药剂学流变学基础
7第七章：流变学基础-2013
假塑性流体的结构变化示意图
16
二、非牛顿流动
（三）胀性流体（dilatant fluid）
1)曲线通过原点； 2)随S增大，ηa增大。有剪切稠化现象，所 以剪切应力大流动性差； 3)其流动公式为D=S/ηa（ηa=kDn-1）n＞1; 4)原因· ·
17
胀性流体的结构变化示意图
18
二、非牛顿流动
S=kDn
k—黏性常数； 0＜n＜1，假塑（黏）性流体； n—流动指数 n = 1，牛顿流体； n＞1，胀性流体。
η=S/D（η—黏度） ηa=kDn-1 （ηa—表观黏度） S=ηaD
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第七章:流变学基础
一、牛顿流体
牛顿黏性定律：在层流条件下，剪切速率与剪切应力成正比 公式：S=kD（n=1）；η=S/D η=k
质触变性影响完全不同。
原因：随温度↑，凡士 而液体石蜡聚乙烯复合型
林的蜡状骨架发生熔融解， 软膏基质，在温度发生变
化的条件下能够维持树脂 状结构。
38
dyne· cm sec·
聚乙烯复 合物
＊
）
1
温度（℃）
38
27
27
5％混悬型水溶液的流变学流动曲线
28
28
图中A、B两点为静止 状态和振摇状态下混悬微 粒所受到的切变应力。 牛顿流体1：A、B两点虽 切变应力不同，但流体对 应的η相同，因此用提高η 的方法阻止粒子下沉将导 致倾倒困难；
29
29
假塑性流体2：ηA ＞ηB，
故静止状态微粒所受S
小，体系η大，粒子沉
13
塑性流体的结构变化示意图
14
二、非牛顿流动
（二）假塑性流体（pseudo-plastic fluid）
药剂学流变学基础课件
（二）剪切应力和剪切速度 剪切应力与剪切速度是表征体系流变性 质的两个基本参数。 流体的层流速度不同，形成速度梯度， 或称剪切速度。速度梯度的产生是由于 流动阻力的存在，流动较慢的液层阻滞 流动较快液层的运动。 使各液层间产生相对运动的外力叫剪切 力，在单位液层面积（A）上所需施加的 这种力称为剪切应力，简称剪切力。
胀性流体的结构变化示意图
(四)触变流动(thixotropic flow)
随着剪切应力增大，粘度下降，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 称为触变性。 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。 触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。 塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触 变性。
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。
（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。
塑性流体的结构变化示意图
(二)假塑性流动(pseudoplastic flow)
假塑性流动：没屈服值；过原点；剪切 速度增大，形成向下弯的上升曲线，粘 度下降，液体变稀。 假塑性液体的流动公式：D=Sn/a 或 log D=log 1/a +nlog S D为剪切速度；S为 剪切应力；a 为表观粘度(随切变速度的 不同而不同）；n>1， a 随S增加而增加。 在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某 些亲水性高分子溶液及微粒分散体系处 于絮凝状态的液体。
14流变学基础
(三)胀性流体
切变稠化现象：曲线经过原点，且随
体填充 非凝聚性粒子处于密集型状态，其空隙被液
D
着剪切应力的增大其
剪切应力较低时(缓慢搅拌)，粒子排列不紊
粘性也随之增大
乱，表现为较好的流动性。 剪切应力较大(快速搅拌)，由于其粒子形成 疏松的填充状态，粒子空隙不能很好地吸 收水分而形成块状集合体，增大粒子间的
四、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penetrometer，curd tensionmeter 和spread meter进行测定。
液体
混合
半固体
固体
制备工艺 装量的生产 能力
皮肤铺展性和 压片或填充时 黏附性 粉体的流动
由剪切引起的 从瓶或管状容 粉末状或颗粒 操作效率的 二、流变学在药剂学中的应用 分散系粒子的 器中挤出制剂 状固体的充填 提高 粉碎 性 容器中液体的 流出和流入 通过管道输送 液体制剂 分散体系的物 理稳定性 与液体能够混 合的固体量 基质中药物的 释放
其保持一定应力时，应力随时间而减少的现象。
