RHEOLOGI

PendahuluanRheologi (bhs Yunani) Rheo : mengalir

Logos : ilmuRheologi : ilmu yg mempelajari ttg aliran zat cair dan deformasi zat padat.Rheologi erat kaitannya dgn viskositas.Viskositas () : Suatu pernyataan tahanan dr suatu cairan untuk mengalir. Makin tinggi viskositas makin besar tahanannya.

Dlm bid farmasi, prinsip2 rheologi diaplikasikan dlm :• Pembuatan krim, suspensi, suppossitoria, emulsi,

lotion, pasta, pembalut tablet, dll.• Karakteristik produk sed fa sbg penjaminan kualitas

yg sama untuk setiap batch.• Pencampuran dr bhn, penuangan, pengeluaran dr

tube atau pelewatan dr jarum suntik.Rheologi suatu zat ttt dpt mempengaruhi :• Penerimaan obat dr pasien.• Stabilitas fisika obat.• Bioavailability.Viskositas mempengaruhi absorpsi obat dlm GIT.

Penggolongan bhn mnrt tipe aliran & deformasi ada 2 yaitu :

• Sistem Newton• Sistem Non-Newton

SISTEM NEWTONHkm aliran dr Newton digbrkan dgn sebuah balokcairan yg tdd lap2 mlkl paralel bagaikan setumpuk kartu. Jika bid cairan plg atas bergerak dgn suatu kec konstan, setiap lap dibawahnya akan bergerak dgnSuatu kec yg berbdg lurus dgn jarak dr lap dsr yg diam.

Gbran shearing force yg diperlukan untuk menghasilkan suatu perbedaan kec ttt antara

bid2 yg sejajar dr suatu balok bahan

F’ A dv

dr

• Rate of shear (G) = dv/dr, utk menyatakan perbedaan kecepatan (dv) antara 2 bid cairan yg dipisahkan oleh jarak yg sgt kecil (dr).

• Shearing stress (F atau ) = F’/A, utk menyatakan gaya persatuan luas yg diperlukan utk menyebabkan aliran.

F’ = dv = F’/A = F A dr dv/dr G

Satuan viskositas : poise atau dyne detik cm2

• Fluiditas () = kebalikan viskositas• Viskositas kinematis = / = viskositas absolut dibagi

dgn kerapatan cairan. Satuan : stokes (s) atau centistokes (cs).

Rheogram Aliran Newton

Rate of shear

Shearing stress

Pengaruh suhu terhadap viskositasRumus Arhenius :

= A.eEv/RT

A = konstanta tgt pd BM & vol molar cairanEv = energi aktivasi yg diperlukan utk menginisiasi aliran antar mlklR = konstanta gas 1,987 kalori/derajat mol

Dibutuhkan lebih byk energi utk memecah ik & membuat cairan tsb terssn dr mlkl2 yg dihubkan dgn ik hidrogen. Tetapi ik ini akan dipecahkan pd temp yg tinggi oleh perpindahan panas & Ev akan menurun dgn nyata. Viskositas cairan akan menurun jika suhu dinaikkan, sdgkan viskositas gas meningkat jika suhu dinaikkan.

SISTEM NON-NEWTON

Non-Newton Bodies : Zat2 yg tdk mengikuti pers aliran Newton, spt : lar koloid, emulsi, suspensi cair, salep. Ada 3 jenis aliran yakni : plastis, pseudoplastis, dan dilatan.

1. Aliran PlastisBingham bodies : zat2 yg membtk aliran plastis.Kurva tdk melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau akan memotong, jika bgn lurus dr kurva tsb diekstrapolasikan ke sumbu) pd suatu titik ttt yaitu harga yield (f). Bingham bodies tdk akan mengalir spi shearing stress dicapai sebsr yield value tsb. Pd harga stress dibawah harga yield value, zat bertindak sbg bhn elastis.

Rheogram Aliran Plastis

Rate of shear

f

Shearing stress

Viskositas Plastis, U U = (F – f)

GSatuan f : dyne/cm2

Aliran plastis berhub erat dgn adanya partikel2 yg terflokulasi dlm suspensi pekat. Adanya yield value krn adanya kontak antara partikel2 yg berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der waals), yg hrs dipecah sblm aliran dpt tjd. Akibatnya yield value merupakan indikasi dr kekuatan flokulasi. Makin byk suspensi yg terflokulasi makin tinggi yield valuenya. Kekuatan friksi antara partikel2 yg bergerak dpt jg memberi andil pd yield value tsb. Sistem plastis menyerupai sistem newton pd saat shear stress diatas yield value.

SOAL1. Suatu bhn plastis diket memp yield value 5200 dyne/cm2. Pd

shearing stress diatas yield value, F ditemukan meningkat sec linier dgn meningkatnya G, Jika rate of shear 150/det pd saat F 8000 dyne/cm2, hit U dr sampel tsb.

