粉体的流动性.ppt

1、College of Pharmacy，Suzhou University，Sunday，August 2，2020，Chapter 13粉体学的基础，LIU Yang，第1节概要，粉体学通常100m的粒子被称为粒，不易产生粒子间的相互作用，流动性好单体粒子称为一次粒子，聚合粒子称为二次粒子。 粉体的物质状态特点：与液体相似的流动性气体相似的压缩性固体的耐变形性；粉体学是药剂学的基础理论，对制剂的处方修订、制剂的配制、品质管理、包装等具有重要的指导意义。 第二节粉体粒子的性质、一、粒径和粒度分布二、粒子形态三、粒子的比表面积、一、粒径和粒度分布、粉体的粒子尺寸也称为粒度，包含粒子尺寸和粒子分布

2、的双重含义，是粉体的基础性质。 对于一个不规则粒子，其粒径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。 1 .几何粒径几何尺寸限定的粒径，一般通过显微镜法、扭矩计数法等进行测量。 (1)三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径l和短径b，在投影平面的垂直方向上测定粒子的厚度h。 反映粒子的实际大小。 (1)粒径的表示方法、几何粒径、筛分直径、有效直径、表面积等效直径、(2)取向直径(投影直径):Feret直径(或Green直径):一定方向的切线直径、即一定方向的平行线为粒子的投影面Krummbein直径：一定方向最大直径、即在一定方向分割粒子投影面而得到的最大长度马丁径：恒定方向等分直径，即恒定

3、方向的线等分粒子投影面积时的长度。 (3)Heywood直径：投影面积当量圆直径，即与粒子的投影面积相同的圆的直径，多用DH表示。 (4)体积等效直径(equivalent volume diameter ) :与粒子的体积相同的球径，也称为球等效直径。 用扭矩计数器测量，记为Dv。 粒子的体积V=Dv3/6，也称为细孔通过相当径。 当粒子通过粗屏幕被细屏幕捕获时，粗屏幕的直径的算术平均值或几何平均值被称为筛分路径，标记为DA。 2 .筛分直径、算术平均直径、DA=(a b)/2、几何平均直径、DA=(ab)1/2、式中，a粒子通过的粗筛径。 b粒子被捕获的细屏幕的直径。 粒径的表示方式为(-

4、a b )，即粒径小于a、大于b。 粒径相当于液相中具有相同沉降速度的球形粒子的直径。 由于该粒子是根据Stocks方程式修正的，所以被称为Stocks直径，记作DStk .3 .有效直径(effect diameter )，DStk=，18，(p -1) g，液相的粘度h等速沉降距离t沉降时间。 将具有与要测量的粒子等比表面积的球的直径记为DSV。 通过透射法、吸附法测定比表面积并修正求出。 用该方法求出的粒径为平均直径，不能求出粒度分布。 在DSV=/SW式中，SW比表面积、粒子的性状系数、球体的情况下=6，其他形状的情况下=6.58。 4 .比表面积等效径(equivalentspeci

5、ficsurfacediameter )、粒度分布(particles size distribution )表示粒径不同的粒子群分布在粉体中的情况，反映粒子的大小的均匀性。 粒子群的粒度分布可以用简单的表、绘画、函数等形式表示。 (2)粒度分布、频率分布(frequncy size distribution )表示与各粒径对应地得到粒子在全部粒子群中所占的百分率(微分型)累积分布(cumulative size distribution )小； 百分率的标准包括个数标准、质量标准、面积标准、体积标准、长度表示粒度分布必须标明测定标准，根据测定标准得到的粒度分布曲线也不同。 不同标准的粒度分布

6、在理论上可以相互换算。 实际上使用较多的是质量和个数的基准分布。 指由不同粒径组成的粒子群的平均粒径。 中值径是最常用的平均径，也称为中值径。在累积分布中，累积值是恰好与50%相对应的粒径，用D50表示。 (3)平均粒径、粒径的测定方法和适用范围；(4)粒径的测定方法是将粒子放置在显微镜下，由投影图像测定粒径的方法，主要测定几何粒径。 光学显微镜能测量微米级的粒径，电子显微镜能测量纳米级的粒径。 测量时请避免粒子之间重叠，以免产生测量误差。 主要测定以个数面积为基准的粒度分布。 1 .显微镜法(microscopic method )是将粒子群悬挂在电解质溶液中，在隔壁上设置细孔，孔的两侧分别