（三）双重粘弹性模型：
蠕变性：对物质附加一定重量时，表现为一定的
伸展性或形变，而且随时间变化的现象。
第三节 蠕变性质的测定方法
具体测定方法： 三个主要测定途径：
不随时间变化的静止测定法，即 r0一定时，施加应 ①测定使待测样品产生微小应变 r(t)时所需的应力 S(t)； 力 S 0； 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) ； 转动测定法，对于胶体和高分子溶液的粘度，其变 ③施加一定剪切速度时，测定其应力S(t)。 S 化主要依赖于剪切速度。
• 混悬剂：静止时不沉降，振摇时易倾倒， 因此选择塑性流动的助悬剂和分散媒。常 见有羧甲基纤维素钠、西黄蓍胶、海藻酸 钠。皂土、胶性硅酸镁铝混合物具有塑性 流动和触变特性，用于外用混悬剂。
药剂学第七章 流变学基础
二、落球粘度计法 落球粘度计的 原理是：在含有受 试液的垂直玻璃管 内（在一定温度下 ），使玻璃球或钢 球自由落下，由球 的落下速度和球的 质量即可求得受试 液的粘度（见右图 ）。
Hoeppler落球粘度计
测定方法是将试验液和圆球装入到玻璃管 内，外围的恒温槽内注入循环水保持一定 的温度，使球位于玻璃管上端，然后准确 地测定球经过上下两个标记线的时间，反 复测数次，利用下式计算得到牛顿液体的 粘度。
圆锥—平板粘度计
切变速度用每分钟圆锥旋转的转速来表示， 切变应力通过刻度读取，然后用切变应力与切变 速度作图，以下面的公式即可以计算得到试验液 的粘度。 T η= C
V
式中，C——常数；T——转矩；V——每分钟的 旋转数，即圆锥的旋转速度 如果试验液为塑性流动的流体，则其塑性粘 度用下式可以表示： T Tf U C V
D
S S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降 伏值，单位为dyne· ㎝-2。
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。 在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较 高的乳剂和混悬剂。
（b）型：
2 2R1 L 2
K1 2R / 3 K2
3
（c）型： K1 R
K2
/2 h/ R
3
圆锥——平板粘度计法 Ferranti-Shirley粘度计为圆锥—平板粘度计的 一种类型。Ferranti-Shirley圆锥—平板粘度计的 装置如下图所示。测定方法为将试验液放在平板 的中央，然后把平板推至上面的圆锥下部，使试 验液在静止的平板和旋转的圆锥之间产生切变。
药剂学11.流变学
第十一章 流变学基础
1
主要内容
一．概述 二．流体的基本性质 三．流变性测定法 四．流变学在药剂学中的应用
2
第一节 概述
一、基本概念 • 流变学 (Rheology)系指研究物质变形和流动
的科学。
物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性 称为流变性。
物体中质点 相对运动的 表现和结果
流变学是把液体和固体的性质结合为整体进行研究
3、流动
不可逆过程
液体受应力作用发生变形，即表现为流动。
4
4.黏性（viscosity）
流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。
5.塑性(plasticity)
施加较大外力时才发生变形，解除外力后不能复原。
6.屈服值(yield value)
引起变形或流动的最小应力
5
7、剪切应力与剪切速度
• 特点：切变应力增大其 粘度也随之增大（切变 稠化）
• 胀性流动的剂型：
含有大量固体微粒的高浓 度混悬剂如50%淀粉混悬 剂、糊剂等。
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高浓度细小微粒
打破紧密排列,体积膨胀
分散剂
分散剂
湿状态
干状态
胀性流体的结构变化示意图
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三、触变性
触变性：随着切变应力增大时， 粘度下降，切变应力消除后粘度 在等温条件下缓慢地恢复原来状 态的现象。
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， 可以得到试验液的黏度。
采用标准液比对的方法
(0 )t s (0 s )ts
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3、旋转式黏度计
原理：筒内装入试验液，然后用特制的旋转子进行
旋转时，考察产生的弯曲现象，利用作用力求得 产生的应力。
