第二節(jié)流變學(xué)簡介

1、 第二章第二章 液體制劑概論液體制劑概論第二節(jié)第二節(jié) 流變學(xué)的概述流變學(xué)的概述流變學(xué)：研究物質(zhì)變形和流動的科學(xué)流變學(xué)：研究物質(zhì)變形和流動的科學(xué)變形：物質(zhì)在外力作用下其內(nèi)部各部分變形：物質(zhì)在外力作用下其內(nèi)部各部分 的形狀和體積的變化的形狀和體積的變化 彈性變形（彈性變形（elastic deformationelastic deformation）變形變形 塑性變形（塑性變形（plastic deformationplastic deformation）內(nèi)應(yīng)力：單位面積上存在的與外力相對抗內(nèi)應(yīng)力：單位面積上存在的與外力相對抗 的內(nèi)力的內(nèi)力應(yīng)應(yīng) 力：引起變形的作用力力：引起變形的作用力F F除以作

2、用面積除以作用面積A A彈彈 性：除去外部應(yīng)力時恢復(fù)原狀的性質(zhì)性：除去外部應(yīng)力時恢復(fù)原狀的性質(zhì)黏黏 性：是液體內(nèi)部所存在的阻礙液體流性：是液體內(nèi)部所存在的阻礙液體流 動的摩擦力，也稱內(nèi)摩擦力動的摩擦力，也稱內(nèi)摩擦力粘粘彈彈性性物物質(zhì)質(zhì)4 液體受應(yīng)力作用變形，即液體受應(yīng)力作用變形，即流動流動，是不可逆過程。是不可逆過程。 D為為剪切速度剪切速度(rate of shear), 各液各液層的速度不同而產(chǎn)生的速度梯度層的速度不同而產(chǎn)生的速度梯度D=dv/dy剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力（S）：使液層產(chǎn)生相對）：使液層產(chǎn)生相對運動需施加外力，在單位面積上運動需施加外力，在單位面積上所需施加的這種力稱剪切應(yīng)力。所需

3、施加的這種力稱剪切應(yīng)力。（二）剪切速度與剪切應(yīng)力 一切流體的流變性都可以用切變速度一切流體的流變性都可以用切變速度D D與與剪切力剪切力S S之間的關(guān)系曲線來描述，這種關(guān)系曲之間的關(guān)系曲線來描述，這種關(guān)系曲線稱為線稱為流變曲線（粘度曲線）流變曲線（粘度曲線）。不同流變性。不同流變性的流體具有不同的流變曲線，根據(jù)流變曲線的流體具有不同的流變曲線，根據(jù)流變曲線的不同，流體可以分為以下幾種：的不同，流體可以分為以下幾種： 一、牛頓流體一、牛頓流體 二、非牛頓流體二、非牛頓流體 A-A-牛頓流體牛頓流體 B-B-塑性流體塑性流體 C-C-假塑性流體假塑性流體 D-D-脹性流體脹性流體 E-E-觸變性流

4、體觸變性流體直線直線凹凹型曲線型曲線環(huán)形環(huán)形曲線曲線凸凸型曲線型曲線牛頓流體牛頓流體：服從牛頓流動定律的液體：服從牛頓流動定律的液體 牛頓流體的特點牛頓流體的特點： 一般為低分子的純液體或稀溶液一般為低分子的純液體或稀溶液在在一定溫度一定溫度下，牛頓液體的粘度下，牛頓液體的粘度 為常數(shù)，它只是溫度的函為常數(shù)，它只是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而減小數(shù)，隨溫度升高而減小牛頓黏度定律：在層流條件下的剪切應(yīng)力與剪切速度成正比牛頓黏度定律：在層流條件下的剪切應(yīng)力與剪切速度成正比流動方程：流動方程：D=S/ 特點：特點：1.它的切變速度與剪切應(yīng)力之間是通過原點的直線關(guān)系；它的切變速度與剪切應(yīng)力之間是通過原點的