2. Data berikut diperoleh utk suatu sistem plastis dgn viskometer mangkuk & rotor. Hit yield value & viskositas plastis dr bhn ini.Rate of shear (det-1) Shearing stress (dyne/cm2)

100 10200

200 11200 300 12200 400 13200 500 14200 600 15200

2. Aliran PseudoplastisAliran pseudoplastis ditunjukkan oleh bhn farmasi yaitu gom arab & sintetisnya, spt dispersi cair dr tragacant, na alginat, metil sellulosa, na cmc. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer2 dlm lar, yg merup kebalikan dr sist plastis yg terssn dr partikel2 yg terflokulasi dlm suspensi. Kurva dimulai pd titik (0,0) atau plg tdk mendekati rate of shear rendah. Akibatnya berlawanan dgn Bingham bodies tdk ada yield value. Krn kurva tdk linier maka viskositas tdk dpt ditttkan dgn suatu harga tunggal.

Rheogram Aliran Pseudoplastis

Rate of shear

Shearing stress

Viskositas zat pseudoplastis berkurang dgn meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung krn aksi shearing thd mlkl2 bhn yg berantai pjg. Dgn meningkatnya shearing stress, mlkl2 yg sec tdk beraturan mulai menyusun sumbu yg pjg dlm arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dlm dr bhn tsb & mengakibatkan rate of shear yg lebih bsr pd tiap shearing stress berikutnya.

FN = ’ G

Eksponen N meningkat pd saat aliran meningkat menjadi non-newton. Jika N = 1 aliran tsb = aliran newton.

3. Aliran DilatanAliran dilatan tjd pd suspensi yg memiliki persentase zat padat terdispersi dgn kons tinggi (50%). Tjd peningkatan daya hambat utk mengalir dgn meningkatnya rate of shear. Aliaran dilatan kebalikan dr aliran pseudoplastis.Jika stress dihilangkan, maka sistem dilatan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.

Rheogram Aliran Dilatan

Rate of shear

Shearing stress

Pd keadaan istirahat, partikel2 tsb terssn rapat dgn vol antar partikel min. Tetapi jlh pembawa dlm suspensi tsb cukup utk mengisi vol ini dan menyebabkan partikel2 bergerak dr 1 tpt ke tpt lainnya pd rate of shear rendah. Pd kondisi ini suspensi berbtk cair. Pd saat shear stress meningkat bulk dr sist tsb mengembang/memuai/dilate, akibatnya meningkatkan vol kosong diantara partikel & jlh pembawa tdk cukup utk mengisi ruang kosong tsb, akhirnya suspensi menjadi pasta yg kaku.

THIKSOTROPI• Thiksotropi : suatu pemulihan yg isoterm dan lambat

pd pendiaman suatu bhn yg kehilangan konsistensinya krn stress.

• Thiksotropi hanya diterapkan untuk shear-thinning system yaitu sistem plastis dan pseudoplstis.

• Gel Sol• Pengukuran Thiksotropi : Luas daerah histeresis

B = U1 – U2 B = koefisien thiksotropi = laju peme

ln t2/t1 cahan thd t pd G konstan

M = 2(U1 – U2) M = koefisien thiksotropi = berku

ln (v2/v1)2 rangnya F persatuan naiknya G

Rheogram thiksotropi dlm sist aliran plastis & pseudoplastis

Rate of shear

Pseudoplastis Plastis

Shearing stress

Rheogram Aliran Plastis Rate of shear

t2

d c t1 b

1/u1

a e 1/U2

Shearing stress

Rheogram Aliran Plastis

Rate of shear v1 v2

1/U2

1/U1

Shearing stress

• Rheopeksi : suatu gejala dimana suatu sol membtk suatu gel lbh cpt jika diaduk perlahan2 drpd jika dibiarkan tanpa pengadukan.

• Aplikasi thiksotropi dlm fa : utk mendptkan sist farmasetis cair yi konsistensi tinggi dlm wadah, namun cpt terdispersi homogen jika dituang.

• Viskometer : alat utk menentukan viskositas.• Cth viskometer : Viskometer kapiler, Viskometer

bola jatuh, Viskometer kerucut dan lempeng.

Viskoelastisitas

• Bhn2 viskoelastisitas : sed semisolid, makanan, dan kosmetik.

• Pengukuran viskoelastis berdsrkan pd sft kekentalan cairan dan sifat elastis padatan.

Psikorheologi• Selain sft2 farmaseutis dan farmakologis yg

diinginkan dlm pembuatan sed fa, kosmetik, atau makanan, sft2 psikologis dan sensori oleh panca indra juga hrs dipertimbangkan.

• Sed faTopikal : hrs mencapai persyaratan daya sebar, bau, kelembutan, shg menyenangkan jika digunakan oleh konsumen.

• MakananPd produksi keju, coklat, mayonnaise, dan adonan roti agar didapat konsistensi yg tepat selama pembuatan, pengemasan sampai penggunaan pada konsumen.

• KosmetikProduk dermatologis hrs terasa lembut dikulit, aroma, dan warna yg menyenangkan.