药剂学流变学基础复习指南
第七章流变学基础学习要点一、概述(一)流变学1、定义:流变学(rheology)就是研究物质变形与流动的科学。
变形就是固体的固有性质,流动就是液体的固有性质。
2、研究对象:(1) 具有固体与液体两方面性质的物质。
(2) 乳剂、混悬剂、软膏、硬膏、粉体等。
(二)变形与流动1、变形就是指对某一物体施加外力时,其内部各部分的形状与体积发生变化的过程。
2、应力就是指对固体施加外力,则固体内部存在一种与外力相对抗而使固体保持原状的单位面积上的力。
3、流动:对液体施加外力,液体发生变形,即流动。
(三)弹性与黏性1、弹性就是指物体在外力的作用下发生变形,当解除外力后恢复原来状态的性质。
可逆性变形----弹性变形。
不可逆变形----塑性变形2、黏性就是流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。
3、剪切应力(S):单位液层面积上所施加的使各液层发生相对运动的外力,FSA=。
4、剪切速度(D):液体流动时各层之间形成的速度梯度,dvDdx=。
5、黏度:η,面积为1cm2时两液层间的内摩擦力,单位Pa·s,SDη=。
(四)黏弹性1、黏弹性就是指物体具有黏性与弹性的双重特征,具有这样性质的物体称为黏弹体。
2、 应力松弛就是指试样瞬时变形后,在不变形的情况下,试样内部的应力随时间而减小的过程,即,外形不变,内应力发生变化。
3、 蠕变就是指把一定大小的应力施加于黏弹体时,物体的形变随时间而逐渐增加的现象,即,应力不变,外形发生变化。
二、流体的基本性质图7-1 各种类型的液体流动曲线 (一)牛顿流体: 1、 特征 (1) 剪切速度与剪切应力成正比,S=F/A=ηD 或1S D η=。
(2) 黏度η:在一定温度下为常数,不随剪切速度的变化而变化。
2、 应用纯液体、低分子溶液或高分子稀溶液。
(二)非牛顿流体 1、 特征:(1) 剪切应力与剪切速度的关系不符合牛顿定律。
(2) 黏度不就是一个常数,随剪切速率的变化而变化。
14流变学
第二节流变性质 二、非牛顿流动
3.胀性流动 图14-7e。曲线与假塑性相似，弯曲 方向相反。当切变速度很低时，液体流动速度较大； 当切变速度逐渐增加时，流动速度减少。含大量固 体微粒的高浓度混悬液属这种流动性质。
三、触变流动
图14-7 f。随剪切应力增大，黏度下降，剪切应 力消除后黏度在等温条件下缓慢恢复原来状态的现 象称触变性。浓混悬剂、乳剂及某些亲水性高分子 溶液，在静止时形成凝胶，当振摇搅拌时，变为可 流动的状态，静止后又恢复凝胶状态。这种等温的 可逆转换就是触变流动的特点。非牛顿流体多具触 变性。
第十四章 流变学（Rheology）基础 第二节流变性质
四、粘弹性
高分子物质或分散体系具黏性和弹性双重特 性称为黏弹性。固体被施加外力而变形，并使其 保持一定应力时，应力随时间而减少，称此现象 为应力缓和。
对物体施加一定重量时，表现为一定的伸展 性或形变，而随时间变化，此现象称蠕变性。
粘弹性可用弹性模型的弹簧和粘性模型的缓 冲器加以组合的各种模型表示。 第三节 蠕变性质测定方法（自学）
软膏基质的粘性（涂展性和黏附性） P346表14-1流变学在药学中的应用领域
第二节流变性质
第十四章 流变学（Rheology）基础
一、牛顿流动
牛顿黏度定律：剪切应力S与剪切速度D成正比， 为过原点直线。 S=F/A=ηD 或D=S/ η F：A面积上施加的力；η为粘度系数，简称粘度。
温度一定η是常Biblioteka 。η随温度升高而减少。二、流变学在药剂学中的应用 1.在混悬剂中应用
剪切速度小，流动慢，粘性高；反之粘性低。 振摇倾倒与粘性有关。具触变性的助悬剂理想 2.在乳剂中应用（流动性）
分散相体积比较低时表现为牛顿流体。体积比升 高粘性增加变为假塑性流动，较高时变为塑性流动， 达0.74时产生相转移黏度显著增加。 3.在半固体制剂中应用
药剂学 第十四章 流变学基础
（二）剪切应力与剪切速度
力
粘度(viscosity):它表示物质 在流动时内摩擦力的大小
为使液层能维持一定的速度流动,必须施加一个 与阻力相等的反方向力,在单位液层面积上所施
加的这种力称为剪切应力S(shearing force):
简称切力.单位为N.m-2 Shear stress is the stress component parallel to a given surface, such as a fault plane, that results from forces applied parallel to the surface or from remote forces transmitted through the surrounding rock.