7、有电极，电极间有一定的电压，粒子通过细孔时，粒子容积排除孔内的电解质，电阻发生变化。 将电信号按照与粒子的体积成比例的电阻的关系换算成粒径，测定粒径及其分布。 测量的是等体积球相当径，粒径分布以个数和体积为基准。 悬浮剂、乳剂、脂质体、粉末药物等可用本法测定。 2 .扭矩计数法是在液相中悬挂的粒子在重力场恒速沉降时，从Stocks方程式求出粒径的方法。 Stocks方程适用于100m以下粒径的测定，常用Andreasen吸管法。 测定的粒径分布以重量为基准。 Stocks径的测定方法有离心法、比浊法、沉淀天秤法、光扫描高速粒度测定法等。 3 .沉降法(sedimentation method

8、)是利用粉体的比表面积随粒径的减少而急速增加的原理，由粉体层中的比表面积的信息和粒径的关系求出平均粒径的方法。 可以测定100m的粒子，但不能测定粒度分布。 4 .“比表面积法”(specific surface area method )是最广泛使用的测量方法。 常用的测定范围在45m以上。 方法：将筛子从粗到细按筛号顺序上下排列，将一定量的粉体样品置于最上层，振动一定时间，称量各筛号上的粉体重量，求出各筛号上不同的粒径重量百分率，得到重量基准的筛分粒径分布及平均粒径。 5 .筛分法(sieving method )、筛号和筛号尺寸：筛号常用“眼”表示。 “眼”是指筛面25.4mm(1英寸)

9、长开的孔的数量。 有30个孔的话，称为30目的筛，孔径的大小是从24.5mm/30减去筛绳的直径。 筛眼的大小根据所使用的筛绳的直径而不同。 因此，必须注明网格尺寸。 各国的标准筛号和筛孔尺寸不同，中国药典规定了R40/3系列药筛的9个筛号。 5 .筛分法是指由一个粒子的轮廓或表面上的各点构成的图像。 定量描述粒子几何形状的方法是“形状指数”(shape index )和“形状因子”(shape factor )。 粒子的各种无量纲子集称为形状指数，立体几何的各变量的关系定义为形状系数。 二、“粒子形态”(degree of sphericility )也称为球度，表示粒子接近球体的程度。 某

10、个粒子的球形度越接近1，那个粒子越接近球。 (1)形状指数、=、粒子投影面当量直径、粒子投影最小外接圆直径、2 .圆形度(degree of circularity ) :表示粒子的投影面接近圆的程度。 形状指数，c=DH/L，式中，DHHeywood直径(DH=(4A/)1/2)； l粒子的投影周长。关于平均粒径为d、体积为Vp、表面积为s粒子的各种形态系数，1 .体积形态系数v=Vp/D3 2 .表面积形态系数s=S/D2 3 .比表面积形态系数=s/v粒子的比表面积形状系数越接近6，该粒子越接近(2)形状系数、三、粒子的比表面积、(1) 比表面积的表示方法粒子的比表面积(specific

11、 surface area )的表示方法可以根据校正标准分为体积比表面积SV和重量比表面积SW。 Sw=6/dvs； Sv=6/dvs Sw、Sv分别是重量和体积比表面积、粒子真密度、dvs体积面积平均数径。 比表面积是表示粉体中粒子粗细的尺度，也是表示固体吸附能力的重要残奥计。 可用于无孔粒子和高度分散粉末平均粒径的计算. 直接测定粉体比表面积的一般方法是，气体吸附法、气体透过法、气体透过法只能测定粒子的外部比表面积，不能测定粒子内部空隙的比表面积，因此不适合多孔粒子的比表面积的测定。 也有溶液吸附、浸润热、消光、热传导、阳极氧化原理等方法。 (2)比表面积的测定方法、第3节粉体的密度和空隙

