rheologi

RHEOLOGI

Rheologi berasal dari bahasa yunaniRheo : mengalirLogos : ilmuDigunakan istilah ini untuk menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari padatan ( Bingham dan Crawford)

Viskositas adalah suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir

Makin tinggi viskositas, maka akan makin besar tahanannya.

Karena pentingnya rheologi dalam farmasi, maka penerapannya sangat diperlukan dalam formulasi dan analisis dari produk farmasi seperti pasta, emulsi, dan lain-lain

Rheologi meliputi

Pencampuran dan aliran dari bahan Pemasukan ke dalam wadah Pemindahan sebelum digunakan

Apakah dicapai dg penuangan dari botol, pengeluaran dari tube atau pelewatan dari suatu jarum suntik.

Rheology and flow

The study of “FLOW”: properties Simple flow

Newtonian Flow

l

1Cm1Cm

F

V

rImaginary Planes moving from force ...

f dV

drstress shear

Dimisalkan sebuah balok cairan terdiri dari lapisan-lapisan molekul pararel, bagaikan setumpuk kertas.

Lapisan dasar dianggap menempel pada tempatnya, jika bidang cairan paling atas bergerak dg kecepatan konstan, setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dg suatu kecepatan yg berbanding lurus dg jarak dari lapisan dasar yg diam.

Perbedaan kecepatan (dv) antara 2 bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yg kecil (dr) adalah perbedaan kecepatan “ atau rate of shear” dv/dr

Gaya persatuan luas F’/A yg diperlukan untuk menyebabkan aliran disebut Shearing stress.

Newton = orang pertama yang mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan.

Menurutnya, makin besar besar viskositas suatu cairan akan makin besar pula gaya persatuan luas (Shearing stress) yg diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu, sehingga rate of shear harus berbanding lurus dg shearing stress

F’/A = η dv/dr η =koefisien viskositas Atau

η=F/Gdimana

F =F’/AG=dv/dr

Suatu gambaran kurva aliran, atau rheogram diperoleh dg memplot F vs G

Shear vs. Stress

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

stressshear

fdrdV

01

Units are “POISE”centi…milli

(sec )-1

cm

cm

cmdynes sec

2

sec

1sec*2

cm

cm

cmcmgm

2

sec

cm

dyne“poise”

SISTEM NON NEWTON

AIRAN PLASTIS ALIRAN PSEUDOPLASTIS ALIRAN DILATAN

No newtonian bodies adalah zat2 yg tidak mengikuti persamaan aliran newton

Dispersi heterogen cairan dan padatan seperti ;koloi,emulsi, suspensi cair, salep, dan produk produk yg serupa masuk dalam kelas ini.

ALIRAN PLASTIS

Kurva memperlihatkan suatu badan yg membentuk aliran plastis, bahan demikian dikenal sebagai Bingham bodies yg diambil dari nama pencetus rheologi modern (Bingham).

Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tetapi memotong sumbushearing stress (atau akan memotong, jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yg dikeal sebagai harga yield. Bingham bodies tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress dibawah harga yield, zat bertindak seperti bahan elastis

Plastic Flow

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

no movementeven thoughstress is applied

yield point 1 fluidity

Like Newtonians, this is imaginary also ...

ALIRAN PSEUDOPLASTIS

Sejumlah besar produk farmasi termasuk gom alam dan sintesis, misalnya dispersi cair dari tragakan, Na-alginat, metilselulosa, dan Na-karboksimetil selulosa.

Kurva konsistensi untuk bahan pseudoplastis mulai pada titik (0,0), atau paling tidak mendekatinya pada rate of shear rendah. Akibatnya berlawanan dg Bingham bodies, tidak ada yield value.

Viskositas zat pseudoplastis berkurang dg meningkatnya rate of shear.

Pseudo-Plastic Flow(a better picture)

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

1 fluidity

Note the “apparent” yield point

“thick” here

“thin” here

ALIRAN DILATAN

Pada sistem ini volume meningkat jika terjadi shear dan karenanya diberi istilah dilatan.