运动粘度:即液体的动力粘度与同温度下该流体密度ρ之 比。用小写字母v表示。
旋转粘度计的类型很多，包括 同轴双筒旋转粘度计、单筒旋 转粘度计、锥板粘度计、转子 型旋转粘度计，可以根据实际 需要来选择不同类型的粘度计。
圆锥平板粘度计
針入度
在指定温度和外力下滑
脂被插入的深度叫“针 入 度”。
“针入度”越大则表明
力轴相交一点fB
使塑性体开始流动所需加的临界切应力即为屈服值 （yield value)
(二) 假塑性流体(pseudo plastic flow)
体系没有屈服值,流变曲线经过原点, 黏度随切 速增加而减少.显示这种流动性质的流体即为假 塑性流体. 从流动曲线某一特定点切线斜率的倒数求得的
黏度称为表观黏度(happ).表观黏度一定要标明
（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。
沈阳药科大学 药剂学课件 流变学基础
（c）型：
K1 R / 2 K2 h / R
3
三.圆锥——平板粘度计法
Ferranti-Shirley粘度计为圆锥—平板粘度计的一 种类型 Ferranti-Shirley圆锥—平板粘度计的装置如下图 所示 测定方法为将试验液放在平板的中央，然后把平 板推至上面的圆锥下部，使试验液在静止的平板 和旋转的圆锥之间产生切变
将不发生流动应力S增大到屈伏值时，液体将 塑性流体的流动公式可以用下式（13-2）表示：
开始流动，切变速度D和切变应力S呈直线关系(此时 以后,粘度η保持不变)。液体的这种性质称为塑性
D
S S
（13-2）
式中：η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0—屈伏值或致流值。
如果试验液为塑性流动的流体，则其塑性粘度用 下式表示： T Tf U C V
Tf—剪切应力轴上的转矩；Cf—装置固有的常数
圆锥-平板粘度计与圆筒粘度计比较有以下几 个优点： 第一，对受切变的整个试验液，其切变速度是相 同的（保持定值），因此在测定过程中不产生栓塞
第二，对所测定的试验液的装样和取样非常容易
第三，在整个测定过程中能够始终保持恒定的温 度，而且适用于微量试验液的测定并具有良好的重 现性
四.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
(一）流变学在混悬剂中的应用
在混悬液中，流变学原理可用于讨论： 粘性对粒子沉降的影响 混悬液经振荡从容器中倒出时的流动性的变化 混悬液应用于投药部位时的伸（铺）展性
14-药剂学-流变学基础
第二节 流变性质
一、牛顿流动 纯流体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应 力S与剪切速度D成正比，遵循该法则的液体为 牛顿流体（Newtonian fluid)。 1/ η S=F/A=ηD D=S/η 粘度与剪切速度无关， 只要温度一定，粘度就一定
D
S
粘度的单位
η= S/D Pa.s ，mPa.s 达因.厘米－2.秒（泊,p） 1泊＝0.1 Pa.s 药学中常用厘泊（cp) 1cp=10-2泊＝10-3pa.s
一、牛顿流体的粘度与测定 1、毛细管粘度计
η1 = η2 ρ2 t2 ρ1t1
奥氏粘度计 平氏粘度计 乌氏粘度计
待测液体 t
毛细管
奥氏粘度计
平氏粘度计
t
落球粘度计
η＝t(ρb-ρl).B
非牛顿流体流动性质测定
对于非牛顿流体，一般不采取测定某一切变速度 下的粘度，因为非牛顿流体的粘度不是常数，而 随切变速度变化而变化。（见图） 非牛顿流体的流动性质应采用可改变切变速度的 粘度计进行测定。 如旋转式粘度计，借助于流体中旋转物体的粘性 阻力来测定粘度。 优点：切变速度可调范围广，可自动调节至程序 切变速度。
如分散相体积比相对较低时（0.05以下）时，其 系统表现为牛顿流动；随着相体积比增加，系统 的流动性下降，表现为假塑性流动；而体积比较 高时，转变为塑性流动。体积比接近0.74时产生 相转移，粘度显著增加。 减小粒子的平均粒径能增加乳剂的粘度。 在粒子平均粒径相同的情况下，粒度分布宽的系 统，粘度较小，粒度分布窄的系统粘度较高。 乳化剂浓度越高，制剂的粘度越大 剪切速度增大时，粘度减少。原因是液滴间距离 增大所致。
S0 S
假塑性流动
随着S值的增大而粘度下降的流动称为假塑性流 动。 D=Sn/ ηa ηa 表观粘度，随剪切速度的改变而改变 n越大，非牛顿性越大， n=1为牛顿流体 甲基纤维素、西黄耆胶等 链状高分子的1％水溶液 表现为假塑性流动
药剂学第七章流变学基础课件
胀性流体的结构变化示意图
第20页，共52页。
三、触变性
➢ 当对普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂进行搅拌时，由于其 粘度下降，故流体易于流动。但是，放置一段时间以后，又恢复原 来的粘性。象这种随着切变应力的下降，其粘度下降的物质，即在 等温条件下缓慢地恢复到原来状态的现象称为触变性（
S F D 或 D 1 S 式中，η——粘度或粘A度系数，是表示流体粘性的物理常数。单
位为泊，1P= 0.1N·S ·m-2，SI单位中粘度用Pa·S或 Kg/(m·s)表 示。粘度系数除以密度ρ得的值ν（ν =η/ρ）为动力粘度（SI单位
为㎡/S）。
第9页，共52页。
下表中表示制剂研究中常用的各种液体在20℃条件下的粘 度。
第37页，共52页。