12、率、(1)粉体密度的概念粉体的密度是指每单位体积的粉体的质量。 因为粉体的粒子内部和粒子之间有空隙，所以粉体的体积有不同的意义。 粉体的密度根据所指体积分为真密度、粒子密度、体积密度3种。 另一方面，粉体的密度、一.真密度(true density) t是粉体质量(w )除以粒子内外的不含空隙的体积(真体积Vt )而求出的密度。 t=w/Vt，2 .粒密度(granule density) g是指粉体质量除以包含开口细孔和封闭细孔的粒体积Vg而求出的密度。 g=w/Vg，3 .体积密度(bulk density) b是指粉体质量除以该粉体所占的容器的体积v而求出的密度，也称为体积密度。 填充粉

13、体时，一定的规则振动或敲击测得的密度称为敲击密度(tap density) bt。 如果b=w/Vt，粒子致密，没有细孔和空洞，就像t=g:t g Bt b，1 .真密度和粒子粒度的测定：通常的方法是用液体和气体置换粉体的方法。 (1)浸液法：利用加热或减压脱气法测定粉体排出的液体的体积，即粉体的真体积。 测定粒子密度时，方法相同，但使用的液体不同，多使用水银和水。 (2)压力比较法常用于药品食品等复杂有机物的测定。 (2)将粉体放入容器中测定的体积有粉体真体积、粒子内空隙、粒子间空隙等。 测量容器的形状、大小、材料的装填速度、装填方式等会影响粉体体积。 不施加外力时测量的密度是最松的密度，施

14、加外力，在最充填粉体的状态下测量的密度是最松的密度。 最终的振动体积没有变化时测量的振动密度是最松散的密度。 体积密度和堆积密度的测定，空隙率(porosity )是粉体层中的空隙所占的比率。 粒子内孔隙率内=Vg-Vt/Vg=1-g/t粒子间孔隙率间=V-Vg/V=1- b/g总孔隙率总=V -Vt/V=1- b/t。 对颗粒剂、胶囊剂、片剂等制剂的重量差异及正常操作有较大影响。 粉体的流动有重力流动、压缩流动、流动化流动等各种各样的形式。 另一方面，粉体的流动性、静止状态的粉体堆积体的自由表面与水平面之间的夹角为休止角，表示越小流动性越好。 tan=h/r常用的测定方法有注入法、排出法、倾

15、斜角法等，测定方法得到的数据不同，再现性差。粘性粉体和粒径不足100200m的粉体粒子间相互作用力大，流动性差，相应地测定休止角大。 (1)粉体流动性的评价和测定方法，1 .休止角(angle of repose )是将材料放入漏斗，测定所有材料流出所需的时间，即流出速度。 粉体流动性差时，放入100 m的玻璃球可以帮助流动。 流出速度越大粉体流动性越好。 2 .流出速度，C=(f - 0)/f 100%式中，c是压缩度。 0是最松密度，f是最紧密度。 压缩度是粉体流动性的重要指标，其大小反映粉体的凝聚性、软弱状态。 压缩度20%以下的流动性良好。 压缩度变大则流动性降低。 3 .压缩度(co

16、mpressibility )、1 .增大粒子尺寸制造密合性粉状粒子，减少粒子间的接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。 2 .粒子形态及表面粗糙度球形粒子的光滑表面可以减少接触点数，减少摩擦力。 3 .含湿量的适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 4 .添加助流剂的影响如果添加0.5%2%的滑石粉、微粉硅胶等助流剂，则粉体的流动性大幅度改善。 但是，过度使用反而会增加抵抗。 (二)粉体流动性的影响因素和改善方法；(一)粉体填充性的表示方法；粉体填充性是粉体集合体的基本性质，在片剂、片剂的填充过程中具有重要意义。 填充性可以使用特定的、体积密度、空隙率、空隙率、填充率，可以使用填充率、填充率，二、粉体的填充性，(二)粒子的排列模型，粒子的填充方式影响粉体的体积和空隙率。 粒子的排列方式中最简单的模型是大小相等的球形粒子的填充方式。 Graton-Fraser模型。 在容器中轻轻放入粉体，施加振动和冲击的话，粉体层的体积会减少。 填充速度可由久野方程式和川北方程式分析。 在久野方程式： n/C=1/ab n/a川北方程式： ln(f- n)=-kn ln(f-0 )式中，0、n、f分别表示最初(0次)。 c是体积的减少度，C=(V0-Vn)/V0。 a是最终的体积减少度，a值越小流动性越好，k、b是填充速度常数，其值越大填充速度越大，填充变得容易。 (3)填