Untuk mengetahui proses terbentuknya emulsi dikenal 4 macam teori , yang melihat proses terjadinya emulsi dari sudut pandang yang berbeda-beda. Teori tersebut ialah :
1. Teori Tegangan Permukaan (Surface Tension)
Molekul memiliki daya tarik menarik antara molekul yang sejenis yang disebut daya kohesi. Selain itu molekul juga memiliki daya tarik menarik antara molekul yang tidak sejenis yang disebut daya adhesi.
Daya kohesi suatu zat selalu sama, sehingga pada permukaan suatu zat cair akan terjadi perbedaan tegangan karena tidak adanya keseim -bangan daya kohesi. Tegangan yang terjadi pada permukaan tersebut dinamakan tegangan permukaan (surface tension).
Dengan cara yang sama dapat dijelaskan terjadinya perbedaan tegangan bidang batas dua cairan yang tidak dapat bercampur (immicible liquid). Tegangan yang terjadi antara dua cairan tersebut dinamakan tegangan bidang batas (interfacial tension).
Semakin tinggi perbedaan tegangan yang terjadi pada bidang mengakibatkan antara kedua zat cair itu semakin susah untuk bercampur. Tegangan yang terjadi pada air akan bertambah dengan penambahan garam-garam anorganik atau senyawa elektrolit, tetapi akan berkurang dengan penambahan senyawa organik tertentu antara lain sabun (sapo).
Dalam teori ini dikatakan bahwa penambahan emulgator akan menurunkan menghilangkan tegangan yang terjadi pada bidang batas sehingga antara kedua zat cair tersebut akan mudah bercampur.
2. Teori Orientasi Bentuk Baji (Oriented Wedge)
Setiap molekul emulgator dibagi menjadi dua kelompok yakni :
Kelompok hidrofilik, yaitu bagian dari emulgator yang suka pada air.
Kelompok lipofilik , yaitu bagian yang suka pada minyak. Masing-masing kelompok akan bergabung dengan zat cair yang disenanginya, kelompok hidrofil kedalam air dan kelompok lipofil kedalam minyak. Dengan demikian emulgator seolah-olah
menjadi tali pengikat antara air dan minyak. Antara kedua
kelompok tersebut akan membuat suatu keseimbangan.
Setiap jenis emulgator memiliki harga keseimbangan yang besarnya tidak sama.Harga keseimbangan itu dikenal dengan istilah H.L.B. (Hydrophyl Lipophyl Balance) yaitu angka yang menunjukkan perbandingan antara kelompok lipofil dengan kelompok hidrofil .
Semakin besar harga HLB berarti semakin banyak kelompok yang suka pada air, itu artinya emulgator tersebut lebih mudah larut dalam air dan demikian sebaliknya.
Dalam tabel dibawah ini dapat dilihat keguaan suatu emulgator ditinjau dari harga HLB-nya.
HARGA HLB K E G U N A A N
1 - 3 Anti foaming agent 4 – 6 Emulgator tipe w/o
7 – 9 Bahan pembasah ( wetting agent) 8 – 18 Emulgator tipe o/w
13 - 15 Detergent
10 – 18 Kelarutan (solubilizing agent)
Untuk menentukan komposisi campuran emulgator sesuai dengan nilai HLB yang dikehendaki , dapat dilakukan dengan contoh perhitungan seperti tersebut dibawah ini.
Contoh :
Pada pembuatan 100 ml emulsi tipe o/w diperlukan emulgator dengan harga HLB 12. Sebagai emulgator dipakai campuran Span 20 (HLB 8,6) dan tween 20 (HLB 16,7) sebanyak 5 gram. Berapa gram masing-masing berat Span 20 dan Tween 20 ?
Jawab : Rumus I A % b = HLBb HLBa HLBb x ) ( x 100 % B % a = ( 100% - A%) Keterangan :
x = Harga HLB yang diminta ( HLB Butuh) A = Harga HLB tinggi B = Harga HLB rendah % Tween = 6 , 8 7 , 16 ( ) 6 , 8 12 ( X 100% = 42% 100 42 X 5 gram = 2,1 gram % Span = 100 % - 42 % = 58 % 100 58 X 5 gram = 2,9 gram
Rumus II.
