第十四章流变学基础

第十四章第十四章 流变学基础流变学基础主讲教师：杜主讲教师：杜 艳艳山西医科大学药剂教研室山西医科大学药剂教研室 药药 剂剂 学学 pharmaceutics2第十四章第十四章 流变学基础流变学基础第一节第一节 概述概述第二节第二节 流变性质流变性质第三节第三节 蠕变性质的测定方法蠕变性质的测定方法3第一节第一节 概述概述一、基本概念一、基本概念流变学流变学(rheology):(rheology):系指研究物体在外力作用下发生变形和流动的系指研究物体在外力作用下发生变形和流动的科学，科学，19291929年由年由BenghamBengham和和CrawfordCrawford提出。提出。内应力：液体在运动中都会受到力的作用，单位面积上所用的力称内应力：液体在运动中都会受到力的作用，单位面积上所用的力称内应力。内应力。弹性弹性弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形4二、剪切应力与剪切速率二、剪切应力与剪切速率n剪切速度剪切速度：由于各层的速度不同，由于各层的速度不同，便形成速度梯度便形成速度梯度du/dy，称剪切，称剪切速度，速度，用用D D表示。表示。n剪切力剪切力：使各液层间产生相对运使各液层间产生相对运动的外力动的外力。n剪切应力剪切应力：在单位液层面积（在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应上所需施加的这种力称为剪切应力，力，用用S S表示。表示。5流变学在药剂学中的应用流变学在药剂学中的应用流变学在药剂学中广泛应用，特别是在混悬剂、乳剂、流变学在药剂学中广泛应用，特别是在混悬剂、乳剂、胶体溶液、软膏剂和栓剂中。胶体溶液、软膏剂和栓剂中。例如：例如：具有触变性的助悬剂对混悬剂的稳定性十分具有触变性的助悬剂对混悬剂的稳定性十分有利；使用混合助悬剂时应选择具有塑性和假塑性流有利；使用混合助悬剂时应选择具有塑性和假塑性流动的高分子化合物混合使用为佳。动的高分子化合物混合使用为佳。乳剂具有触变性乳剂具有触变性有利于乳剂的稳定。有利于乳剂的稳定。6一、牛顿流动一、牛顿流动n牛顿方程牛顿方程:纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力切应力S S与剪切速度与剪切速度D D成正比，为牛顿方程。成正比，为牛顿方程。n牛顿流体：遵循该法则的液体叫牛顿流体。牛顿流体：遵循该法则的液体叫牛顿流体。n S=F/A=DD D为切变速度，为切变速度，S S为切应力，为切应力，F F为为A A面积上施加的力，面积上施加的力，为粘度系数为粘度系数 单位单位PasPas，1Pas=10P(1Pas=10P(泊泊)，7牛顿液体的特点：牛顿液体的特点：一般为低分子的纯液体或稀溶液；一般为低分子的纯液体或稀溶液；在一定温度下，牛顿液体的粘度在一定温度下，牛顿液体的粘度 为常数，它只是温度为常数，它只是温度的函数，随温度升高而减小。的函数，随温度升高而减小。8二、非牛顿流体二、非牛顿流体非牛顿液体非牛顿液体(nonNewtonian fluid):不符合不符合牛顿定律的液体，如乳剂、混悬剂、高分牛顿定律的液体，如乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液等。子溶液、胶体溶液等。非牛顿流动：非牛顿液体的流动现象。非牛顿流动：非牛顿液体的流动现象。9流变曲线流变曲线:以切变速率以切变速率D D为纵坐标，切应力为纵坐标，切应力S S为横为横坐标作图，所得曲线为流变曲线或流动曲线。坐标作图，所得曲线为流变曲线或流动曲线。A-A-牛顿流体；牛顿流体；B-B-塑性流体；塑性流体；C-C-假塑性流体；假塑性流体；D-D-胀性流体；胀性流体；E-E-触变性流体触变性流体.10按非牛顿液体流动曲线为类型可将非牛按非牛顿液体流动曲线为类型可将非牛顿液分为塑性流动、假塑性流动、胀性顿液分为塑性流动、假塑性流动、胀性流动、触变流动。流动、触变流动。11（一）塑性流动（一）塑性流动(plastic flow)塑性流动：不过原点；有屈服值塑性流动：不过原点；有屈服值S0；当切应力；当切应力S S0时，切变速度时，切变速度D和切应力呈直线关系。和切应力呈直线关系。屈服值屈服值(yield value)：引起塑性液体流动的最低：引起塑性液体流动的最低切应力切应力S0 塑性液体的流动公式：塑性液体的流动公式：D=(S-S0)/D为切变速度，为切变速度，S为切应力，为切应力，S0 为屈服值，为屈服值，为为塑性粘度塑性粘度(表观粘度表观粘度)。在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较高的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。乳剂和混悬剂。12塑性流体的结构变化示意图塑性流体的结构变化示意图13（二）假塑性流动（二）假塑性流动(pseudoplastic flow)假塑性流动：随着假塑性流动：随着S值的增大而粘度下降的流动称值的增大而粘度下降的流动称为假塑性流动。为假塑性流动。在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某些亲水性高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。分子溶液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。如西黄蓍胶、甲基纤维素等。如西黄蓍胶、甲基纤维素等。14假塑性流体的结构变化示意图假塑性流体的结构变化示意图15（三）胀性流动（三）胀性流动(dilatant flow)胀性流动曲线胀性流动曲线：曲线经过原点，且随着剪切应力的增：曲线经过原点，且随着剪切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（性流动（dilatant flow）曲线）曲线。如滑石粉或淀粉。如滑石粉或淀粉。16胀性流体的结构变化示意图胀性流体的结构变化示意图17三、触变流动三、触变流动(thixotropic flow)触变性触变性(thixotropy):象这种随着剪切应力增大，粘度下象这种随着剪切应力增大，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。原来状态的现象称为触变性。其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线与上升其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表现为环状滞后曲线。也曲线相比向左迁移，在图上表现为环状滞后曲线。也就是说，与同一个就是说，与同一个S值进行比较，曲线下降时粘度低，值进行比较，曲线下降时粘度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立即恢复上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立即恢复原状，而是存在一种时间差。原状，而是存在一种时间差。18即所谓的触变性是施加应力使流体产生即所谓的触变性是施加应力使流体产生流动时，流体的粘性下降，流动性增加；流动时，流体的粘性下降，流动性增加；而停止流动时，其状态恢复到原来性质而停止流动时，其状态恢复到原来性质的现象。的现象。19四、黏弹性四、黏弹性n粘弹性粘弹性：高分子物质或分散体系，具有粘性高分子物质或分散体系，具有粘性和弹性的双重特性，我们把这种性质称为粘弹和弹性的双重特性，我们把这种性质称为粘弹性。性。n物质被施加一定的压力而变形，并使其保持一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，把这种现象称定应力时，应力随时间而减少，把这种现象称为为应力缓和应力缓和。n对物质附加一定重量时，表现为一定的伸展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，把这种现象称为或形变，而且随时间变化，把这种现象称为蠕蠕变性变性。20第三节第三节 蠕变性质的测定方法蠕变性质的测定方法n一点法一点法n旋转或转动测定法旋转或转动测定法21粘度的测定粘度的测定n毛细管粘度计n式中为粘度，P为液体密度t是样品流过毛细管的时间。22n落球黏度计n旋转黏度计