rheologi - simonbw hydrocolloids konjac · pendahuluan kekentalan (viskositas; η)adalah suatu...
TRANSCRIPT
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