5、直線關(guān)系； 2.斜率為斜率為1/，所以溫度一定時，其黏度，所以溫度一定時，其黏度是一個常數(shù)，是一個常數(shù)， 與與D 無關(guān)，即黏度只是溫度的函數(shù)無關(guān)，即黏度只是溫度的函數(shù)(反比反比)非牛頓流體非牛頓流體(nonNewtonian fluid):不符合牛頓流動定律的不符合牛頓流動定律的乳劑、混懸劑、高分子溶液、膠體溶液、軟膏乳劑、混懸劑、高分子溶液、膠體溶液、軟膏以及固液的不穩(wěn)定體系等以及固液的不穩(wěn)定體系等按非牛頓流體流動的曲線類型可分為按非牛頓流體流動的曲線類型可分為塑性流動、假塑性塑性流動、假塑性流動、脹性流動、觸變流動流動、脹性流動、觸變流動二、非牛頓流動二、非牛頓流動1.塑性流動（塑性流動（

6、plastic flow）1)曲線不經(jīng)過原點；曲線不經(jīng)過原點；2)在橫軸剪切應(yīng)力在橫軸剪切應(yīng)力S軸上有一交點軸上有一交點(S1)；3)存在屈服值（存在屈服值（S0，引起塑性液體流動的最低剪切應(yīng)力）引起塑性液體流動的最低剪切應(yīng)力） 當(dāng)剪切應(yīng)力小于屈服值時液體在剪切應(yīng)力作用下不流當(dāng)剪切應(yīng)力小于屈服值時液體在剪切應(yīng)力作用下不流動動,而表現(xiàn)為彈性變形而表現(xiàn)為彈性變形; 當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服值時液體開始流動，而發(fā)生塑性當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服值時液體開始流動，而發(fā)生塑性變形，此時變形，此時D與與S呈直線關(guān)系，呈直線關(guān)系，為定值；為定值；交點交點屈服值：屈服值：引起塑性液引起塑性液體流動的最體流動的最低切變應(yīng)力低

7、切變應(yīng)力S S0 0（致流值）（致流值） S SS S0 0時，形成向上彎曲的曲線時，形成向上彎曲的曲線彈性形變，不流動彈性形變，不流動S SS S0 0時，剪切速度時，剪切速度D D和剪切應(yīng)力呈直線關(guān)系和剪切應(yīng)力呈直線關(guān)系流動流動塑性液體的流動公式：塑性液體的流動公式：D=(S-SD=(S-S0 0)/)/ a a a a 塑性粘度塑性粘度 S在制劑中表現(xiàn)為塑性流動的劑型有：在制劑中表現(xiàn)為塑性流動的劑型有：濃度較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂劑濃度較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂劑在其它材料中表現(xiàn)：在其它材料中表現(xiàn)：油漆、牙膏、泥漿等油漆、牙膏、泥漿等塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示

8、意圖產(chǎn)生原因：體系中粒子受到產(chǎn)生原因：體系中粒子受到范德華力或氫鍵范德華力或氫鍵作作用在靜置狀態(tài)下形成用在靜置狀態(tài)下形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要使體系，要使體系流動，就要破壞這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。流動，就要破壞這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（二）假塑性流動（二）假塑性流動（pseudoplastic flow）假塑性流動的流動曲線隨著假塑性流動的流動曲線隨著S值的增大，粘值的增大，粘度下降的流動現(xiàn)象稱為度下降的流動現(xiàn)象稱為假塑性流動假塑性流動，其流動公，其流動公式如下所示：式如下所示： (n1) 式中式中a 表觀粘度（表觀粘度（apparent viscosity）如甲基纖維素、西黃蓍膠、海藻酸鈉等鏈狀高如甲基纖

9、維素、西黃蓍膠、海藻酸鈉等鏈狀高分子的分子的1%水溶液表現(xiàn)為假塑性流動，其原因是：水溶液表現(xiàn)為假塑性流動，其原因是：隨著隨著S值的增大，這些高分子的長軸按流動方向值的增大，這些高分子的長軸按流動方向有序排列，減少了對流動的阻力。有序排列，減少了對流動的阻力。anSD切稀！越切越稀！切??！越切越稀！SD沒屈服值沒屈服值；過原點的過原點的凹凹形曲線形曲線流動公式：流動公式：D=SD=Sn n/ / a a剪切力增大，剪切力增大，粘度下降，粘度下降，液體變稀液體變稀0假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖在制劑中表現(xiàn)為假塑性流動的劑型有：某些親在制劑中表現(xiàn)為假塑性流動的劑型有：某些親水

