11

RHEOLOGIAchmad Radjaram

1. PENDAHULUAN

2. SISTEM NEWTONIAN

3. SISTEM NON-NEWTONIAN

4. PENENTUAN SIFAT RHEOLOGI

PUSTAKA- Martin, A,1993 Physical pharmacy, 4 , Ed, Lea & Febiger,

Philadelphia P- Florence AT, Attwood D, 1998, Physicochemical principles of

Pharmacy, 3rd Ed, Macmillan Press, London- Aulton M.E, 2002, Pharmaceutics, The science of Dosage Form

Design, 2rd Ed, Churchell Li vingstone, London, New York.

22

33

RHEOLOGI

1. PENDAHULUAN

* Rheologi : ilmu yang mempelajari sifat alir

* Rheo : mengalir, logos : ilmu

* Viskositas atau kekentalan () : ukuran ketahanan (resistensi)

cairan untuk mengalir

* Jenis aliran : Newtonian dan non Newtonian

Aliran Newtonian : Viskositasnya akan tetap terhadap

perubahan kecepatan geser (rate of shear =G) aliran laminer

* Aliran Laminer : Aliran bergerak dengan teratur sepanjang

lapisan, tanpa selintasi lapisan yang lain.

44

Aliran Non Newtonian : Viskositasnya berubah dengan peningkatan kecepatan geser (G) aliran turbulen .

• Aliran turbulen : aliran cairan yang bergerak dengan lintasan tidak teratur

• meliputi : aliran plastik, pseudoplastik dan dilatan

• Contoh: Emulsi, Suspensi, pasta, gel, krim larutan pengental

Aplikasi Farmasetika

- Sebagai Pertimbangan : Formulasi, produksi dan analisis produk untuk sediaan liquid dan semisolid.

- Efek : Konsistensi, kenyamanan penggunaan, stabilitas fisik produk dan pelepasan obat

- Industri : proses produksi sediaan emulsi suspensi dan lain-lain

Manufaktur : pemilihan alat pencampur, penyalutan tablet, pengisian pada kemasan.

55

2. SISTEM NEWTONIAN

Model tumpukan kertas sebagai lapisan-lapisan molekul yang mengalir : aliran laminer

• Fluida mengalir pada bidang yang sejajar satu sama lain, tiap bidang/lapisan mempunyai kecepatan yang konstan.

• Gradian kecepatan terhadap jarak yang diukur tegak lurus terhadap arah aliran (kecepatan geser) : dv/dr = G

• Gaya geser kec. Geser

F/A = dv/dr

Deformasi cairan dengan adanya gaya

GdrdvAF //

66

• Viskositas : ukuran ketahanan fluida terhadap gaya geser (shearing stress)

= G

= F/A, G = dv/dr

= Shearing stress = gaya geser, gaya per luas yang dibutuhkan untuk memindahkan satu bidang terhadap bidang lain

Satuan viskositas

= 1 poice = 1 dyne det cm-2

= 1 poise F (dyne), A (1 cm2), V (jarak 1 cm) pada bidang 1 cm s-1

Viskositas Dinamik = (cps = centipoise = 0,01 poise

Viskositas Kinematik = v = / ( centistoke = 0,01 stoke)

1 stoke =

Fluiditas = ø = 1/ kebalikan dari viskositas

det/1 2

/

det)./(13 cm

cmgram

cmgram

77

RHEOGRAM

• Hubungan antara gaya geser (abses) dan kecepatan geser (ordinat)

• Sifat reologi grafik hubungan fungsi = f () atau = f (G)

• Jika G linier proporsional dengan dan melewati titik nol (0,0) disebut sistem Newtonian atau Viskositas ideal.

• Cairan Newtonian : tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung G. Viskositas dilihat pada satu titik kecepatan geser.

• Alat : viskosimeter Kapiler dan Bola jatuh. Viskosimeter satu titik.

• Reogram aliran Newtonian

88

• Pengaruh suhu terhadap

= A. e – Ea/RT

A = faktor Arrhenius

Ea = Energi aktivasi

Cairan : suhu naik menurun

Contoh air pada :

250C = 0,895 cp

500C = 0,549 cp

750C = 0,380 cp

99

3. SISTEM NON NEWTONIAN

• Viskositas tidak berbanding lurus dengan kecepatan geser = f (G)

• Alat : Viskosimeter cup and bob (stormer) - Visk. titik ganda

• Sistem likuid dan semisolid : larutan Kolloid, larutan polimer, emulsi, suspensi, krim, gel, pasta

• Tipe aliran : plastik, pseudoplastik dan dilatanReogram Aliran plastik :

• Sediaan Suspensi

• Kurva aliran menunjukkan terjadi hambatan gaya geser sampai mencapai “yield value” seelanjutnya terjadi hubungan linier.

