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1、流变学简介,（一）流变学的概述,流变学：研究物质变形和流动的科学,变形：物质在外力作用下其内部各部分 的形状和体积的变化,弹性变形（elastic deformation） 变形 塑性变形（plastic deformation）,内应力：单位面积上存在的与外力相对抗 的内力,应 力：引起变形的作用力F除以作用面积A,弹 性：除去外部应力时恢复原状的性质 黏 性：是液体内部所存在的阻碍液体流 动的摩擦力，也称内摩擦力,4,液体受应力作用变形，即流动，是不可逆过程。 D为剪切速度(rate of shear), 各液层的速度不同而产生的速度梯度 D=dv/dy 剪切应力（S）：使液层产生相对运动
2、需施加外力，在单位面积上所需施加的这种力称剪切应力。,（二）剪切速度与剪切应力,一切流体的流变性都可以用切变速度D与剪切力S之间的关系曲线来描述，这种关系曲线称为流变曲线（粘度曲线）。不同流变性的流体具有不同的流变曲线，根据流变曲线的不同，流体可以分为以下几种： 一、牛顿流体 二、非牛顿流体,A-牛顿流体； B-塑性流体； C-假塑性流体；D-胀性流体； E-触变性流体.,一、牛顿流动,D 为剪切速度 S 为剪切应力,曲线的特点：一条通过坐标原点的直线,S=F/A=D =S/ D,即剪切应力S与剪切速度D成正比-牛顿流动定律, 粘度或粘度系数，是表示流体粘度的 物理常数，是流变曲线斜率的倒数
3、单位Pas(SI单位),牛顿流体：服从牛顿流动定律的液体 牛顿流体的特点： 一般为低分子的纯液体或稀溶液 在一定温度下，牛顿液体的粘度为常数，它只是温度的函数，随温度升高而减小,牛顿黏度定律：在层流条件下的剪切应力与剪切速度成正比 流动方程：D=S/ 特点：1.它的切变速度与剪切应力之间是通过原点的直线关系； 2.斜率为1/，所以温度一定时，其黏度是一个常数， 与D 无关，即黏度只是温度的函数(反比),非牛顿流体(nonNewtonian fluid):不符合牛顿流动定律的液体，如乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液、软膏以及固液的不稳定体系等 按非牛顿流体流动的曲线类型可分为塑性流动、假塑性流
4、动、胀性流动、触变流动,二、非牛顿流动,1.塑性流动（plastic flow） 1)曲线不经过原点； 2)在横轴剪切应力S轴上有一交点(S1)； 3)存在屈服值（S0，引起塑性液体流动的最低剪切应力） 当剪切应力小于屈服值时液体在剪切应力作用下不流动,而表现为弹性变形; 当剪切应力大于屈服值时液体开始流动，而发生塑性变形，此时D与S呈直线关系，为定值；,交点,SS0时，形成向上弯曲的曲线弹性形变，不流动 SS0时，剪切速度D和剪切应力呈直线关系流动,塑性液体的流动公式：D=(S-S0)/a a 塑性粘度,S,在制剂中表现为塑性流动的剂型有： 浓度较高的乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂 在其它材料中
5、表现： 油漆、牙膏、泥浆等,塑性流体的结构变化示意图,产生原因：体系中粒子受到范德华力或氢键作用在静置状态下形成立体网络结构，要使体系流动，就要破坏这些网状结构。,（二）假塑性流动（pseudoplastic flow） 假塑性流动的流动曲线随着S值的增大，粘度下降的流动现象称为假塑性流动，其流动公式如下所示： (n1) 式中a 表观粘度（apparent viscosity） 如甲基纤维素、西黄蓍胶、海藻酸钠等链状高分子的1%水溶液表现为假塑性流动，其原因是：随着S值的增大，这些高分子的长轴按流动方向有序排列，减少了对流动的阻力。,切稀！越切越稀！,没屈服值；过原点的凹形曲线,流动公式：D=
6、Sn/a,剪切力增大， 粘度下降， 液体变稀,0,假塑性流体的结构变化示意图,在制剂中表现为假塑性流动的剂型有：某些亲水性链状高分子溶液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。,产生原因：大分子或溶胶粒子本身结构是不对称的，静止时有各种可能的取向，剪切力增大时，不对称粒子逐渐将长轴转向流动方向排列，减小了对流动的阻碍，表观粘度随之降低。剪切力越大，粒子取向作用越完全，体系的表观粘度就越小,a =Sn/D,（三）胀性流动 胀性流动曲线经过原点， 且随着切变应力的增大其粘性也随之增大，表现为向上突起的曲线称为胀性流动曲线（dilatant flow curve）。,切稠！越切越粘！,没屈服值；过原点的凸