(B1 x HLB1) + (B2 x HLB2) = (B campuran x HLB campuran)
B = Berat emulgator Misalnya berat tween = X Berat span = 5 – X (X x 16,7) + (5-X) x 8,6 = 5 x 12 16,7 X + 43 – 8,6 X = 60 8,1X = 60 – 43 X = 1 , 8 17 = 2,1 gram ( tween) Berat span = 5 – 2,1 = 2,9 gram
Cara menghitung nilai HLB dari campuran surfaktan Contoh : R/ Tween 80 70% HLB = 15 Span 80 30% HLB = 4,5 Perhitungan : Cara I Tween 80 = 100 70 x 15 = 10,5 Span 80 = 100 30 x 4,5 = 01,35 HLB Campuran 11,85
Cara II. (Cara Aligatie) Tween 80 15 (X – 4,5) (X – 4,5) : (15 – X) = 70 : 30 = 7 : 3 (X – 4,5) 3 = 7 (15 – X) 3X – 13,5 = 105 – 7X 10X = 118,5 X = 11,85 X Span 80 4,5 (15 – X) Jadi HLB Campuran = 11,85
Nilai HLB beberapa surfaktan
Zat HLB Zat HLB Tween 20 Tween 40 Tween 80 Tween 60 Tween 85 Tween 65 16,7 15,6 15,0 14,9 11,0 10,5 Span 20 Span 60 Span 80 Arlacel 83 Gom Trietanolamin 8,6 4,7 4,3 3,7 8,0 12,0
Nilai HLB Butuh beberapa zat yang sering dipakai. Nama Zat HLB butuh
(type a/m) HLB butuh (type m/a) Asam stearat Setil alcohol Paraffin Vaselin Cera alba 6 5 5 4 15 15 12 12 12
3. Teori Interparsial Film
Teori ini mengatakan bahwa emulgator akan diserap pada
batas antara air dan minyak, sehingga terbentuk lapisan film yang akan membungkus partikel fase disper.
Dengan terbungkusnya partikel tersebut maka usaha antara partikel yang sejenis untuk bergabung menjadi terhalang. Dengan kata lain fase disper menjadi stabil.
Untuk memberikan stabilitas maksimum pada emulsi, syarat emulgator yang dipakai adalah :
dapat membentuk lapisan film yang kuat tapi lunak
jumlahnya cukup untuk menutup semua permukaan partikel fase- dispers
dapat membentuk lapisan film dengan cepat dan dapat menutup semua permukaan partikel dengan segera.
4. Teori electric double layer ( lapisan listrik rangkap)
Jika minyak terdispersi ke dalam air, satu lapis air yang langsung berhubungan dengan permukaan minyak akan bermuatan sejenis, sedangkan lapisan berikutnya akan mempunyai muatan yang berlawanan dengan lapisan didepannya. Dengan demikian
seolah-olah tiap partikel minyak dilindungi oleh 2 benteng lapisan listrik yang saling berlawanan. Benteng tersebut akan menolak
setiap usaha dari partikel minyak yang akan mengadakan penggabungan menjadi satu molekul yang besar, karena susunan listrik yang menyelubungi setiap partikel minyak mempunyai susunan yang sama. Dengan demikian antara sesama partikel akan tolak-menolak , dan stabilitas emulsi akan bertambah.
Terjadinya muatan listrik disebabkan oleh salah satu dari ke tiga cara dibawah ini,
terjadinya ionisasi dari molekul pada permukaan partikel terjadinya absorbsi ion oleh partikel dari cairan disekitarnya. terjadinya gesekan partikel dengan cairan disekitarnya.
F. Bahan Pengemulsi (Emulgator)
Emulgator alam
Yaitu emulgator yang diperoleh dari alam tanpa proses yang rumit. Dapat digolongkan menjadi tiga golongan yaitu :
1. Emulgator alam dari tumbuh-tumbuhan.
Pada umumnya termasuk karbohydrat dan merupakan emulgator tipe o/w, sangat peka terhadap elektrolit dan alkohol kadar tinggi, juga dapat dirusak bakteri. Oleh sebab itu pada pembuatan emulsi dengan emulgator ini harus selalu ditambah bahan pengawet.
a. Gom Arab
Sangat baik untuk emulgator tipe o/w dan untuk obat minum. Emulsi yang terbentuk sangat stabil dan tidak terlalu kental. Kestabilan emulsi yang dibuat dengan gom arab berdasarkan 2 faktor yaitu
kerja gom sebagai koloid pelindung (teori plastis film)
terbentuknya cairan yang cukup kental sehingga laju pengendapan cukup kecil sedangkan masa mudah dituang (tiksotropi)
Bila tidak dikatakan lain maka emulsi dengan gom arab menggunakan gom arab sebanyak ½ dari jumlah minyaknya.
Untuk membuat corpus emulsi diperlukan air 1,5 X berat gom, diaduk keras dan cepat sampai putih , lalu diencerkan dengan air sisanya. Selain itu dapat disebutkan :
Lemak-lemak padat : PGA sama banyak dengan lemak padat
Cara pembuatan .
