R HEOLOGI
DEFINISI
Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI Rheo
: Mengalir
Logos : Ilmu menggambarkan aliran zat cair atau perubahan bentuk (deformasi) zat di bawah tekanan (Bingham & Crawford)
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
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
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
pembuatan (produksi).
yang
digunakan
dalam
proses
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
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
A dv dx
Perubahan ini didefinisikan sebagai rate of shear, G. B
Shearing stress, S, adalah gaya per satuan luas yang menciptakan perubahan bentuk.
Contoh 1 :
Dimana : dv = Perubahan kecepatan dx = Ketebalan lapisan
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?
Shearing Stress bisa terjadi terus menerus / Sesaat
Bila perubahan yang terjadi kembali kesemula
= ELASTIS = Bila perubahan yang terjadi tidak kembali kesemula = ALIRAN KENTAL MURNI =
P ENGGOLONGAN T IPE A LIRAN Sistem Newton
• Jenis cairan yang Ideal • Contoh : Pelarut
Type Aliran
Sistem NonNewton
• BM-nya Tinggi • Contoh : Suspensi, koloidal, emulsi
A LIRAN N EWTON 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
A LIRAN N EWTON 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 cm2 dan dipisahkan oleh jarak 1 cm.
A LIRAN N EWTON 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)
A LIRAN S ISTEM N EWTON
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
Aliran newton adalah jenis aliran yang ideal. Pada umumnya cairan yang bersifat ideal adalah pelarut, campuran pelarut, dan larutan sejati.
Shearing stress
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 10 -1 500 s dr 2 102
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)
200 400 600 800
1000
Tekanan geser (shear stress,dyne/cm2)
50
250
y2 y1 1000 200 x2 x1 250 50 4 cm2 / dyne s
100 150 200
1
1 0,25 poise 25 cp 4
A LIRAN S ISTEM N ON N EWTON Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang berbentuk emulsi, suspensi dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukum Newton Non Newtonian Bodies
A LIRAN S ISTEM N ON N EWTON
Non Newton
Tidak Dipengaruhi Waktu
Plastis
Pseudoplastis
Dipengaruhi Waktu
Dilatan
Thiksotropik Antitiksotropik Rheopeksi
SISTEM NONNEWTON 19
Aliran Plastik
S=G: rate of shear:
f : yield value Viskositas plastik, U:
F f U G
UG=F-f F=UG+f
Yield value: berapa kali botol dikocok agar produk mengalir, atau seberapa gaya yang diperlukan agar salep atau krim menyebar di permukaan kulit
F
G
A LIRAN P LASTIS
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
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)
250
500
750
1000
1500
Tekanan geser (dyne/cm2)
162,5
275
387,5
500
725
Ekstrapolasikan garis lurus di atas terhadap sumbu x akan diperoleh harga yield value, f, sekira 50 dyne/cm2 Viskositas plastik U= 1/slop atau (x2-x1)/(y2-y1)
U =(725-162,5)/(1500-250) = 0,45 p = 45 cp
Aliran Pseudoplastik 22
S=G: rate of shear:
F
N
η' G
Log G= N log F – log ’
A LIRAN P SEUDOPLASTIS
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
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
Aliran Dilatan
Sistem disebut geser kental (shear-thickening) system
Suspensi dengan kandungan padatan >40-50%
S=G: rate of shear:
A LIRAN D ILATAN
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
A LIRAN T HIKSOTROPI
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)
A NTITHIKSOTROPI
Kurva menurun berada di kanan kurva menaik (konsistensi meningkat)
Contohnya : magma magnesia
R HEOPEKSI
Suatu gejala dimana suatu sol lebih cepat menjadi gel bila diaduk perlahan-lahan daripada dibiarkan membentuk gel tanpa pengadukan
R HEOLOGI DALAM F ORMULASI
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
PENENTUAN VISKOSITAS 34
Viskometer Kapiler
Bola Jatuh
Putar
1 1t1 2 2t 2
t Sb S f B (a) Viskometer Ostwald, (b) Ubbelohde, (c) Ostwald-Cannon-Fenske
S : BJ bola, cairan B : Tetapan
Viskometer bola jatuh Hoeppler
Viskometer putar: 35 Viskometer Stormer
36
Ferranti-Shirley
Kondisi laju geser konstan pada viskometer kerucut-pelat.
Viskometer putar: 37
Viskometer Brookfield
38
