流變學(xué)簡(jiǎn)介課件

流變學(xué)簡(jiǎn)介（一）流變學(xué)的概述流變學(xué)：研究物質(zhì)變形和流動(dòng)的科學(xué)變形：物質(zhì)在外力作用下其內(nèi)部各部分的形狀和體積的變化彈性變形（elasticdeformation）變形塑性變形（plasticdeformation）內(nèi)應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上存在的與外力相對(duì)抗的內(nèi)力應(yīng)力：引起變形的作用力F除以作用面積A彈性：除去外部應(yīng)力時(shí)恢復(fù)原狀的性質(zhì)黏性：是液體內(nèi)部所存在的阻礙液體流動(dòng)的摩擦力，也稱內(nèi)摩擦力粘彈性物質(zhì)4

液體受應(yīng)力作用變形，即流動(dòng)，是不可逆過程。D為剪切速度(rateofshear),各液層的速度不同而產(chǎn)生的速度梯度D=dv/dy剪切應(yīng)力（S）：使液層產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)需施加外力，在單位面積上所需施加的這種力稱剪切應(yīng)力。（二）剪切速度與剪切應(yīng)力

一切流體的流變性都可以用切變速度D與剪切力S之間的關(guān)系曲線來描述，這種關(guān)系曲線稱為流變曲線（粘度曲線）。不同流變性的流體具有不同的流變曲線，根據(jù)流變曲線的不同，流體可以分為以下幾種：一、牛頓流體二、非牛頓流體

A-牛頓流體；B-塑性流體；C-假塑性流體；D-脹性流體；E-觸變性流體.一、牛頓流動(dòng)D為剪切速度S為剪切應(yīng)力曲線的特點(diǎn)：一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線S=F/A=D=S/D即剪切應(yīng)力S與剪切速度D成正比---牛頓流動(dòng)定律——

粘度或粘度系數(shù)，是表示流體粘度的物理常數(shù)，是流變曲線斜率的倒數(shù)

單位Pa·s(SI單位)牛頓流體：服從牛頓流動(dòng)定律的液體牛頓流體的特點(diǎn)：

①一般為低分子的純液體或稀溶液②在一定溫度下，牛頓液體的粘度為常數(shù)，它只是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而減小牛頓黏度定律：在層流條件下的剪切應(yīng)力與剪切速度成正比流動(dòng)方程：D=S/η特點(diǎn)：1.它的切變速度與剪切應(yīng)力之間是通過原點(diǎn)的直線關(guān)系；

2.斜率為1/η，所以溫度一定時(shí)，其黏度η是一個(gè)常數(shù)，與D無關(guān)，即黏度只是溫度的函數(shù)(反比)非牛頓流體(nonNewtonianfluid):不符合牛頓流動(dòng)定律的液體，如乳劑、混懸劑、高分子溶液、膠體溶液、軟膏以及固－液的不穩(wěn)定體系等按非牛頓流體流動(dòng)的曲線類型可分為塑性流動(dòng)、假塑性流動(dòng)、脹性流動(dòng)、觸變流動(dòng)二、非牛頓流動(dòng)1.塑性流動(dòng)（plasticflow）1)曲線不經(jīng)過原點(diǎn)；2)在橫軸剪切應(yīng)力S軸上有一交點(diǎn)(S1)；3)存在屈服值（S0，引起塑性液體流動(dòng)的最低剪切應(yīng)力）當(dāng)剪切應(yīng)力小于屈服值時(shí)液體在剪切應(yīng)力作用下不流動(dòng),而表現(xiàn)為彈性變形;

當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服值時(shí)液體開始流動(dòng)，而發(fā)生塑性變形，此時(shí)D與S呈直線關(guān)系，η為定值；交點(diǎn)屈服值：引起塑性液體流動(dòng)的最低切變應(yīng)力S0（致流值）

