《藥劑》第十四章-流變學(xué)基礎(chǔ)PPT課件

1、第一節(jié)，流變學(xué)的基本概念(一)流變學(xué)研究?jī)?nèi)容流變學(xué)Rheology源于希臘的Rheos=Sream (流動(dòng))詞，是Bingham和Crawford為表現(xiàn)液體流動(dòng)和固體變形現(xiàn)象而提出的概念。 流變學(xué)主要是研究物質(zhì)變形和流動(dòng)的科學(xué)。 變形主要與固體的性質(zhì)有關(guān)。 對(duì)某物體施加壓力時(shí)，其內(nèi)部各部分的形狀和體積會(huì)發(fā)生變化，即所謂的變形。 對(duì)固體施加外力時(shí)，固體內(nèi)部存在對(duì)抗外力的內(nèi)力，使固體復(fù)原。 此時(shí)存在于單位面積的內(nèi)力稱(chēng)為內(nèi)部應(yīng)力(Stress )。 外部應(yīng)力引起的固體變形，除去該應(yīng)力后固體復(fù)原的性質(zhì)稱(chēng)為彈性(Elasticity )。 這種可逆的變形稱(chēng)為彈性變形。 不可逆的變形稱(chēng)為形式變形。 流動(dòng)主

2、要表現(xiàn)了液體和氣體的性質(zhì)。 流動(dòng)的難易程度與物質(zhì)自身具有的性質(zhì)有關(guān)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為粘性(Viscosity )。 流動(dòng)也被視為不可逆的變形過(guò)程。 實(shí)際上，某些物質(zhì)對(duì)外力顯示彈性和粘性的雙重特性(粘彈性)。 (2)當(dāng)剪切應(yīng)力和剪切速度不太快時(shí)，可以把流動(dòng)的液體看作相互平行移動(dòng)的液體層，由于各層的速度不同，所以形成速度梯度du/dy (剪切速度)是流動(dòng)的基本特征。 因?yàn)橛兴俣忍荻?，流?dòng)慢的液體層阻擋了流動(dòng)快的液體層的運(yùn)動(dòng)，所以產(chǎn)生流動(dòng)阻力。 為了使液體層保持一定的速度梯度運(yùn)動(dòng)，必須施加與阻力相等的反作用力。 施加于單位液層面積(a )的力稱(chēng)為剪應(yīng)力，單位為N/m2，用s表示。 剪切速度，單位用S-

3、1和d表示。 剪切力和剪切速度是體現(xiàn)系統(tǒng)流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)。 (1)流動(dòng)學(xué)在懸浮劑上的應(yīng)用流動(dòng)學(xué)可以應(yīng)用于研究經(jīng)過(guò)影響懸浮液中的分散粒子沉降的粘性和振動(dòng)，從容器中注入懸浮劑時(shí)的流動(dòng)性變化。 也可以應(yīng)用于給藥部位洗滌劑的伸展性能等。 懸濁液在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，如果只考慮懸浮粒子的沉降，其存在的力很小，所以可以忽略。 但是，搖晃后將制劑從容器中注入時(shí)，觀察到了很大的剪切速度。 懸浮劑在振動(dòng)、注出和展時(shí)能否自由移動(dòng)是形成理想懸浮劑的最佳條件。 二、流變學(xué)在藥劑學(xué)上的應(yīng)用，(二)流變學(xué)在乳劑上的應(yīng)用和制備條件下乳劑的特性是否合適，主要取決于制劑的流動(dòng)性。 除了乳液中稀釋的溶液外，大部分乳液

4、主要呈現(xiàn)非牛頓流動(dòng)。 因此，該數(shù)據(jù)的處理和不同系統(tǒng)及各制劑間的定量是非常困難的。 體積比接近0.74時(shí)，發(fā)生相變，粘度顯著增大。 另外，在平均粒徑變小、粘度增大的同時(shí)，在相同平均粒徑條件下粒度分布范圍寬的系統(tǒng)的粘度比粒度分布窄的系統(tǒng)的粘度低。 影響乳劑粘度的另一個(gè)因素是乳化劑。 膜的物理特性和電性質(zhì)也是影響乳劑粘性的重要因素之一。 (3)流變?cè)诎牍腆w制劑上的應(yīng)用軟膏劑和化妝品用膏的制備，必須控制非牛頓流體材料的濃度(稠度)。 圖顯示了乳劑性基質(zhì)、親水性凡士林或含有水分的親水性凡士林溶液的流動(dòng)曲線。 向親水性凡士林加水的話(huà)，屈服點(diǎn)(下降曲線與橫軸相交的點(diǎn))從520g下降到320g，同時(shí)，親水凡士

5、林的塑性粘度(下降曲線的斜率的倒數(shù))和觸變性隨著水的添加而增大。 溫度對(duì)軟膏基質(zhì)稠度的影響可以用改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定，并說(shuō)明其現(xiàn)象。 從圖中可以看出，溫度對(duì)兩基質(zhì)的影響相同，屈服點(diǎn)的溫度變化曲線也顯示出相同的性質(zhì)。第二孔的性質(zhì)是一.牛頓在液體流動(dòng)時(shí)在液體內(nèi)形成速度梯度，因此產(chǎn)生流動(dòng)阻力。 反映該阻力大小的剪切應(yīng)力s與剪切速度d有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)證明，純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力與剪切速度成比例。 上式是牛頓粘度定律，遵循該定律的液體是牛頓流體。 式中，的粘度或粘度系數(shù)是表示流體的粘性的物理常數(shù)。 在牛頓液體的滑動(dòng)速度d和滑動(dòng)應(yīng)力s之間，有圖(a )所示的直線關(guān)系，公式上可知有通過(guò)原點(diǎn)

