RHEOLOGI

DEFINISI

Kata Rheologi berasal dari bahasa YUNANI

Rheo : Mengalir

Logos : Ilmu

menggambarkan aliran zat cair atau perubahanbentuk (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.

PENDAHULUAN

Kekentalan (viskositas; η) adalah suatuungkapan dari resistensi zat cair untukmengalir. Semakin tinggi viskositas aliranakan semakin besar resistensinya.Viskositas berpengaruh terhadap lajupenyerapan obat dari saluranpencernaan

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).

PENDAHULUAN

Dalam penelitian dan teknologi farmasetik dan sejenisnya,pengukuran rheologi digunakan untuk mengkarakterisasi :

kemudahan penuangan dari botol,

penekanan atau pemencetan dari suatu tube atau wadahlain yang dapat berubah bentuk,

pemeliharaan bentuk produk dalam suatu bejana atausesudah pengeluaran,

penggosokan bentuk produk di atas atau ke dalam kulit, dan

bahkan pemompaan produk dari pencampuran danpenyimpanan ke alat pengisian atau pelewatan dari suatujarum suntik yang diproduksi oleh industri

Dua bidang sejajar berjarak x; antarabidang-bidang tersebut, isi kentaldibatasi. Puncak, bidang A, bergeraksecara horizontal dengan kecepatan vkarena aksi dengan gaya F. Bidang B yanglebih bawah tidak bergerak. Akibatnyaada suatu perubahan kecepatan v/xantara bidang-bidang tersebut.

Perubahan ini didefinisikan sebagai rateof shear, G.

Shearing stress, S, adalah gaya per satuanluas yang menciptakan perubahanbentuk.

dx

A

B

dv

F

Dimana :

dv = Perubahan kecepatan

dx = Ketebalan lapisan

Contoh 1 :

Jika sedikit minyak digosokkan kekulit dengan laju pergerakan relatifantara kedua permukaan 15cm/detik dan ketebalan lapisan0,01 cm, maka berapakah besarrate 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 =

PENGGOLONGAN TIPE ALIRAN

Sistem Newton

• Jenis cairan yang Ideal

• Contoh : Pelarut

Sistem Non-

Newton

• BM-nya Tinggi

• Contoh : Suspensi, koloidal, emulsi

Type Aliran

ALIRAN NEWTON

Newton adalah orang pertama yangmempelajari sifat-sifat aliran dari cairansecara kuantitatif.

Dia menemukan bahwa :

makin besar viskositas suatu cairan, akanmakin besar pula gaya persatuan luas(shearing stress) yang diperlukan untukmenghasilkan rate of shear tertentu

ALIRAN NEWTON

rate of shear harus berbanding lurus dengan shearing stress

adalah koefisien viskositas atau viskositas. Satuan viskositasadalah poise, didefinisikan sebagai gaya geser yang diperlukanagar menghasilkan kecepatan 1 cm/detik di antara dua bidangsejajar cairan yang masing-masing luasnya 1 cm2 dan dipisahkanoleh jarak 1 cm.

ALIRAN NEWTON

Istilah fluiditas, , didefinisikan sebagai kebalikan dari viskositas :

Viskositas kinematik (), adalah viskositas mutlak seperti didefiniskan di atasdi bagi oleh kerapatan cairan. Satuan viskositas kinematik adalah stoke (s)dan centistoke (cs)

ALIRAN SISTEM NEWTON

Aliran newton adalah jenis aliran yang ideal.Pada umumnya cairan yang bersifat idealadalah pelarut, campuran pelarut, danlarutan sejati.

Shearing Stress, S, atau gaya yangdiperlukan per satuan luas berbanding lurusdengan kecepatan aliran yang dihasilkanatau Rate of Shear, G.

Ra

te o

f sh

ea

rShearing stress

15

Hitunglah laju geser (dv/dr) yang dilakukan oleh pasien yang

mengoleskan salep pada permukaan kulitnya setebal 200 m

pada kecepatan 10 cm/s.

