14-药剂学-流变学基础
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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。
D
S
触变流动
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的恢复到原来状态的现象 称为触变性。
四、粘弹性
高分子物质或分散体系，具有粘性和弹性的双重 特性，这种性质称为粘弹性。 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，这种现象称为应力 缓和（stress relaxation)。 对物质施加一定重量时，表现为一定的伸展性或 形变，而且随时间变化，这种现象称为蠕变性 （creep)
旋转粘度计
W
η＝kv
V
圆锥平板粘度计
η=C.T/ V η=C.(T-Tf)/ V
流变学在混悬剂的应用 混悬液在静止时和经过振摇后流变性质会发生改 变。 混悬剂在贮存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 理性混悬剂的最佳条件
第十四章
流变学基础
第一节 概 述
一、基本概念 流变学（Rheology)是研究物体变形和流动的科学。 变形：固体塑性和弹性变形有关的性质表现 物体 流动：液体和气体粘性有关的性质表现 物体在外力的作用下表现出来的变形性和流动性称为流变性。 流变学则把固体和液体的性质结合为整体作为对象进行研究。
在药剂学中某些剂型的处方设计、质量评价以及 原辅料的质量标准常会应用到流变学原理。 例如中国药典 硫酸钡干混悬剂、 羟丙甲纤维素、 液体石蜡 大分子右旋糖酐等 都规定有粘度检查的项目。
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。
具有触变性的物质亦是值得考虑的助悬剂
流变学在乳剂中的应用
除了很稀的乳剂（低于5％)以外，几乎所有的 乳剂均表现为非牛顿流体性质。 流乳剂通常是假塑性，接近半固体的乳剂呈塑 性，并有明显的屈服值。 半固体霜剂通常具有粘弹性。
粘度计
流变学在乳剂中的应用
粘度是考察乳剂质量的一项重要指标，影响乳剂 粘度的因素很多 1）分散相体积比， 2）连续相的粘度， 3）乳化剂的性质和用量， 4）分散相粒子大小与分布。
（泊）
第二节 流变性质
二、非牛顿流动 大多数液体不符合牛顿定律，流体的粘度随着切 变速度的变化而变化，称为非牛顿流体 如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬液、软 膏、固－液的不均匀体系。 根据流动曲线的类型，非牛顿流体分为塑性流 动、假塑性流动和胀性流动三种。
塑性流动
有些液体在低剪切应力下不流动，表现为弹性变形， 当剪切应力增加至屈服值时，流体开始流动，剪 切速度D和剪切应力S呈直线关系。流体的这种 变形称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切力 为屈服值S0 D=(S- S0)/η 制剂中表现为塑性流动的 D 剂型有乳剂、混悬液、 单糖浆、涂剂等
流变学在混悬剂的应用
在非牛顿流体中，只有塑性及假塑性流体才能用作混悬剂的 分散媒。 在牛顿流体中，很少采用增加粘度的办法来改善稳定性。
1 2 3
切 变 速 度
A
B 切变应力
制备混悬剂时，常选用非牛顿流体，如CMC－Na、 西黄耆胶、阿拉伯胶、皂土等作为混悬剂。 具有假塑性流动的助悬剂较牛顿流体（甘油）为佳
流变学在半固体制剂中的应用
凝胶剂 凝胶具有高度的弹性力，应力低于屈服值时，具 有较大的弹性形变，常见凝胶的弹性形变可达10－30 ％，尤其是聚合物凝胶。 软膏剂 理想的软膏剂应具有含量均匀、易于涂布、较好 的附着性和易于涂清洗等特点。 软膏剂的流变学性质，主要取决于基质的性质和 软膏处方的组成。
凡士林常需加入一些辅助物质，如白蜡、液体石 蜡等来调整“软硬度”以适应各种用途（如眼用， 粘膜用），在凡士林中加入了白蜡等而改变了凡 士林的流变学性质
剪切应力与剪切速度
F 流动层
u y 静止层
D=du/dy
剪切应力与剪切速度
剪切速度:由于各层的速度不同，便形成速度梯度 （du/dy),或称剪切速度。 剪切应力：在单位液层面积上所施加的使各液层间产 生相对运动的外力叫剪切应力，简称剪切力。 剪切应力与剪切速度是表征体系流变学性质的两个基 本参数。 当一应力作用于顶层时，任何流体都有一种对抗变形 的力量，当液体相邻两层间作相对运动时所产生的内 摩擦力即粘度，换言之粘度系指流体对流体的阻抗能 力。
麦克斯韦尔（Maxwell）模型
把弹簧（弹性率G)和缓冲器（粘性率η）串联 的模型称为Maxwell模型。
t
S=S0exp(-
)
τ S
S0=Gγ0
1/e.S0
τ=η/G
τ t
福格特（Voigt)模型
把弹簧（弹性率G)和缓冲器（粘性率η）并联 的模型称为Voigt模型。
r r
λ
t
双重粘弹性模型
牛顿流体流动性质的测定
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
S D
胀性流动
随着剪切力的增大其粘性也随之增大，表现为向 上突起的曲线，由于这种流体在切变过程中体积 增加，故称为胀性流动。 D=Sn/ ηa n<1