四.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（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 定圆锥体尖的针头进入 软膏体的距离，一般用
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、锥板、转筒粘度计
第28页，共52页。
（一）毛细管粘度计
η1=η2ρ1t1/ρ2t2
D
原理：在一定压力下，根据一定容积的流体依靠压力差或 者自身的质量，流过一定长度和半径的标准毛细管所需的 时间，计算出液体的粘度。
第10页，共52页。
根据公式得知牛顿液体的切变速度D与切变应力S之间 如下图所示，呈直线关系且直线经过原点。
《药剂》课件第十四章-流变学基础
1
第一节 概述
一、流变学的基本概念 （一）流变学研究内容 ?流变学——Rheology来源于希腊的 Rheos=Sream （流动）词语，由 Bingham和Crawford为了表示 液 体的流动 和固体的变形 现象而提出来的概念。 ?流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。
?影响乳剂黏度的还有一个主要因素为乳化剂。
?膜的物理学特性和电学性质也是影响乳剂黏性的重要因素之 一。
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（三）流变学在半固体制剂中 的应用 在制备软膏剂和化妆品用雪花 膏时，必须控制好非牛顿流体 材料的浓度（稠度）。图表示 的是乳剂性基质，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。当亲水性凡 士林中加入水，屈服点（下降 曲线延伸与横轴相交的点）由 520g下降到 320g，同时，亲 水凡士林的塑性黏度（下降曲 线斜率的倒数）和触变性随着 水的加入而增大。
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? 温度对软膏基质稠度 的影响，可以利用经过 改进的旋转黏度计进行 测定，并对其现象加以 解释。 ? 从图中可以看出，温 度对两种基质的影响是 一样的，而且，屈服点 的温度变化曲线也表现 为同样的性质。
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第二节 流变性质
一．牛顿流动
液体流动时在液体内形成速度梯度，故产生流动阻力。反
映此阻力大小的切变应力 S和切变速度D有关。实验证明，纯液
非可逆性变形称为 塑形变形 。
3
?流动主要表示 液体和气体的性质。 ?流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种 现象称为黏性（Viscosity ）。流动也视为一种非可 逆性变形过程。 ?实际上，某一种物质对外力表现为弹性和黏性双 重特性（ 黏弹性 ）。
4
(二）剪切应力与剪切速率 ?在流速不太快时可以将流动着的液体视为互相平行移动 的液层如图，由于各层的速度不同，便形成速度梯度 du/dy（剪切速度），这是流动的基本特征。
药剂学-流变学基础复习指南
第七章流变学基础学习要点一、概述（一）流变学1. 定义：流变学（rheology）是研究物质变形和流动的科学。
变形是固体的固有性质，流动是液体的固有性质。
2.研究对象：(1) 具有固体和液体两方面性质的物质。
(2) 乳剂、混悬剂、软膏、硬膏、粉体等。
（二）变形与流动1. 变形是指对某一物体施加外力时，其内部各部分的形状和体积发生变化的过程。
2. 应力是指对固体施加外力，则固体内部存在一种与外力相对抗而使固体保持原状的单位面积上的力。
3. 流动：对液体施加外力，液体发生变形，即流动。
（三）弹性与黏性1. 弹性是指物体在外力的作用下发生变形，当解除外力后恢复原来状态的性质。
可逆性变形----弹性变形。
不可逆变形----塑性变形2. 黏性是流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。
3. 剪切应力（S）：单位液层面积上所施加的使各液层发生相对运动的外力，FS。
A4. 剪切速度（D）：液体流动时各层之间形成的速度梯度，dv=。
Ddx5. 黏度：η，面积为1cm2时两液层间的内摩擦力，单位Pa·s，Sη=。
D （四）黏弹性1. 黏弹性是指物体具有黏性和弹性的双重特征，具有这样性质的物体称为黏弹体。
2. 应力松弛是指试样瞬时变形后，在不变形的情况下，试样内部的应力随时间而减小的过程，即，外形不变，内应力发生变化。
3. 蠕变是指把一定大小的应力施加于黏弹体时，物体的形变随时间而逐渐增加的现象，即，应力不变，外形发生变化。
二、流体的基本性质A：牛顿流动B：塑性流动C：假黏性流体D：胀性流动图7-1 各种类型的液体流动曲线（一）牛顿流体：1. 特征(1) 剪切速度与剪切应力成正比，S=F/A=ηD或1S=。
Dη(2) 黏度η：在一定温度下为常数，不随剪切速度的变化而变化。
2. 应用纯液体、低分子溶液或高分子稀溶液。
（二）非牛顿流体1. 特征：(1) 剪切应力与剪切速度的关系不符合牛顿定律。
(2) 黏度不是一个常数，随剪切速率的变化而变化。
药剂学第六章流变学基础
