RHEOLOGI

6/1

9/2

013

Dhadhang Wahyu Kurniawan

Laboratorium Farmasetika Unsoed

Facebook: Dhadhang Wahyu Kurniawan

Twitter: Dhadhang_WK

1

RHEOLOGI

Pendahuluan

System aliran newton dan non-Newton:

plastis, pseudoplastis, dilatan

Hubungan temperature dan viskositas

Fenomena tiksotropi

6/1

9/2

013

Fenomena tiksotropi

Metode penentuan sifat-sifat rehologis pada

cairan dan semisolid

Jenis viskometer

2

Dasar-Dasar Rheologi

Tipe Aliran (Sifat Alir) Zat Cair

Hubungan Sifat Alir Dengan Kefarmasian

RHEOLOGI6/1

9/2

013

Hubungan Sifat Alir Dengan Kefarmasian

Dasar-dasar:

Rheo (Aliran)

Mengalir

Logos (Ilmu)

(Ilmu Pengetahuan)3

Istilah reologi diusulkan oleh Bingham & Crawford

untuk menggambarkan aliran-aliran cairan dan deformasi

padatan

Viskositas: suatu pernyataan tentang tahanan dari

suatu cairan untuk mengalir; semakin tinggi

viskositas, semakin besar tahanan tersebut

Scott-Blair menyarankan penerapan reologi dalam

6/1

9/2

013

Scott-Blair menyarankan penerapan reologi dalam

formulasi dan analisis produk farmasi seperti Emulsi, Pasta,

Suppo, penyalutan tablet, dll.

Rheologi terlibat dalam pencampuran dan aliran-aliran

bahan, pengemasan bahan-bahan ke dalam wadah, dan

pemindahan sebelum penggunaannya. 4

Tipe aliran

Zat dengan sistem Newton

Zat dengan sistem Non Newton

SISTEM NEWTON

6/1

9/2

013

SISTEM NEWTON

Tunduk pada hukum Newton I

Kenaikan gaya gesek menyebabkan kenaikan

kecepatan gesek yang proporsional5

6/1

9/2

013

Bidang dasar tetap bidang atas bergerak

Dengan kecepatan tetap Bidang di bawahnya

mengikuti

Bergerak dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan

jaraknya dari lapisan dasar yang diam6

F/A = Gaya per satuan luas tekanan geser

/ shearing stress

dv/dr = Perbedaan kecepatan antara 2 bidang dengan

jarak r/gradien kecepatan/kecepatan geser/rate of

shear

='Fdv'F dvn

6/1

9/2

013

= Tetapan proporsionalitas

= Koefisien viskositas

= Viskositas

n

=A

'F

dr

dv

A

'F

dr

dvn

7

Makin Tinggi

Rheogram = Kurva yang menggambarkan sifat alir

Satuan = dyne.det.cm-2G

G

'F=

A

FF

'=

dr

dvG =n

A

F 'n6/1

9/2

013

Poise (cgs : g/cm.det)

Centi poise = cps = 0,01 poise

= Viskositas dinamis (poise)

= Viskositas kinematis

(Stoke/centi stoke)F0

G

nnP

8

Viskositas

V. Absolut

V. Relatif

Viskositas Absolut : Zat Cair Sederhana

: Zat Cair Murni

Viskositas Relatif : Sistem dispersi Heterogen

n

6/1

9/2

013

Viskositas Relatif : Sistem dispersi Heterogen

:

Viskositas Dinamis : Satuan Poisen

nn 2

1

9

Viskositas Kinematis : Satuan : Stoke /Centi

StokeKerapatan

Det.dynecmxdynedr.'F===

n

n

6/1

9/2

013

22 cm

Det.dyne

det/cmxcm

cmxdyne

dvA

dr.'F===

2

2 detdet/

cm

xcmxgram=

det.cm

gram=

n

10

6/1

9/2

013

Viskositas kinematis adalah viskositas absolut

dibagi dengan densitas cairan tersebut pada

temperatur tertentu.

Satuan viskositas kinematis adalah stokes (s)

dan centistoke (cs)

Skala sembarang (misalnya Saybolt, Redwood,

11

Skala sembarang (misalnya Saybolt, Redwood,

Engler, dll) untuk pengukuran viskositas

digunakan dalam berbagai industri; skala-skala

ini kadang-kadang diubah dengan menggunakan

tabel atau rumus tertentu menjadi viskositas

absolut dan sebaliknya

6/1

9/2

013

Contoh Pengukuran Viskositas

a. Suatu viskometer Oswald, digunakan untuk

mengukur aseton, dan diperoleh hasil bahwa aseton

tersebut mempunyai viskositas 0,313 cp pada 25C.

Densitasnya pada 25C adalah 0,788 g/cm3.

Berapakah viskositas kinematis aseton pada 25C

12

b. Air biasa digunakan sebagai standar viskositas

cairan. Viskositas air pada 25C adalah 0, 8904 cp.

Berapakah viskositas relatif aseton terhadap air

(viskositas relatif, rel) pada 25C?