S＜S0時(shí)，形成向上彎曲的曲線——彈性形變，不流動(dòng)S＞S0時(shí)，剪切速度D和剪切應(yīng)力呈直線關(guān)系——流動(dòng)塑性液體的流動(dòng)公式：D=(S-S0)/a

a——塑性粘度

S在制劑中表現(xiàn)為塑性流動(dòng)的劑型有：濃度較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂劑在其它材料中表現(xiàn)：油漆、牙膏、泥漿等塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖產(chǎn)生原因：體系中粒子受到范德華力或氫鍵作用在靜置狀態(tài)下形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要使體系流動(dòng)，就要破壞這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（二）假塑性流動(dòng)（pseudoplasticflow）假塑性流動(dòng)的流動(dòng)曲線隨著S值的增大，粘度下降的流動(dòng)現(xiàn)象稱為假塑性流動(dòng)，其流動(dòng)公式如下所示：

(n>1)

式中ηa——表觀粘度（apparentviscosity）如甲基纖維素、西黃蓍膠、海藻酸鈉等鏈狀高分子的1%水溶液表現(xiàn)為假塑性流動(dòng)，其原因是：隨著S值的增大，這些高分子的長(zhǎng)軸按流動(dòng)方向有序排列，減少了對(duì)流動(dòng)的阻力。切??！越切越?。D沒屈服值；過原點(diǎn)的凹形曲線流動(dòng)公式：D=Sn/a剪切力增大，粘度下降，液體變稀0假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖在制劑中表現(xiàn)為假塑性流動(dòng)的劑型有：某些親水性鏈狀高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝狀態(tài)的液體。產(chǎn)生原因：大分子或溶膠粒子本身結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的，靜止時(shí)有各種可能的取向，剪切力增大時(shí)，不對(duì)稱粒子逐漸將長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)向流動(dòng)方向排列，減小了對(duì)流動(dòng)的阻礙，表觀粘度隨之降低。剪切力越大，粒子取向作用越完全，體系的表觀粘度就越小a=Sn/D（三）脹性流動(dòng)

脹性流動(dòng)曲線經(jīng)過原點(diǎn)，且隨著切變應(yīng)力的增大其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的曲線稱為脹性流動(dòng)曲線（dilatantflowcurve）。

切稠！越切越粘！沒屈服值；過原點(diǎn)的凸形曲線’=Sn/D剪切力增大，表觀粘度增加，液體變稠DS0脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖產(chǎn)生原因：靜止時(shí)粒子排列緊密，但不聚結(jié)，粒子間的液層有潤(rùn)滑作用，因而流動(dòng)阻力小，表觀粘度低。切力的增加，許多粒子被攪在一起，液層原有的潤(rùn)滑作用相應(yīng)減小，流動(dòng)阻力增大，表觀粘度隨之上升。a=Sn/D在制劑中表現(xiàn)為脹性流動(dòng)的劑型為：含有大量固體微粒的高濃度混懸劑如50%淀粉混懸劑、糊劑、淀粉、滑石粉等在其它材料中有：涂料、顏料等觸變流動(dòng)特點(diǎn)：1)隨著剪切應(yīng)力變大，黏度下降，剪切應(yīng)力消除后黏度在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)，此現(xiàn)象稱為觸變性；2)曲線為環(huán)狀滯后曲線（施加應(yīng)力使流體產(chǎn)生流動(dòng)，流體的黏度下降，流動(dòng)性增加，而停止流動(dòng)時(shí)，并不因應(yīng)力的減少而立即恢復(fù)原狀，而是存在一定的時(shí)間差）。四、觸變流動(dòng)環(huán)形曲線切力增加——上行線切力降低——下行線

滯后面積：上行線和下形線不重合DS衡量觸變性大小的定量指標(biāo)——滯后面積DS產(chǎn)生觸變的原因：對(duì)流體施加剪切力后，破壞了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪切力減小時(shí)，液體又重新恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時(shí)間較長(zhǎng)，因而觸變流動(dòng)曲線中上行線和下行線就不重合DS

觸變流動(dòng)的特點(diǎn)：塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性

藥劑中很多制劑具有觸變性：如油制普魯卡因注射液液體或半固體制劑：糖漿、某些軟膏等其它材料：鉆井泥漿、土壤

A-牛頓流體B-塑性流體C-假塑性流體D-脹性流體E-觸變性流體直線凹型曲線環(huán)形曲線凸型曲線三、流變性的測(cè)定 對(duì)于液體制劑來說，最重要的流變學(xué)特性就是黏度。動(dòng)力學(xué)黏度計(jì)算公式為：黏度的測(cè)定方法：一、毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定二、旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測(cè)定1.毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定法；只適用于牛頓流體的測(cè)定一般用奧斯瓦爾德黏度計(jì)或?yàn)跏橡ざ扔?jì)2.旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)定法，對(duì)于膠體和高分子溶液的粘度，其變化主要依賴于剪切速度（多點(diǎn)法）旋轉(zhuǎn)式、圓錐平板、轉(zhuǎn)筒粘度計(jì)

