Page 1
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.
Page 3
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.
Page 4
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.
Page 5
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 //
Page 6
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
Page 7
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
Page 8
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
Page 9
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
Page 10
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.
Page 11
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.
Page 12
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.
Page 13
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
Page 14
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
Page 15
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
Page 16
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 =
=
Page 17
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
Page 18
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
Page 19
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
Page 20
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)