《药剂》第十四章-流变学基础PPT课件

1、第一节，流变学的基本概念(一)流变学研究内容流变学Rheology源于希腊的Rheos=Sream (流动)词，是Bingham和Crawford为表现液体流动和固体变形现象而提出的概念。 流变学主要是研究物质变形和流动的科学。 变形主要与固体的性质有关。 对某物体施加压力时，其内部各部分的形状和体积会发生变化，即所谓的变形。 对固体施加外力时，固体内部存在对抗外力的内力，使固体复原。 此时存在于单位面积的内力称为内部应力(Stress )。 外部应力引起的固体变形，除去该应力后固体复原的性质称为弹性(Elasticity )。 这种可逆的变形称为弹性变形。 不可逆的变形称为形式变形。 流动主

2、要表现了液体和气体的性质。 流动的难易程度与物质自身具有的性质有关，这种现象被称为粘性(Viscosity )。 流动也被视为不可逆的变形过程。 实际上，某些物质对外力显示弹性和粘性的双重特性(粘弹性)。 (2)当剪切应力和剪切速度不太快时，可以把流动的液体看作相互平行移动的液体层，由于各层的速度不同，所以形成速度梯度du/dy (剪切速度)是流动的基本特征。 因为有速度梯度，流动慢的液体层阻挡了流动快的液体层的运动，所以产生流动阻力。 为了使液体层保持一定的速度梯度运动，必须施加与阻力相等的反作用力。 施加于单位液层面积(a )的力称为剪应力，单位为N/m2，用s表示。 剪切速度，单位用S-

3、1和d表示。 剪切力和剪切速度是体现系统流变性质的两个基本参数。 (1)流动学在悬浮剂上的应用流动学可以应用于研究经过影响悬浮液中的分散粒子沉降的粘性和振动，从容器中注入悬浮剂时的流动性变化。 也可以应用于给药部位洗涤剂的伸展性能等。 悬浊液在静止状态下产生的剪切应力，如果只考虑悬浮粒子的沉降，其存在的力很小，所以可以忽略。 但是，摇晃后将制剂从容器中注入时，观察到了很大的剪切速度。 悬浮剂在振动、注出和展时能否自由移动是形成理想悬浮剂的最佳条件。 二、流变学在药剂学上的应用，(二)流变学在乳剂上的应用和制备条件下乳剂的特性是否合适，主要取决于制剂的流动性。 除了乳液中稀释的溶液外，大部分乳液

4、主要呈现非牛顿流动。 因此，该数据的处理和不同系统及各制剂间的定量是非常困难的。 体积比接近0.74时，发生相变，粘度显着增大。 另外，在平均粒径变小、粘度增大的同时，在相同平均粒径条件下粒度分布范围宽的系统的粘度比粒度分布窄的系统的粘度低。 影响乳剂粘度的另一个因素是乳化剂。 膜的物理特性和电性质也是影响乳剂粘性的重要因素之一。 (3)流变在半固体制剂上的应用软膏剂和化妆品用膏的制备，必须控制非牛顿流体材料的浓度(稠度)。 图显示了乳剂性基质、亲水性凡士林或含有水分的亲水性凡士林溶液的流动曲线。 向亲水性凡士林加水的话，屈服点(下降曲线与横轴相交的点)从520g下降到320g，同时，亲水凡士

5、林的塑性粘度(下降曲线的斜率的倒数)和触变性随着水的添加而增大。 温度对软膏基质稠度的影响可以用改进的旋转粘度计测定，并说明其现象。 从图中可以看出，温度对两基质的影响相同，屈服点的温度变化曲线也显示出相同的性质。第二孔的性质是一.牛顿在液体流动时在液体内形成速度梯度，因此产生流动阻力。 反映该阻力大小的剪切应力s与剪切速度d有关。 实验证明，纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力与剪切速度成比例。 上式是牛顿粘度定律，遵循该定律的液体是牛顿流体。 式中，的粘度或粘度系数是表示流体的粘性的物理常数。 在牛顿液体的滑动速度d和滑动应力s之间，有图(a )所示的直线关系，公式上可知有通过原点