7、形曲线,=Sn/D 剪切力增大， 表观粘度增加， 液体变稠,D,S,0,胀性流体的结构变化示意图,产生原因：静止时粒子排列紧密，但不聚结，粒子间的液层有润滑作用，因而流动阻力小，表观粘度低。 切力的增加，许多粒子被搅在一起，液层原有的润滑作用相应减小，流动阻力增大，表观粘度随之上升。,a=Sn/D,在制剂中表现为胀性流动的剂型为： 含有大量固体微粒的高浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂、淀粉、滑石粉等 在其它材料中有： 涂料、颜料等,触变流动特点： 1)随着剪切应力变大，黏度下降，剪切应力消除后黏度在等温条件下缓慢地恢复到原来状态，此现象称为触变性； 2)曲线为环状滞后曲线（施加应力使流体产生
8、流动，流体的黏度下降，流动性增加，而停止流动时，并不因应力的减少而立即恢复原状，而是存在一定的时间差）。,四、触变流动,环形曲线,切力增加上行线,切力降低下行线,滞后面积： 上行线和下形线不重合,D,S,衡量触变性大小的定量指标滞后面积,D,S,产生触变的原因：对流体施加剪切力后，破坏了液体内部的网状结构，当剪切力减小时，液体又重新恢复原有结构，恢复过程所需时间较长，因而触变流动曲线中上行线和下行线就不重合,D,S,触变流动的特点：塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性 药剂中很多制剂具有触变性：如油制普鲁卡因注射液 液体或半固体制剂：糖浆、某些软膏等 其它材料：钻井泥浆、土壤,A-牛
9、顿流体 B-塑性流体 C-假塑性流体 D-胀性流体 E-触变性流体,直线,凹型曲线,环形曲线,凸型曲线,三、流变性的测定 对于液体制剂来说，最重要的流变学特性就是黏度。动力学黏度计算公式为：,黏度的测定方法：,一、毛细管黏度计测定,二、旋转式黏度计测定,1.毛细管黏度计测定法； 只适用于牛顿流体的测定 一般用奥斯瓦尔德黏度计或乌氏黏度计 2.旋转或转动测定法，对于胶体和高分子溶液的粘度，其变化主要依赖于剪切速度（多点法） 旋转式、圆锥平板、转筒粘度计,毛细管粘度计,样品/标准品=t样品样品/t标准品标准品,原理：在一定压力下，根据一定容积的流体依靠压力差或自身的质量，流过一定长度和半径的标准毛
10、细管所需的时间，计算出液体的粘度。,乌氏粘度计比奥氏粘度计多装了一个管，别且在管连接处多加了一个泡如此可使得测量管与大气相连，从而使测量管测量过程中压力保持不变。可减少由液 面变化引起的误差，提高测量精度。,乌氏粘度计,旋转式粘度计用于测定非牛顿流体的粘度,旋转式粘度仪，它由两个同心的表面构成，其中一个可旋转。两个表面多为同轴圆筒式或为锥板式。这两种粘度仪设计原理都是一样的，都是以牛顿粘性定律为理论依据。,同轴圆筒粘度计,锥板形粘度计,在同轴圆筒或同轴锥板两者之间均有一定的间隙，其间可注入待测的液体。当两个同轴部件之一（如外圆筒或锥体）以一定角速度（）旋转时，给液体施加一个剪切力，使液体产生分
11、层流动，由于液体内磨擦力，液体的分层流动把转动造成的力矩传递到内圆筒，这时内圆筒会随之偏转一定角度，液体粘度越大，则外筒转动传到内筒的力矩越大，因而内筒偏转的角度也越大。所以，在偏转角度与力矩之间以及力矩与液体的粘度之间都存在正比关系，根据两同轴部件的几何参数，可计算出待测液体的粘度,制剂流变性的评价方法 测定软膏、乳剂、雪花膏等半固体制剂的流变性质，主要用针入度计(penetrometer)，凝结拉力计(curd tensionmeter)和伸展计(spread meter)进行测定1。,如图13-19（a）所示针入度计，主要用于测定软膏等制剂的硬度。其主要原理为在软膏表面，测定圆锥体尖的针
12、头进入软膏体的距离，一般用0.01mm为一个单位来表示。合格的软膏制剂通常规定，其范围在200 240个单位。,第 流变学在药剂学中的应用,流变学理论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等剂型设计、处方组成以及制备、质量控制等研究具有重要意义,（一）流变学在混悬剂中的应用,混悬剂静止状态时的剪切应力忽略不计，但振摇后把制剂从容器中倒出时存在较大的剪切速度 混悬剂在贮藏过程中若剪切速度小，则显示较高的粘性；若剪切速度大，则显示较低的粘性 混悬剂在振摇、倒出及铺展时能自由流动是形成理想的混悬剂的最佳条件,乳剂在制备和使用过程中经常会受到各种剪切力的影响，大部分乳剂表现为非牛顿流动 在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主要由制剂的流动性决定。体现在乳剂铺展性、通过性、适应性等方面 掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要相体积比、粒度、粘度等,（二）流变学在乳剂中的应用,（三）流变学在半固体制剂中的应用,半固体制剂的处方组成发生变化时可改变其流变性质 外界因素（如温度等）也对半固体制剂的流变性质有影响 具有适宜的粘度是半固体制剂的处方设计和制备工艺过程优化的关键,
