RHEOLOGI

• Rheologi adalah ilmu yang mempelajari sifat aliran dari suatu zat cair dan deformasi dari padatan. Viskositas adalah ukuran tahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar tahanan suatu zat cair untuk mengalir, makin besar viskositasnya

• Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukan bahan ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan apakah dicapai dengan penuangan dari botol, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik

• Sifat-sifat rheologi dari sistem farmasetik dapat mempengaruhi pemilihan alat yang akan digunakan untuk memproses produk tersebut dalam pabriknya. Berikut ini adalah penggolongan bahan menurut tipe aliran dan deformasi– Sistem NEWTON– Sistem Non-NEWTON

Sistem NEWTON• Newton menggambarkan zat cair sebagai balok

yang terdiri dari lapisan-lapisan molekul yang sejajar satu sama lain. Jika bidang cairan teratas bergerak dengan kecepatan konstan, setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dengan suatu kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dari lapisan dasar yang diam. “Perbedaan kecepatan geser” atau rate of share (dv/dr) adalah perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan yang dipisahkan oleh suatu jarak (dr). Sedangkan shearing stress adalah gaya per satuan luas (F/A) yang diperlukan untuk menyebabkan aliran

•]

η = koefisien viskositas F = shearing stress (dyne/cm)dv/dr = rate of share (cm det-1/cm2)

F’ = η dv A dr

• Persamaan ini hanya berlaku bagi semua cairan Newton (cairan homogen), tidak berlaku bagi cairan tidak homogen seperti suspensi atau koloid (cairan non-Newton). Apabila digambarkan dengan grafik antara shearing stress dengan rate of share maka dari sistem Newton akan didapat grafik yang merupakan garis lurus melalui titik nol. Oleh karena itu, cairan yang mengikuti Hukum Newton viskositasnya akan tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak bergantung pada kecepatan geser. Viskositas dapat ditentukan dengan menggunakan viskometer kapiler atau viskometer bola jatuh.

Kecepatan geser (rpm)

Tekanan geser (dyne/cm2)

Rate of share

Shearing stress

Sistem Non-NEWTON

Di bidang farmasi kemungkinan menghadapi Non-Newtonian bodies lebih besar dibandingkan menghadapi cairan biasa. Non-Newtonian bodies adalah zat-zat yang tidak mengikuti persamaan aliran Newton seperti larutan emulsi, suspensi, dan sediaan setengah padat.Viskositas cairan ini bervariasi pada setiap kecepatan geser, sehingga untuk melihat sifat alirannya dilakukan pengukuran pada beberapa kecepatan geser, misalnya dengan menggunakan viskometer rotasi Stormer atau Brookfield

• Berdasarkan grafik sifat aliran (rheogram) cairan Non-Newton terbagi menjadi dua, yaitu:

1.Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu

2.Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi oleh waktu

Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu

1. Aliran PlastisCairan yang mempunyai sifat alir plastis tidak akan mengalir sebelum suatu gaya tertentu dilampauinya (yield value atau f). Pada tekanan dibawah yield value cairan tersebut bertindak sebagai bahan elastik, sedangkan diatas harga ini aliran mengikuti Hukum Newton. Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang terflokulasi dalam suspensi pekat. Makin banyak suspensi yang terflokulasi, makin tinggi yield value.

Kecepatan geser (rpm)

Tekanan geser (dyne/cm2)

Rate of share

Shearing stress

2. Aliran PseudoplastisViskositas cairan pseudoplastis akan berkurang dengan meningkatnya rate of share. Berlawanan dengan aliran plastis, cairan pseudoplastis tidak memiliki yield value. Karena tidak ada kelinieran dalam kurva, maka cairan pseudoplastis tidak memiliki viskositas yang absolut. Sejumlah besar produk farmasi termassuk gom alam dan sintetis, misalnya : dispersi cair dari tragacanth, natrrium alginat, metil selulosa, dan natrium karbosimetilselulossa, menunjukkan sifat aliran ini

Rate of share

Shearing stress

3. Aliran DilatanViskositas cairan dilatan akan naik dengan naiknya kecepatan geser, karena volume akan naik bila ia digeser. Dengan meningkatnya rate of share, akan menunjukan peningkatan dalam daya hambat untuk mengalir karena adanya perbandingan antara suspensi-suspensi tertentu dengan persentase zat padat terdispersi yang tinggi.

Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi oleh waktu

1. Aliran ThiksotropikThiksotropik bisa didefinisikan sebagai suatu

pemulihan yang isotherm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing. Pada cairan yang sifat alirannya dipengaruhi oleh waktu, apabila tekanan geser dikurangi cairan tidak mengikuti kecepatan geser semula sehingga kurva menaik dan menurunnya tidak berhimpit. Akibatnya terbentuk suatu celah yang dinamakan “Hysterisis Loop”.

• Dengan shear thinning system (plastis dan pseudoplastis), kurva menurun sering diganti ke sebelah kiri dari kurva yang menaik. Sifat aliran ini biasanya terjadi pada partikel-partikel asimetris yang melalui berbagai titik kontak dan tersusun sebagai kerangka tiga dimensi. Pada keadaan diam sistem menyerupai “gel” dan bila diberi tekanan geser akan berubah menjadi “sol”.

Rate of share

Shearing stress

2. Aliran AntithiksotropikPada bahan thiksotropik juga diketahui adanya gejala yang disebut thiksotropik negatif (antithiksotropik) yang menyatakan kenaikan konsistensi pada kurva menurun. Antitiksotropik berbeda dengan dilatasi atau rheopeksi. Sistem dilatan terdeflokulasi dan biasanya mengandung zat pada fase dispersi lebih dari 50% volume, sedangkan menurut Samyn & Jung sistem antitiksotropik mengandung zat padat dalam jumlah sedikit (1-10 %) dan terflokulasi. Sistem keseimbangan pada cairan bersifat antithiksotropik adalah sol.

3. Aliran RheopeksiRheokpeksi adalah gejala suatu sol akan membentuk suatu gel lebih cepat jika diaduk perlahan-lahan daripada dibiarkan membentuk gel tanpa pengadukan. Pada aliran ini kurva menurun berada disebelah kanan kurva menaik. Dalam suatu sistem rheopeksi, gel adalah sistem kesetimbangan.

Alat yang digunakan untuk pengukuran viskositas

Beberapa viskometer yang biasa digunakan antara lain :1.Viskometer satu titik rate of shearViskometer ini bekerja pada satu titik kecepatan geser saja, sehingga hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Alat ini hanya dapat digunakan untuk mentukan viskositas cairan Newton saja. Yang tergolong jenis ini adalah viskometer kapiler Ostwald dan Ubbelohde, viskometer bola jatuh, dll

2. Viskometer banyak titik rate of shear

Pengukuran dapat dilakukan pada beberapa hanya kecepatan geser sehingga dapat diperoleh rheogram yang sempurna. Viskometer jenis ini dapat digunakan untuk menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton atau non-Newton. Yang termasuk jenis ini antara lain viskometer rotasi Stormer, Brookfield, dll.