• Yield value : indikasi kekuatan flukulasi

1010

Reogram Aliran pseudoplastik :

• Sediaan emulsi , larutan polimer, larutan kolloid

• Tidak ada yield value. Mengalir mulai dari awal (0,0)

• Koefisien tergantung pada fungsi kecepatan geser. = f (G)

• Terjadi semacam struktur intermukular yang dibentuk di bawah pengaruh gaya geser.

1111

Reogram Aliran Dilatan :

• Aliran dilatan berlawanan dengan aliran pseudoplastik

• Koefisien meningkat searah dengan kecepatan geser

• Terjadi pada sediaan pasta, mengandung lebih dari 50 % partikel padat, terflokulasi, dengan rongga antar partiukel yang minim.

1212

Reogram Aliran Thiksotropi :

• Sifat aliran tidak tergantung hanya pada kecepatan geser, tetapi juga pada lamanya waktu gaya geser

• Aliran thiksotropi, menurun dengan waktu. Pada pendiaman terbentu kembali strukturnya yang terlepas (reversibel), walaupun prosesnya lambat (tergantung waktu), dipengaruhi gerakan Brownian. Gel sol (sherar Thining)

• Reogram menunjukkan Histerisis

• Larutan makromolekul (polimer) : mempunyai kemampuan membentuk ikatan skunder – terbentuk struktur tiga dimensi yang terlepas.

1313

Faktor yang mempengaruhi sifat Reologi

1. Viskositas fase eksternal (0)

2. Jumlah volume fase dispers

3. Viskositas fase internal (i)

4. Sifat emulgator dan film Interfasial

5. Distribusi ukuran partikel

1414

4. PENENTUAN SIFAT RHEOLOGI

4.1. Sistem Newtonian (aliran laminer)

Alat : Viskosimeter satu titik

• Viskosimeter kapiler : Ostwald, Ubehlohde, Brookfield.

• Viskosimeter Bola Jatuh. Falling Ball (Stokes)

Viskosimeter kapiler Viskosimeter bola jatuh

1515

a) Viskosimeter kapiler

Perhitungan persamaan Poiseuille Hugen - Poiseuille

pr4t = 8 v l

=r4gh

8 v lt

p = g h

= k . t.

Kalibrasi alat = standar air dan gliserin

1

2

=1 t1

1 t2

p = tekanan gravitasir = jari-jari kapilert = waktu alirv = volume cairanl = panjang pipa kapiler

V =

= kt

1616

b. Bola jatuh (stokes)

Persamaan = = k ( b - s) t

w

k

W = 6 r v

K = 4/3 3 ( - o) g W = K

6 r v = 4/3 3 ( - o) g

3 v = 2/3 r2 ( - o) g

V = l/t

l

tgr o

9

)(2 2

V

gr o

9

)(2 2 =

=

1717

c. Viskosimeter stormer

Gaya gerak F = v f

F = gaya yang diberika

v = kecepatan

f = koefisien friksi partikel

f = 6 r

F = v 6 r

= F/v 6 r

Sampel : emulsi

1818

Bilangan Reynold (R)

R untuk menggambarkan sifat aliran laminar atau turbulen

R =

..vd R > 2.000 aliran turbulen < 2.000 aliran laminer

- Suspensi

- Emulsi

- Larutan Makromolekul

= f (G)

Non - newtonian

4.2. Sistem Non Newtonian (aliran turbulen)

d : diameter pipav : kecepatan : bj

1919

a. Viskosimeter StormerViskosimeter “Cup and Bob” (Rotovisco)

G = 1/t t : waktu 100 putaranv: 60/t x 100 : k w/vw : bebanv : kecepatan rpm

2020

b. Viskosimeter “Cone and plate”

keuntungan daripada stormer

- Kecepatan geser tetap

- Menghemat waktu

- Suhu stabil selama pengukuran

- Jumlah sampel sedikit = 0,1 – 0,2 ml

= C.T/V

C : tetapan alat

T : putaran yang terbaca

V : kec. Kerucut (rpm)