem non newtonian yang dipegaruhi oleh waktu kecuali... a. Thiksotropik b. Salah semua c. Antitiksotropik d. Rheopeksi 11. Kurva tidak linier dan tidak ada yield value (melengkung) pada aliran... a. Pseudoplastis b. Thiksotropik c. Dilatan d. Plastis 12. Sistem geser encer terdapat pada aliran... a. Plastis b. Dilatan c. Rheopeksi d. Pseudoplastis 13. Penerapan rheologi pada bidang farmasi menghasilkan, kecuali... a. Tablet b. Emulsi c. Salah semua d. Suspensi 14. Contoh pada sistem non newtonian kecuali... a. Suspensi b. Pelarut c. Koloidal d. Emulsi 15. Siapa yang pertama kali mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan secara kuantitatif... a. Aritoteles b. James watt c. Newton d. Gay lussac 11 R H E O L O G I

16 Kunci jawaban : 1. C 2. B 3. D 4. D 5. A 6. C 7. C 8. B 9. B 10. B 11. A 12. D 13. C 14. B 15. C 12 R H E O L O G I

17 13 R H E O L O G I

18 14 R H E O L O G I

19 Daftar Pustaka Lecture Note Rheologi by Dr. rer.nat. Sundani Nurono Soewandhi, School of Pharmacy ITB Martin, A.N., J. Swarbrick, A. Cammarata Physical Pharmacy, 5 th ed. Philadelphia : Lea & Febiger. 15 R H E O L O G I