10、性鏈狀高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝水性鏈狀高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝狀態(tài)的液體。狀態(tài)的液體。 產(chǎn)生原因：大分子或溶膠粒子本身結(jié)構(gòu)是不對產(chǎn)生原因：大分子或溶膠粒子本身結(jié)構(gòu)是不對稱的，靜止時有各種可能的取向，剪切力增大時，稱的，靜止時有各種可能的取向，剪切力增大時，不對稱粒子逐漸將長軸轉(zhuǎn)向流動方向排列，減小了不對稱粒子逐漸將長軸轉(zhuǎn)向流動方向排列，減小了對流動的阻礙，表觀粘度隨之降低。剪切力越大，對流動的阻礙，表觀粘度隨之降低。剪切力越大，粒子取向作用越完全，體系的表觀粘度就越小粒子取向作用越完全，體系的表觀粘度就越小 a =Sn/D（三）脹性流動（三）脹性流動 脹性流動曲線經(jīng)過原點，脹性

11、流動曲線經(jīng)過原點， 且隨著切變應(yīng)力的且隨著切變應(yīng)力的增大其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的曲增大其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的曲線稱為脹性流動曲線（線稱為脹性流動曲線（dilatant flow curve）。 切稠！越切越粘！切稠！越切越粘！沒屈服值沒屈服值；過原點的過原點的凸凸形曲線形曲線 =Sn/D剪切力增大，剪切力增大，表觀粘度增加，表觀粘度增加，液體變稠液體變稠D DS S0脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖產(chǎn)生原因：靜止時粒子產(chǎn)生原因：靜止時粒子排列緊密排列緊密，但不聚結(jié)，粒，但不聚結(jié)，粒子間的液層有潤滑作用，因而子間的液層有潤滑作用，因而流動阻力小流動阻力小，表

12、觀，表觀粘度低。粘度低。切力的增加，許多粒子被攪在一起，液層原有的切力的增加，許多粒子被攪在一起，液層原有的潤滑作用相應(yīng)減小，流動阻力增大，表觀粘度隨潤滑作用相應(yīng)減小，流動阻力增大，表觀粘度隨之上升。之上升。 a=Sn/D觸變流動觸變流動特點特點：1)隨著剪切應(yīng)力變大，黏度下降，剪切應(yīng)力消除隨著剪切應(yīng)力變大，黏度下降，剪切應(yīng)力消除后黏度在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)，后黏度在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)，此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為觸變性觸變性；2)曲線為環(huán)狀滯后曲線（施加應(yīng)力使流體產(chǎn)生流曲線為環(huán)狀滯后曲線（施加應(yīng)力使流體產(chǎn)生流動，流體的黏度下降，流動性增加，而停止流動，流體的黏度下降，流動性增加

13、，而停止流動時，并不因應(yīng)力的減少而立即恢復(fù)原狀，而動時，并不因應(yīng)力的減少而立即恢復(fù)原狀，而是存在一定的時間差）是存在一定的時間差）。四四、觸變流動、觸變流動環(huán)形曲線環(huán)形曲線切力增加切力增加上行線上行線切力降低切力降低下行線下行線 滯后面積：上行滯后面積：上行線和下形線不重合線和下形線不重合DS衡量觸變性大小的定量指標(biāo)衡量觸變性大小的定量指標(biāo)滯后面積滯后面積DS產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加剪切力后，破壞產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加剪切力后，破壞了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪切力減小時，液了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪切力減小時，液體又重新恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時間較體又重新恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時間

14、較長，因而觸變流動曲線中上行線和下行線就不長，因而觸變流動曲線中上行線和下行線就不重合重合DSv 觸變流動的特點：塑性流體、假塑性流體、觸變流動的特點：塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性脹性流體中多數(shù)具有觸變性 藥劑中很多制劑具有觸變性：如油制普魯藥劑中很多制劑具有觸變性：如油制普魯卡因注射液卡因注射液 液體或半固體制劑：糖漿、某些軟膏等液體或半固體制劑：糖漿、某些軟膏等 其它材料：鉆井泥漿、土壤其它材料：鉆井泥漿、土壤 三、流變性的測定三、流變性的測定 對于液體制劑來說，最重要的流變學(xué)特性就是黏對于液體制劑來說，最重要的流變學(xué)特性就是黏度。動力學(xué)黏度計算公式為：度。動力學(xué)黏度計算