S=G: rate of shear: Slop = fluiditas = 1/

1-

2s 500

102

10

dr

dv

16

Data berikut menunjukan laju geser sebagai fungsi dari tekanan geser 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) 50 100 150 200 250

sdyne/cm 4

50250

2001000

2

12

12

xx

yy

cp 25poise 25,04

1

1

ALIRAN SISTEM NON

NEWTON

Hampir seluruh sistem dispersi termasuksediaan-sediaan farmasi yang berbentukemulsi, suspensi dan sediaan setengah padattidak mengikuti hukum Newton NonNewtonian Bodies

Non

Newton

Tidak

Dipengaruhi

Waktu

Dipengaruhi

Waktu

Plastis Pseudoplastis Dilatan ThiksotropikAntitiksotropik Rheopeksi

ALIRAN SISTEM NON NEWTON

19SISTEM NONNEWTON

S=G: rate of shear:

Aliran Plastik

Viskositas

plastik, U:

G

fFU

f : yield value

UG=F-f

F=UG+f F

G

Yield value: berapa kali botol dikocok agar produk mengalir, atau seberapa gaya yang diperlukan agar salep atau krim menyebar di permukaan kulit

ALIRAN PLASTIS

Disebut dengan bingham bodies

Kurva tidak melewati titik (0,0) tetapi memotongsumbu shearing stress pada yield value

Yield value adalah harga yang harus dipenuhi agarcairan mulai mengalir, sebelum yield value zatbertindak sebagai bahan elastis setelah yield valuesiatem mengalir sesuai dengan sistem newton dimanashearing stress berbanding dengan rate of shear.

Contoh : Pada sistem suspensi yang terflokulasi, yieldvalue adalah nilai yang dibutuhkan untuk memecahikatan antar partikel terflokulasi

21

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

Data berikut menunjukkan hubungan antara laju geser dengan tekanan geser formulasi topikal yang memperlihatkan reologis plastik. Plotkan 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

22

S=G: rate of shear:

Aliran Pseudoplastik

GF N 'η Log G= N log F – log ’

ALIRAN PSEUDOPLASTIS

Kurva tidak linier dan tidak ada yield value(melengkung)

Viskositas menurun dengan meningkatnyarate of share

Terjadi pada molekul berantai panjangseperti polimer-polimer termasuk gom,tragakan, na-alginat, metil selulosa,karboksimetilselulosa

Meningkatnya shearing stress menyebabkanketeraturan polimer sehingga mengurangitahanan dan lebih meningkatkan rate ofshare 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 kuat-

kuat.

25

S=G: rate of shear:

Aliran Dilatan

Sistem disebut geser kental (shear-thickening) system

Suspensi dengan kandungan padatan >40-50%

ALIRAN DILATAN

Istilah dilatan dikaitkan dengan meningkatnyavolume

Dimiliki oleh suspensi yang berkonsentrasi tinggi(>50%) dari partikel yang terdeflokulasi

Viskositas meningkat dengan bertambahnya rateof shear

Mekanisme:

Pada keadaan diam partikel-partikel tersusun rapatdengan volume antar partikel kecil

Pada saat shearing stress meningkat bulk darisistem memuai meningkatkan volume kosonghambatan aliran menigkat (tidak dibasahi) terbentuk pasta kaku

ALIRAN THIKSOTROPI

Pada sistem plastik, pseudoplastik, dan dilatanketika shearing stress yang sebelumnya dinaikkan,diturunkan kembali maka kurva ke bawah akanerhimpit dengan kurva ke bawah

Bila kurva turun ternyata berada sebelah kiri kurvamenaik thiksotropi

Celah antara kurava naik dan kurva turun disebut‘hysteresis loop’

Thiksotropi terjadi karena proses pemulihan yanglambat dari konsistensi

Gel Sol Gel (proses pertama berlangsungcepat sedangkan proses kedua berlangsung lebihlambat)

ANTITHIKSOTROPI

Kurva menurun berada di kanankurva menaik (konsistensimeningkat)

Contohnya : magma magnesia

RHEOPEKSI

Suatu gejala dimana suatu sollebih cepat menjadi gel bila diadukperlahan-lahan daripada dibiarkanmembentuk gel tanpa pengadukan

RHEOLOGI DALAM FORMULASI

Untuk sediaan farmasi cair tipe aliran yangdiinginkan adalah thiksotropik

Mempunyai konsistensi tinggi dalamwadah (mencegah pengendapan)

Akan menjadi cair bila dikocok danmudah untuk dituang

34

PENENTUAN VISKOSITAS

Viskometer Kapiler

Bola Jatuh

Putar

(a) Viskometer Ostwald, (b) Ubbelohde,

(c) Ostwald-Cannon-Fenske

Viskometer bola

jatuh Hoeppler

S : BJ bola, cairan

B : Tetapan

22

11

2

1

t

t

BSSt fb

35Viskometer putar:

Viskometer Stormer

36

Ferranti-Shirley

Kondisi laju geser konstan pada viskometer kerucut-pelat.

37Viskometer putar:

Viskometer Brookfield

38