Lemak padat dilebur lalu ditambahkan gom, buat corpus emulsi dengan air panas 1,5 X berat gom . Dinginkan
dan encerkan emulsi dengan air dingin. Contoh : cera, oleum cacao, parafin solid
Minyak atsiri : PGA sama banyak dengan minyak atsiri
Minyak lemak : PGA ½ kali berat minyak, kecuali oleum ricini karena memiliki gugus OH yang bersifat hidrofil sehingga untuk membuat emulsi cukup dibutuhkan 1/3 nya saja. Contoh : Oeum amygdalarum
Minyak Lemak + minyak atsiri + zat padat larut dalam minyak lemak
Kedua minyak dicampur dulu, zat padat dilarutkan dalam minyaknya, tambahkan gom ( ½ x myk lemak + aa x myk atsiri + aa x zat padat )
Bahan obat cair BJ tinggi, contohnya chloroform, bromoform :
Ditambah minyak lemak 10 x beratnya, maka BJ campuran mendekati satu. Gom sebanyak ¾ kali bahan obat cair.
Balsam-balsam
Gom sama banyak dengan balsam.
Oleum Iecoris Aseli
Menurut Fornas dipakai gom 30 % dari berat minyak. b. Tragacanth
Dispersi tragacanth dalam air sangat kental sehingga untuk memperoleh emulsi dengan viskositas yang baik hanya diperlukan trgacanth sebanyak 1/10 kali gom arab. Emulgator ini hanya bekerja optimum pada pH 4,5 – 6. Tragacanth dibuat corpus emulsi dengan menambahkan sekaligus air 20 x berat tragacanth. Tragacanth hanya
berfungsi sebagai pengental tidak dapat membentuk koloid pelindung.
c. Agar-agar
Emulgator ini kurang efektif apabila dipakai sendirian. Pada umumnya zat ini ditambahkan untuk menambah viskositas dari emulsi dengan gom arab.
Sebelum dipakai agar-agar tersebut dilarutkan dengan air mendidih Kemudian didinginkan pelan-pelan sampai suhu tidak kurang dari 45oC (bila suhunya kurang dari 45oC
larutan agar-agar akan berbentuk gel). Biasanya digunakan 1-2 %
d. Chondrus
Sangat baik dipakai untuk emulsi minyak ikan karena dapat menutup rasa dari minyak tersebut. Cara mempersiapkan dilakukan seperti pada agar.
e. Emulgator lain
Pektin, metil selulosa, karboksimetil selulosa 1-2 %. 2. Emulgator alam dari hewan
a. Kuning telur
Kuning telur mengandung lecitin (golongan protein / asam amino) dan kolesterol yang kesemuanya dapat berfungsi sebagai emulgator. Lecitin merupakan emulgator tipe o/w. Tetapi kemampuan lecitin lebih besar dari kolesterol sehingga secara total kuning telur merupakan emulgator tipe o/w. Zat ini mampu mengemulsikan minyak lemak empat kali beratnya dan minyak menguap dua kali beratnya. b. Adeps Lanae
Zat ini banyak mengandung kholesterol , merupakan emulgator tipe w/o dan banyak dipergunakan untuk pemakaian luar. Penambahan emulgator ini akan menambah
kemampuan minyak untuk menyerap air. Dalam keadaan kering dapat menyerap air 2 X beratnya.
Contoh resep emulsi dengan adeps lanae : R/ Adeps lanae 100 Ol. Olivarum 400 ml Zinc. Oxyd 100 Talc. 100 Sol. Pb. Acet. 28 ml Aq. Calcis ad 1000 ml
3. Emulgator alam dari tanah mineral.
a. Magnesium Aluminium Silikat/ Veegum
Merupakan senyawa anorganik yang terdiri dari garam - garam magnesium dan aluminium. Dengan emulgator ini, emulsi yang terbentuk adalah emulsi tipe o/w. Sedangkan pemakaian yang lazim adalah sebanyak 1 %. Emulsi ini khusus untuk pemakaian luar.
b. Bentonit
Tanah liat yang terdiri dari senyawa aluminium silikat yang dapat mengabsorbsikan sejumlah besar air sehingga membentuk massa sepert gel. Untuk tujuan sebagai emulgator dipakai sebanyak 5 %.
Emulgator buatan 1. Sabun.
Sangat banyak dipakai untuk tujuan luar, sangat peka terhadap elektrolit. Dapat dipergunakan sebagai emulgator tipe o/w maupun w/o, tergantung dari valensinya. Bila sabun tersebut bervalensi 1, misalnya sabun kalium, merupakan emulgator
tipe o/w, sedangkan sabun dengan valensi 2 , missal sabun kalsium, merupakan emulgator tipe w/o.
2. Tween 20 : 40 : 60 : 80 3. Span 20 : 40 : 80
Emulgator dapat dikelompokkan menjadi :
Anionik : sabun alkali, natrium lauryl sulfat
Kationik : senyawa ammmonium kuartener
Non Ionik : tween dan span.
Amfoter : protein, lesitin.