药剂学第六章流变学基础第六章流变学基础第一节概述一、变形与流动1、变形：是指对某一物体施加压力时，其内部各部分的形状与体积发生变化的过程2、应力（stress）：对固体施加外力，固体内部产生与之对抗的内力使固体保持原状，此时单位面积上存在的力3、弹性（elasticity）：物体在外力作用下发生变形，接触外力后恢复到原来状态的性质4、黏性（viscosity）:流体在外力作用下质点间相对运动产生的阻力二、剪切应力和剪切速率三、黏弹性（viscoelasticity）：是指物体具有黏性与弹性的双重特性第二节流体的基本性质一、牛顿流体1、关系：流体内部的剪切应力与垂直于流体运动方向的速度梯度成正比2、流动活化能：是指液体开始流动所需施加的能量二、非牛顿流体（一）塑性流体1、塑性流体：当剪切应力较小时，物体不流动，只发生弹性变形，当剪切应力超过某一限度时，物体发生永久变形，表现出可塑性，呈现塑性流动2、产生塑性流动的原因：静止时粒子成网状结构，当应力超过屈服值时导致网状被破坏，开始流动（二）假塑性流体：只要施加上小的切应力就发生流动，没有屈服值（三）胀性流体1、切变稠化：物体对流动的阻力随剪切应力增大而增大，及搅拌时表观黏度增大，搅拌越快越显稠2、切变稠化原因：搅动时破坏了致密排列的粒子，粒子间没有水的滑动作用，黏性阻力骤然增大，失去了流动性3、满足条件：粒子必须是分散的，分散相浓度较高且在一个狭小的范围内（四）触变性1、触变性（thixotropy）：体系在搅拌时为流体，停止搅拌后逐渐变稠甚至凝胶，而不是立即恢复到搅拌前的状态，期间有一个时间过程，而且这一过程是反复可逆进行2、机制：随剪切应力增加，粒子间形成的结构受到破坏，黏性减小；撤掉剪切应力时，粒子依靠布朗运动到一定几何位置，恢复到原来的结构，这一过程需要时间，因而表现出度时间的依赖性第三节流变性的测定方法一、黏度的测定（一）黏度的表示方法：绝度黏度、动力黏度、增比黏度、比浓黏度、特性黏度（二）影响黏度的因素：温度、压力、分散相、分散介质（三）黏度测量仪器1、毛细管黏度计：依据液体在毛细管中的流出速度测量液体黏度2、旋转式黏度计：根据旋转过程中作用于液体液体介质的剪切应力大小进行测定3、落球式黏度计：不适合触变性流体二、稠度的测定1、插度计：在一定温度下，将插度计中150g金属椎体的锥尖放在供试品表面，以插入深度评定供试品稠度2、平行板黏度计：主要用来测定软膏的涂展性，将样品夹在平行板之间，施加一定压力，样品横向扩散，依据扩散度评价其涂展性第四节流变学在药剂学中的应用一、药物制剂的流变性质（一）稳定性（二）可挤出性（三）涂展性（四）通针性（五）滞留性（六）控释性二、药物制剂的流变性质对不同制剂制备方法的影响三、药物制剂的流变性质对生产工艺的影响（一）工艺过程放大（二）混合作用四、心理流变学1、根据软膏剂流变学性质分类（1）产品较柔软，主要用于眼部（2）中等稠度的一般性药用软膏（3）用于渗出性糜烂性皮炎保护性产品。
流变学基础
第三节流变性测定法
黏性是液体最主要的流变性性质 测定方法有两种： 一：静止测定法：只适合牛顿流体；可用具有一定D或不同D
的粘度计测定，如毛细管式、落球式、旋转粘度计。
二：转动测定法，对高分子溶液的粘度的化依赖于D。须用 可测得不同D的粘度计。如旋转式粘度计。
（1）毛细管粘度计—牛顿流体
不能调节剪切速度，仅能测定牛顿流体。 对高聚物的稀溶液、低粘度的液体的测定很方便。 平氏粘度计测定运动或动力粘度、乌氏粘度计测定特性粘 度（参考药典）
滑移而变形的单位面积上的力(N/m2)。
S F A
剪切应力与剪切速度
由于液层各层的速度不同，便形成速 度梯度dv/dx，或称剪切速度（切变 速度，D）。
S dv D
dx
D S
第二节 流体的基本性质
Hale Waihona Puke 牛顿流动基本特征 剪切应力S与剪切速度D成
正比
非牛顿流体
剪切应力S与剪切速度D 不成正比
粘度特征 粘度与剪切速度无关，只 粘度随着剪切速率的变
药剂学中的流变学性质：弹性、黏性、硬度、粘弹性、屈服 值、触变性等。其在混悬剂、乳剂、软膏剂、凝胶剂、巴 布剂等剂型中得到广泛的应用。
流变学的基本概念
内应力 ： 变形：变形是固体的固有性质。 弹性变形、塑性变形： 黏性 塑性： 屈服值： 粘弹性
剪切应力与剪切速度
剪切应力（S，剪切力）：引起材料沿平行于作用力的平面产生
三、触变性
随着S增大，粘度下降，S消除后粘度在等温条件下缓慢 地恢复到原来状态的现象称为触变性（一触即变）。
触变性是流体结构可逆转变的现象，凝胶-溶胶-凝胶，可 有pH、温度等诱发。
影响触变性的因素
pH、温度、浓度、聚合物联用、离子、其他辅料
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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。
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5
主要内容
第一节 概述
第二节 流变性质
第三节 蠕变性质的测定方法
第四节 流变学在药剂学中的应用
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6
第一节 概 述
一、流变学的基本概念
（一）流变学的产生和发展 流变学rheology，由美国化学工程师Bengham
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
12
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
直线
凹型曲线 凸型曲线 环形曲线
a
30