6、的直线。 (a )牛顿的流动，二.非牛顿的流动实际上大部分液体不符合牛顿的法则。 如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、悬浮剂、软膏、固液不均匀系统的流动不服从牛顿定律。 我们把这种物质称为非牛顿流体，把这种物质的流动现象称为非牛顿流动。 可以用旋转粘度计测定非牛顿流体，绘制其滑动速度d和滑动应力s的变化规律的结果时，(b )塑性流动(c )暂塑性流动、(一)塑性流动(plasticflow )塑性流动的流动曲线如图(b )所示，曲线不通过原点，横轴剪切剪应力不在屈服值以上的话，液体不会因剪应力而流动。 剪切应力增加到屈服值时，液体开始流动，剪切速度d和剪切应力s处于直线关系。 液体的这种性质叫塑性。

7、 引起液体流动的最低剪切应力，即屈服值S0的塑性流体的流动式，可以用下式表示：塑性粘度(plasticviscosity )； S0屈服值或屈服值。 (2)拟塑性流动(pseudoplasticflow )拟塑性流动或拟粘性流动的流动曲线如图(c )所示。 粘度随着s值的增大而下降的流动现象称为假塑性流动。 假塑性流动的公式在公式中用a的外观粘度(apparentviscosity )表示。 例如，甲基纤维素、黄原酸胶、海藻酸钠等链状高分子的1%水溶液显示假塑性流动。 这种高分子随着s的值的增大，分子的长轴在流动方向上有规则地排列。 因此，可以减少对流动的阻力。 (3)如膨胀性流动膨胀性流动曲

8、线图(d )所示，曲线通过原点，随着剪切应力变大，粘性也变大，向上凸出的曲线称为膨胀性流动曲线(dilatantflowcurve )。 相当于式中n1的情况。 (4)搅拌触变流普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂时，其粘度降低，流体容易流动。 但是，放置一段时间，原来的粘性就会恢复。 粘度随着这种剪应力的降低而降低的物质，也就是在等温条件下逐渐恢复到原来状态的现象被称为触变。 触变性的测定通过计算滞后环曲线包围的面积，可以推测触变流动导致的结构的破坏和恢复到原来的状态的程度。 用这个方法可以控制制剂的特性和产品的质量。 粘弹性(Viscoelasticity )高分子物质和分散系统具有粘性和弹

9、性的双重特性，这种性质称为粘弹性。 这个粘弹性用弹性模型的弹簧和粘性通过模型的缓冲器的复合型模型来表示。 (1)麦克斯韦(Maxwell )模型、(2)福格(Voigt )模型、(3)双重粘弹性模型在实际工作中高分子物质的粘弹性现象非常复杂，所以在Maxwell模型和Voigt模型中很难说明这种现象。 但是，结合几种模型来说明，非常接近实际的粘弹性现象。第三拉深改性性质的测定方法是测定高分子液体的粘弹性、流动学性质，或者测定线性粘弹性函数的方法是：1)测定使测定对象样品产生微小变形r(t )所需的应力S(t )的方法2 )测定对测定样品施加应力S(t )时产生的变形程度r(t ) 具体的测量方

10、法在两种：的第一方法不随时间变化的静止测量方法(即，r0 )保持不变时，施加应力S0。 仅适用于牛顿流体(一点法)。 第二种方法是旋转测量法。 胶体和高分子溶液的粘度如下式所示，其变化主要取决于剪切速度。 对于非牛顿流体，必须用能测定不同滑动速度的粘度计测定(多点法)。 另一方面，落球粘度计的原理可以通过在包含一定温度的试验液的垂直玻璃管内，使具有一定密度和直径的玻璃制或钢制的球自由落下，测定球落下时的速度，来获得试验液的粘度。 图示Hoeppler落球粘度计的装置。 二、旋转粘度计法旋转粘度计有双重圆筒形、圆锥圆盘型和平行圆盘型三种。 如图所示，测量原理是在缸内放入试验液，考察用特制的转子旋转时产生的弯曲现