Bahan pseudoplastis = shear-thinning system

Bahan dilatan = shear-thickening system Zat-zat yg mempunyai sifat dilatan adalah

persentase zat padat terdispersi yg tinggi

Pada keadaan istirahat, partikel-partikel tersebut tersusun rapat dg volume antar partikel atau volume “void” (kosong) pada keadaan minimum.Tetapi jumlah pembawa alam suspensi tersebut cukup untuk mengisi volume ini dan menyebabkan partikel-partikel bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear rendah, jd pd kondisi ini dpt ituang dari wadah karena berbentuk cair.

DILATAN

Pada saat shear stress meningkat, bulk dari sistem tersebut mengembang atau memuai (dilate), dari sinilah istilah dilatan.

Susunan tersebut mengakibatkan meningkatnya volume kosong diantara partikel

Jumlah pembawa tetap dan pd beberapa titik menjadi tidak cukup untuk mengisi ruang-ruang kosong antar partikel yg menjadi lebih besar

Sehingga hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi dg sepurna oleh pembawa.

Akibatnya suspensi menjadi seperti pastaq yg kaku.

Dilatant Flow

Thin with a little stress, thickens as more is applied

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

High solids content suspensionsSand at the seashore

THIN Here

Thicker here

TIKSOTROPI

Jika rate of shear dikurangi pada saat laju maksimum yg diinginkan telah tercapai, kurva ke bawah akan sama dan berhimpit dg kurva yg keatas.

Dengan shear thinning sistem (plastis dan pseudoplastis) kurva menurun seringkali dianti kesebelah kiri dari kurva menaik, yg menunjukkan bahwa bahan tersebut mempunyai konsistensi lebih rendah

Tiksotropi bisa didefenisikan sebagai suatu pemulihan yg isoterm dan lambat pd pendiaman suatu bahan yg kehilangan konsistensinya karena shearing, tiksotropi hanya bisa diterapkan untuk shear thinning system.

TIKSOTROPI

Pada keadaan diam struktur ini mengakibatkan suatu derajat kekakuan pd sistem tersebut dan menyerupai suatu gel.

Ketika digunakan shear dan aliran dimulai, struktur ini mulai memecah, bahan tersebut mengalami transformasi dari gel ke sol dan menunjukkan shear thinning.

Pada saat stress ditiadakan, struktur tersebut mulai terbentuk kembali. Proses ini tidak timbul dg segera; tapi bertahap terjadi rstorasi dari konsistensi pada saat partikel-partikel asimetris berhubungan satu dg lainnya oleh adanya gerak brown

Time Dependent Flow

Most Pseudo-plastics revert very quickly

If time is required ...

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

Change as stress is increased

Change as stress is reduced

Looks “thinner” after stresshas been applied

Time Dependent Flow

•Thixotropes LOOK like pseudo-plastics• BUT if movement is continued ...

Stress ( Force)

Shear(Velocity)

Change as stress is increased

after time under stress , when the stress is the reduced

Looks “thinner” after stresshas been applied

1

Time Dependent Flow

THIXOTROPY is the name Veegum is an example Carbopol 934 another

Advantages

Pseudo-plastics slow settling on standing pour easily with shear

water soluble gums work well for this, and are widely used

Thixotropes Solidifies on standing shake and it becomes thin for pouring

Very hard to properly formulate however

TIKSOTROPI DALAM FORMULASI

Tiksotropi adalah suatu sifat yg diinginkan dalam suatu sistem farmasetis cair yg idealnya harus mempunyai konsistensi tinggi dalam wadah, namun dapat dituang dan tersebar dg mudah.

Suspensi tiksotropi yg diformulasi dg baik tdk akan mengendap dg segera dalam wadahnya, akan menjasi cair bila dikocok, dan akan tinggal cukup lama selama digunakan.

Dan pada akhirnya, suspensi tersebut akan memperoleh kembali konsistensinya dg segera sehingga partikel-partikel tetap berada dalam keadaan tersuspensi.

Pola sifat yg serupa dikehendaki juga untuk emulsi, losio, krim, salep serta suspensi parenteral

Dilihat dari kestabilan suspensi, ada kaitan antara derajat tiksotropi dg laju sedimentasi, dimana makin tinggi tiksotropi, akan makin rendah laju pengendapan