15、公式為：DSDn)(黏度的測定方法：一、毛細管黏度計測定二、旋轉(zhuǎn)式黏度計測定1.1.毛細管黏度計測定法；毛細管黏度計測定法；只適用于牛頓流體的測定只適用于牛頓流體的測定一般用奧斯瓦爾德黏度計或烏氏黏度計一般用奧斯瓦爾德黏度計或烏氏黏度計2.2.旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動測定法，對于膠體和高分子溶液的粘度，旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動測定法，對于膠體和高分子溶液的粘度，其變化主要依賴于剪切速度（多點法）其變化主要依賴于剪切速度（多點法）旋轉(zhuǎn)式、圓錐平板、轉(zhuǎn)筒粘度計旋轉(zhuǎn)式、圓錐平板、轉(zhuǎn)筒粘度計 毛細管粘度計樣品樣品/標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)品=t樣品樣品樣品樣品/t標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)品原理：在一定壓力下，根據(jù)一定容積的流體依靠壓力差或自身的

16、質(zhì)量，流過一定長度和半徑的標(biāo)準(zhǔn)毛細管所需的時間，計算出液體的粘度。烏氏粘度計比奧氏粘度計多裝了一個管，別且在管連接處多加了一個泡如此可使得測量管與大氣相連，從而使測量管測量過程中壓力保持不變?？蓽p少由液 面變化引起的誤差，提高測量精度。 烏氏粘度計旋轉(zhuǎn)式粘度計用于測定非牛頓流體的粘度旋轉(zhuǎn)式粘度儀，它由兩個同心的表面構(gòu)成，其中一個可旋轉(zhuǎn)。兩個表面多為同軸圓筒式或為錐板式。這兩種粘度儀設(shè)計原理都是一樣的，都是以牛頓粘性定律為理論依據(jù)。同軸圓筒粘度計錐板形粘度計在同軸圓筒或同軸錐板兩者之間均有一定的間隙，其間可注入待測的液體。當(dāng)兩個同軸部件之一（如外圓筒或錐體）以一定角速度（）旋轉(zhuǎn)時，給液體施加一個

17、剪切力，使液體產(chǎn)生分層流動，由于液體內(nèi)磨擦力，液體的分層流動把轉(zhuǎn)動造成的力矩傳遞到內(nèi)圓筒，這時內(nèi)圓筒會隨之偏轉(zhuǎn)一定角度，液體粘度越大，則外筒轉(zhuǎn)動傳到內(nèi)筒的力矩越大，因而內(nèi)筒偏轉(zhuǎn)的角度也越大。所以，在偏轉(zhuǎn)角度與力矩之間以及力矩與液體的粘度之間都存在正比關(guān)系，根據(jù)兩同軸部件的幾何參數(shù)，可計算出待測液體的粘度制劑流變性的評價方法制劑流變性的評價方法測定軟膏、乳劑、雪花膏等半固體制劑的流變性測定軟膏、乳劑、雪花膏等半固體制劑的流變性質(zhì)，主要用針入度計質(zhì)，主要用針入度計(penetrometer)，凝結(jié)拉力凝結(jié)拉力計計(curd tensionmeter)和伸展計和伸展計(spread meter)進行

18、測定進行測定1。 如圖如圖13-19（a）所所示示針入度計針入度計，主要用于，主要用于測定軟膏等制劑的硬度。測定軟膏等制劑的硬度。其主要原理為在軟膏表其主要原理為在軟膏表面，測定圓錐體尖的針面，測定圓錐體尖的針頭進入軟膏體的距離，頭進入軟膏體的距離，一般用一般用0.01mm為一個為一個單位來表示。合格的軟單位來表示。合格的軟膏制劑通常規(guī)定，其范膏制劑通常規(guī)定，其范圍在圍在200 240個單位。個單位。 第第 流變學(xué)在藥劑學(xué)中的應(yīng)用流變學(xué)在藥劑學(xué)中的應(yīng)用 流變學(xué)理論對乳劑、混懸劑、流變學(xué)理論對乳劑、混懸劑、半固體制劑等劑型設(shè)計、處方組成半固體制劑等劑型設(shè)計、處方組成以及制備、質(zhì)量控制等研究具有重以及制備、質(zhì)量控制等研究具有重要意義要意義（一）流變學(xué)在混懸劑中的應(yīng)用（一）流變學(xué)在混懸劑中的應(yīng)用混懸劑靜止?fàn)顟B(tài)時的剪切應(yīng)力忽略不計混懸劑靜止?fàn)顟B(tài)時的剪切應(yīng)力忽略不計，但振但振搖后把制劑從容器中倒出時存在較大的剪切速搖后把制