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，应力随时 间而减少的现象
a
18
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。
a
19
(二)假塑性流动(pseudoplastic flow)
D
流动公式：D=Sn/a
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
1929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
a
7
（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
a
22
(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
a
23
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
滞后面积： S 上行线和下形线不重合
a
26
❖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D
a
27
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
a
13
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 单位Pa·s(SI单位)
a
14
❖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
第十四章 流变学基础
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1
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
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2
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3
《中国新药杂志》 2004年第13卷 第2期
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4
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。
只是温度的函数，随温度升高而减小
a
15
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
a
16
(一)塑性流动(plastic flow)
质
a
9
（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
10
A
c
d
F
v+ △v
△y
v
y
a
b
B
D= dv/dy
a
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第二节 流变性质
交点
屈服值： 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
a
17
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： 浓度较高的乳剂、混悬剂、单糖浆、涂S 剂 在其它材料中表现： 油漆、牙膏、泥浆等
润滑作用相应减小，流动阻力增大，表观粘度随
之上升。
a
a=Sn/D 24
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
a
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三、触变流动(thixotropic flow)
D
切力增加——上行线
切力降低——下行线
环形曲线
a
20
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
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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
长，因而触变流动曲线中上行线和下行线就不
重合
D
a
S
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❖ 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
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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
弹性变形（elastic deformation） 变形
塑性变形（plastic deformation）
a
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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：除去外部应力时恢复原状的性质 弹
性 粘 性：是液体内部所存在的阻碍液体流 物
动的摩擦力，也称内摩擦力