毛細(xì)管粘度計(jì)η樣品/η標(biāo)準(zhǔn)品=t樣品ρ樣品/t標(biāo)準(zhǔn)品ρ標(biāo)準(zhǔn)品原理：在一定壓力下，根據(jù)一定容積的流體依靠壓力差或自身的質(zhì)量，流過一定長(zhǎng)度和半徑的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管所需的時(shí)間，計(jì)算出液體的粘度。烏氏粘度計(jì)比奧氏粘度計(jì)多裝了一個(gè)管，別且在管連接處多加了一個(gè)泡如此可使得測(cè)量管與大氣相連，從而使測(cè)量管測(cè)量過程中壓力保持不變?？蓽p少由液面變化引起的誤差，提高測(cè)量精度。

烏氏粘度計(jì)旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)用于測(cè)定非牛頓流體的粘度旋轉(zhuǎn)式粘度儀，它由兩個(gè)同心的表面構(gòu)成，其中一個(gè)可旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)表面多為同軸圓筒式或?yàn)殄F板式。這兩種粘度儀設(shè)計(jì)原理都是一樣的，都是以牛頓粘性定律為理論依據(jù)。同軸圓筒粘度計(jì)錐板形粘度計(jì)在同軸圓筒或同軸錐板兩者之間均有一定的間隙，其間可注入待測(cè)的液體。當(dāng)兩個(gè)同軸部件之一（如外圓筒或錐體）以一定角速度（ω）旋轉(zhuǎn)時(shí)，給液體施加一個(gè)剪切力，使液體產(chǎn)生分層流動(dòng)，由于液體內(nèi)磨擦力，液體的分層流動(dòng)把轉(zhuǎn)動(dòng)造成的力矩傳遞到內(nèi)圓筒，這時(shí)內(nèi)圓筒會(huì)隨之偏轉(zhuǎn)一定角度，液體粘度越大，則外筒轉(zhuǎn)動(dòng)傳到內(nèi)筒的力矩越大，因而內(nèi)筒偏轉(zhuǎn)的角度也越大。所以，在偏轉(zhuǎn)角度與力矩之間以及力矩與液體的粘度之間都存在正比關(guān)系，根據(jù)兩同軸部件的幾何參數(shù)，可計(jì)算出待測(cè)液體的粘度制劑流變性的評(píng)價(jià)方法測(cè)定軟膏、乳劑、雪花膏等半固體制劑的流變性質(zhì)，主要用針入度計(jì)(penetrometer)，凝結(jié)拉力計(jì)(curdtensionmeter)和伸展計(jì)(spreadmeter)進(jìn)行測(cè)定[1]。

如圖13-19（a）所示針入度計(jì)，主要用于測(cè)定軟膏等制劑的硬度。其主要原理為在軟膏表面，測(cè)定圓錐體尖的針頭進(jìn)入軟膏體的距離，一般用0.01mm為一個(gè)單位來表示。合格的軟膏制劑通常規(guī)定，其范圍在200–240個(gè)單位。

第流變學(xué)在藥劑學(xué)中的應(yīng)用

流變學(xué)理論對(duì)乳劑、混懸劑、半固體制劑等劑型設(shè)計(jì)、處方組成以及制備、質(zhì)量控制等研究具有重要意義（一）流變學(xué)在混懸劑中的應(yīng)用混懸劑靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的剪切應(yīng)力忽略不計(jì)，但振搖后把制劑從容器中倒出時(shí)存在較大的剪切速度混懸劑在貯藏過程中若剪切速度小，則顯示較高的粘性；若剪切速度大，則顯示較低的粘性混懸劑在振搖、倒出及鋪展時(shí)能自由流動(dòng)是形成理想的混懸劑的最佳條件乳劑在制備和使用過程中經(jīng)