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
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。
D
S
触变流动
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的恢复到原来状态的现象 称为触变性。
四、粘弹性
高分子物质或分散体系，具有粘性和弹性的双重 特性，这种性质称为粘弹性。 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，这种现象称为应力 缓和（stress relaxation)。 对物质施加一定重量时，表现为一定的伸展性或 形变，而且随时间变化，这种现象称为蠕变性 （creep)
旋转粘度计
W
η＝kv
V
圆锥平板粘度计
η=C.T/ V η=C.(T-Tf)/ V
流变学在混悬剂的应用 混悬液在静止时和经过振摇后流变性质会发生改 变。 混悬剂在贮存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 理性混悬剂的最佳条件
第十四章
流变学基础
第一节 概 述
一、基本概念 流变学（Rheology)是研究物体变形和流动的科学。 变形：固体塑性和弹性变形有关的性质表现 物体 流动：液体和气体粘性有关的性质表现 物体在外力的作用下表现出来的变形性和流动性称为流变性。 流变学则把固体和液体的性质结合为整体作为对象进行研究。
在药剂学中某些剂型的处方设计、质量评价以及 原辅料的质量标准常会应用到流变学原理。 例如中国药典 硫酸钡干混悬剂、 羟丙甲纤维素、 液体石蜡 大分子右旋糖酐等 都规定有粘度检查的项目。
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。
具有触变性的物质亦是值得考虑的助悬剂
流变学在乳剂中的应用
除了很稀的乳剂（低于5％)以外，几乎所有的 乳剂均表现为非牛顿流体性质。 流乳剂通常是假塑性，接近半固体的乳剂呈塑 性，并有明显的屈服值。 半固体霜剂通常具有粘弹性。
粘度计
流变学在乳剂中的应用
粘度是考察乳剂质量的一项重要指标，影响乳剂 粘度的因素很多 1）分散相体积比， 2）连续相的粘度， 3）乳化剂的性质和用量， 4）分散相粒子大小与分布。
（泊）
第二节 流变性质
二、非牛顿流动 大多数液体不符合牛顿定律，流体的粘度随着切 变速度的变化而变化，称为非牛顿流体 如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬液、软 膏、固－液的不均匀体系。 根据流动曲线的类型，非牛顿流体分为塑性流 动、假塑性流动和胀性流动三种。
塑性流动
有些液体在低剪切应力下不流动，表现为弹性变形， 当剪切应力增加至屈服值时，流体开始流动，剪 切速度D和剪切应力S呈直线关系。流体的这种 变形称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切力 为屈服值S0 D=(S- S0)/η 制剂中表现为塑性流动的 D 剂型有乳剂、混悬液、 单糖浆、涂剂等
流变学在混悬剂的应用
在非牛顿流体中，只有塑性及假塑性流体才能用作混悬剂的 分散媒。 在牛顿流体中，很少采用增加粘度的办法来改善稳定性。
1 2 3
切 变 速 度
A
B 切变应力
制备混悬剂时，常选用非牛顿流体，如CMC－Na、 西黄耆胶、阿拉伯胶、皂土等作为混悬剂。 具有假塑性流动的助悬剂较牛顿流体（甘油）为佳
流变学在半固体制剂中的应用
凝胶剂 凝胶具有高度的弹性力，应力低于屈服值时，具 有较大的弹性形变，常见凝胶的弹性形变可达10－30 ％，尤其是聚合物凝胶。 软膏剂 理想的软膏剂应具有含量均匀、易于涂布、较好 的附着性和易于涂清洗等特点。 软膏剂的流变学性质，主要取决于基质的性质和 软膏处方的组成。
凡士林常需加入一些辅助物质，如白蜡、液体石 蜡等来调整“软硬度”以适应各种用途（如眼用， 粘膜用），在凡士林中加入了白蜡等而改变了凡 士林的流变学性质
剪切应力与剪切速度
F 流动层
u y 静止层
D=du/dy
剪切应力与剪切速度
剪切速度:由于各层的速度不同，便形成速度梯度 （du/dy),或称剪切速度。 剪切应力：在单位液层面积上所施加的使各液层间产 生相对运动的外力叫剪切应力，简称剪切力。 剪切应力与剪切速度是表征体系流变学性质的两个基 本参数。 当一应力作用于顶层时，任何流体都有一种对抗变形 的力量，当液体相邻两层间作相对运动时所产生的内 摩擦力即粘度，换言之粘度系指流体对流体的阻抗能 力。
麦克斯韦尔（Maxwell）模型
把弹簧（弹性率G)和缓冲器（粘性率η）串联 的模型称为Maxwell模型。
t
S=S0exp(-
)
τ S
S0=Gγ0
1/e.S0
τ=η/G
τ t
福格特（Voigt)模型
把弹簧（弹性率G)和缓冲器（粘性率η）并联 的模型称为Voigt模型。
r r
λ
t
双重粘弹性模型
牛顿流体流动性质的测定
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
S D
胀性流动
随着剪切力的增大其粘性也随之增大，表现为向 上突起的曲线，由于这种流体在切变过程中体积 增加，故称为胀性流动。 D=Sn/ ηa n<1
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