6、的直線。 (a )牛頓的流動(dòng)，二.非牛頓的流動(dòng)實(shí)際上大部分液體不符合牛頓的法則。 如高分子溶液、膠體溶液、乳劑、懸浮劑、軟膏、固液不均勻系統(tǒng)的流動(dòng)不服從牛頓定律。 我們把這種物質(zhì)稱(chēng)為非牛頓流體，把這種物質(zhì)的流動(dòng)現(xiàn)象稱(chēng)為非牛頓流動(dòng)。 可以用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定非牛頓流體，繪制其滑動(dòng)速度d和滑動(dòng)應(yīng)力s的變化規(guī)律的結(jié)果時(shí)，(b )塑性流動(dòng)(c )暫塑性流動(dòng)、(一)塑性流動(dòng)(plasticflow )塑性流動(dòng)的流動(dòng)曲線如圖(b )所示，曲線不通過(guò)原點(diǎn)，橫軸剪切剪應(yīng)力不在屈服值以上的話(huà)，液體不會(huì)因剪應(yīng)力而流動(dòng)。 剪切應(yīng)力增加到屈服值時(shí)，液體開(kāi)始流動(dòng)，剪切速度d和剪切應(yīng)力s處于直線關(guān)系。 液體的這種性質(zhì)叫塑性。

7、 引起液體流動(dòng)的最低剪切應(yīng)力，即屈服值S0的塑性流體的流動(dòng)式，可以用下式表示：塑性粘度(plasticviscosity )； S0屈服值或屈服值。 (2)擬塑性流動(dòng)(pseudoplasticflow )擬塑性流動(dòng)或擬粘性流動(dòng)的流動(dòng)曲線如圖(c )所示。 粘度隨著s值的增大而下降的流動(dòng)現(xiàn)象稱(chēng)為假塑性流動(dòng)。 假塑性流動(dòng)的公式在公式中用a的外觀粘度(apparentviscosity )表示。 例如，甲基纖維素、黃原酸膠、海藻酸鈉等鏈狀高分子的1%水溶液顯示假塑性流動(dòng)。 這種高分子隨著s的值的增大，分子的長(zhǎng)軸在流動(dòng)方向上有規(guī)則地排列。 因此，可以減少對(duì)流動(dòng)的阻力。 (3)如膨脹性流動(dòng)膨脹性流動(dòng)曲

8、線圖(d )所示，曲線通過(guò)原點(diǎn)，隨著剪切應(yīng)力變大，粘性也變大，向上凸出的曲線稱(chēng)為膨脹性流動(dòng)曲線(dilatantflowcurve )。 相當(dāng)于式中n1的情況。 (4)攪拌觸變流普魯卡因、青霉素注射液或某種軟膏劑時(shí)，其粘度降低，流體容易流動(dòng)。 但是，放置一段時(shí)間，原來(lái)的粘性就會(huì)恢復(fù)。 粘度隨著這種剪應(yīng)力的降低而降低的物質(zhì)，也就是在等溫條件下逐漸恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的現(xiàn)象被稱(chēng)為觸變。 觸變性的測(cè)定通過(guò)計(jì)算滯后環(huán)曲線包圍的面積，可以推測(cè)觸變流動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)的破壞和恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)的程度。 用這個(gè)方法可以控制制劑的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量。 粘彈性(Viscoelasticity )高分子物質(zhì)和分散系統(tǒng)具有粘性和彈

9、性的雙重特性，這種性質(zhì)稱(chēng)為粘彈性。 這個(gè)粘彈性用彈性模型的彈簧和粘性通過(guò)模型的緩沖器的復(fù)合型模型來(lái)表示。 (1)麥克斯韋(Maxwell )模型、(2)福格(Voigt )模型、(3)雙重粘彈性模型在實(shí)際工作中高分子物質(zhì)的粘彈性現(xiàn)象非常復(fù)雜，所以在Maxwell模型和Voigt模型中很難說(shuō)明這種現(xiàn)象。 但是，結(jié)合幾種模型來(lái)說(shuō)明，非常接近實(shí)際的粘彈性現(xiàn)象。第三拉深改性性質(zhì)的測(cè)定方法是測(cè)定高分子液體的粘彈性、流動(dòng)學(xué)性質(zhì)，或者測(cè)定線性粘彈性函數(shù)的方法是：1)測(cè)定使測(cè)定對(duì)象樣品產(chǎn)生微小變形r(t )所需的應(yīng)力S(t )的方法2 )測(cè)定對(duì)測(cè)定樣品施加應(yīng)力S(t )時(shí)產(chǎn)生的變形程度r(t ) 具體的測(cè)量方

10、法在兩種：的第一方法不隨時(shí)間變化的靜止測(cè)量方法(即，r0 )保持不變時(shí)，施加應(yīng)力S0。 僅適用于牛頓流體(一點(diǎn)法)。 第二種方法是旋轉(zhuǎn)測(cè)量法。 膠體和高分子溶液的粘度如下式所示，其變化主要取決于剪切速度。 對(duì)于非牛頓流體，必須用能測(cè)定不同滑動(dòng)速度的粘度計(jì)測(cè)定(多點(diǎn)法)。 另一方面，落球粘度計(jì)的原理可以通過(guò)在包含一定溫度的試驗(yàn)液的垂直玻璃管內(nèi)，使具有一定密度和直徑的玻璃制或鋼制的球自由落下，測(cè)定球落下時(shí)的速度，來(lái)獲得試驗(yàn)液的粘度。 圖示Hoeppler落球粘度計(jì)的裝置。 二、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)有雙重圓筒形、圓錐圓盤(pán)型和平行圓盤(pán)型三種。 如圖所示，測(cè)量原理是在缸內(nèi)放入試驗(yàn)液，考察用特制的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)