fg6药剂学流变学基础

弹性变形（elastic deformation） 变形 塑性变形（plastic deformation）
应
力：引起变形的作用力F除以作用面积A
内应力：单位面积上存在的与外力相对抗
的内力 粘 弹 性 物 质
弹
性：除去外部应力时恢复原状的性质
粘
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
浓度较高的乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂 S
在其它材料中表现： 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)
D
流动公式：D=Sn/a
第十四章
流变学基础
药物制剂的基本理论：
一、药物溶液的形成理论
二、表面活性剂 三、药物微粒分散系的基础理论 四、药物制剂的稳定性 五、粉体学基础 六、流变学基础
七、药物制剂的设计
《中国新药杂志》
2004年第13卷
第 2期
1.
流变学原理在药剂学中某些剂型的处方
设计、质量评价以及原辅料质量标准中经常 会运用。
（二）剪切应力和剪切速度
表征体系流变性质的两个基本参数: 剪切速度：速度梯度，单位s-1,以D表示 剪切应力：使各液层间产生相对运动的外力叫 剪切力，在单位面积A上所需施加
的力称为剪切应力，简称剪切力，
单位N.m-2,以S表示
A
c d
F
△y
v+ △v
v
y
a
b
B
D= dv/dy
第二节
流变性质
一切流体的流变性都可以用切变速度D与
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
直线
凹型曲线
凸型曲线 环形曲线
四、粘弹性(viscoelasticity)
粘弹性——高分子物质或分散体系具有粘性和弹性
双重特性
应力缓和(stress relaxation)——物质被施加一
定的压力而变形，并使其保持一定应力时，应力随
2.
评价半固体及液体的粘度的方法不断改
进，一些制剂的流变参数与生物利用度及药 效之间的相关性也已建立，流变学的原理的 应用在日益扩大。
主 要 内 容
第一节 概述
第二节 第三节 第四节
流变性质 蠕变性质的测定方法 流变学在药剂学中的应用
第一节
一、流变学的基本概念
（一）流变学的产生和发展
概
述
流变学rheology，由美国化学工程师Bengham 1929
时间而减少的现象 蠕变性(creep)——对物质附加一定的重量时，表 现为一定的伸展性或形变，而且随时间变化的现象
粘弹性的模型表示方法：
（一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型
（二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型
第三节
蠕变性质的测定方法
三个主要测定途径： ① 测定使待测样品产生微小应变 r(t) 时所需
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
(一)塑性流动(plastic flow)
屈服值： 交点 引起塑性液 体流动的最 低切变应力
S0（致流值）
S＜S0时，形成向上弯曲的曲线——弹性形变，不流动 S＞S0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)/pl pl ——塑性粘度 在制剂中表现为塑性流动的剂型有：
（二）流变学在乳剂中的应用
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
相体积比：
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
三、触变流动(thixotropic flow)
D
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
S
环形曲线
触变性——随着剪切应力↑，粘度↓，剪切应 力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复到原来 状态的现象 衡量触变性大小的定量指标——滞后面积
b.由剪切引 起的分散系 粒子的粉碎 c.容器中的 液体的流出 和流入
操作效率的提高
与液体能够混合的 固体量
d.通过管道输送 从基质中药物的释放 液体的制剂过程 e.分散体系的物理 稳定性
—— 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
单位Pa· s(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：
①一般为低分子的纯液体或稀溶液 ②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
二、非牛顿流动
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、假塑性流动、胀性流动、触变流动
旋转式、圆锥平板、转筒粘度计
粘度计介绍：
一、落球粘度计 缺点： η=t(ρb-ρ1)B 需要大量 的澄明液 体
原理：在有一定温度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圆球自由落下，通过测定球 落下时的速度，可以得到试验液的粘度
二、旋转粘度计
原理：筒内装入试验液，然后用特制的旋转子进 行旋转，考察产生的弯曲现象，利用作用力求得 产生的应力
φ<0.05，牛顿流动 φ ——流动性下降，假塑性流动——塑性流动 ，粒径 φ接近0.74——相转移，粘度 粒径： 粒径较大时，在同样的平均粒径条件下，粒 度分布范围广的系统粘度低 连续相粘度： 切变速度 ——粘度 （液滴间距离增大）
乳化剂类型、浓度
（三）流变学在半固体制剂中的应用
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
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Байду номын сангаас定律
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
流变学在药学中应用
液体 a.混合 半固体 皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 固 体 制备工艺 装量的生产能力 压片或填充胶囊时 粉体的流动 粉末状或颗粒状 固体充填性
a——表观粘度 剪切力增大， 粘度下降，
0 S
液体变稀
没屈服值；过原点的凹形曲线
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。
假塑性流体的结构变化示意图
a =Sn/D 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
(三)胀性流动(dilatant flow)
D
a=Sn/D
剪切力增大，
表观粘度增加，
液体变稠
0
S
没屈服值；过原点的凸形曲线
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
的应力S(t)
② 测定对待测样品施加应力 S(t) 时所产生的
应变程度r(t)
③ 施加一定剪切速度时，测定其应力S(t)
具体测定方法：
1.不随时间变化的静止测定法，即r0一定时，施
加应力S0（一点法）
只适用于牛顿流体的测定
一般用毛细管或落球粘度计
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）
三、圆锥平板粘度计
优点： 锥角很小（<3度），仅 需0.5-1ml少量样品
第四节
流变学在药剂学中的应用（P344） 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
年首先提出的概念。它是力学、化学、工程学的交叉和综
合而产生的边缘学科 实验是研究流变学的主要方法之一 新分支:如高分子材料流变学、断裂流变力学、土
流变学、岩石流变学、血液流变学以及应用流变学等等
（二）流变学研究内容
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