6/1

9/2

013

Penyelesaian

a. Viskositas kinematis = 0,313 cp / 0,788 g/cm3 =

0,397 poise/(g/cm3) atau 0,397 cs.

b. rel (aseton) = 0,313 cp/0,8904 cp = 0,352 (tanpa

satuan)

13

SISTEM NON NEWTON

Zat yang tidak mengikuti persamaan alir Newton

6/1

9/2

013

Sistem dispersi heterogen cair dan padat (larutan

koloidal, emulsi, suspensi, salep, dll)

Fluiditas = Harga resiprok/kebalikan dari viskositas

= 1n 14

NON NEWTON

Zat yang tidak mengikuti persamaan alir Newton

Time Independent Time Dependent

- Plastik - Tiksotropi

6/1

9/2

013

- Plastik - Tiksotropi

- Pseudoplastik - Anti Tiksotropi/

- Dilatan Tiksotropi Negatif

- Reopeksi

- Anti Reopeksi/

Reopeksi Negatif

15

Non Newton :

- Larutan kolloidal

- Emulsi

6/1

9/2

013

- Suspensi cair

- Salep

- Krim

- Masa Suppositoria

- Campuran heterogen16

Tipe Aliran Pseudoplastik

- Banyak produk farmasi menunjukkan aliran ini, a.l

dispersi cair dari gom alam dan sintetis (misal tragakan,

Na-alginat, metilselulosa, dan CMC-Na)

- Tidak ada bagian kurva yang linier, viskositas suatu

bahan pseudoplastis tidak dapat dinyatakan dengan suatu

nilai tunggal

6/1

9/2

013

- Viskositas zat pseudoplastis berkurang dengan

meningkatnya laju geser

- Sebagian dari pelarut yang berikatan dengan molekul

kemungkinan dilepaskan, menyebabkan penurunan

efektif konsentrasi & ukuran molekul yang terdispersi

penurunan viskositas nyata.17

Maka :

F n = .G n = Derajat tipe alir non Newton

Log G = a Log F Log

Persamaan garis lurus, pseudoplastik

disebut SHEAR THINNING SYSTEM

n

n

6/1

9/2

013

disebut SHEAR THINNING SYSTEM

N = 1 Larutan NEWTON

F0

G

18

TIPE ALIRAN PLASTIK

- F < Yield Value Zat cair tidak mengalir

Zat elastik (zat padat)

- F = Yield Value Zat mulai mengalir

- F > Yield Value Pemberian

F berikutnya akan menghasilkan G

G

6/1

9/2

013

F berikutnya akan menghasilkan G

yang proporsional seperti Newton

garis lurus

- Yield Value terjadi karena terjadi

penggabungan partikel dengan gaya

van der waalsF0 Yield Value19

Badan BINGHAM

Angka arah disebut mobilitas

(= fluiditas ) pada Newton

Harga resiproknya adalah viskositas plastik

Viskositas plastik( )fF

U

=

6/1

9/2

013

Viskositas plastik( )

G

fFU

=

f = Yield value

F = Tek. Geser

G = Kecepatan geser 20

Yield Value

MENGALIR

Yield Value Merupakan indikasi Flokulasi

Makin tinggi

6/1

9/2

013

Makin banyak suspensi terflokulasi Makin tinggi

yield value nya

Yield Value terlampaui setiap kenaikan shearing

stress (F-f) kenaikan G berbanding lurus

grafiknya lurus seperti pada Newton21

TIPE ALIRAN DILATAN

- Kurva lewat nol

- Partikel dispers terdeflokul dengan kadar tinggi ( 50 %)

- Pada F = 0, partikel rapat, volume interpartikel

(Void) minimum

6/1

9/2

013

- Pada F tertentu partikel lepas partikel yang

jumlahnya banyak bergerak mengisi ruang kosong

G masih rendah suspensi dapat dituangkan dari

botol mencair

22

- Penambahan F memperbesar void G

bertambah cepat hingga suatu titik tertentu kemampuan

mengisi void maksimum tahanan untuk

mengalir besar jika F diperbesar lagi G tidak

bertambah memadat (seperti pasta, kaku)

- Nama lain : Shear Thicking System

- Pers = Pers pseudoplastik

6/1

9/2

013

- Pers = Pers pseudoplastik

( N < 1). (N = 1) NEWTON Konsist.tinggi

Partikel rapat Vol void min

Konstensi rendah

Bertambah

kecep. geser

Partikel terbuka Vol.

Void bertambah23

NON NEWTON TIME DEPENDENT

TIKSOTROPI = suatu pemulihan isoterm dan relatif

lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan

konsistensinya karena pemberian geser (shearing)

- Pada pemberian F zat mulai mengalir menjadi

sol

6/1

9/2

013

sol

- Tiksotropi untuk tipe alir yang menipiskan geseran

(pseudoplastik dan plastik)

- Tiksotropi merupakan sifat yang diinginkan dalam suatu

sistem farmasetik cair idealnya harus mempunyai

konsistensi tinggi dalam wadah, tapi dapat dituang

dengan mudah.24

0 0 FF

G G6/1

9/2

013

- Ada hubungan antara derajat tiksotropi dan kecepatan

sedimentasi berbanding terbalik penting

untuk pembuatan sediaan

25

ANTI TIKSOTROPI

Kurva