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1、流变学基础第1页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学2第一节第一节 概述概述一流变学的基本概念一流变学的基本概念（一）流变学的研究内容（一）流变学的研究内容(二）切变应力与切变速率二）切变应力与切变速率二、流变学在药剂学中的应用二、流变学在药剂学中的应用(一）在混悬剂中的应用一）在混悬剂中的应用（二）在乳剂中的应用（二）在乳剂中的应用（三）在半固体制剂中的应用（三）在半固体制剂中的应用一流变学的基本概念一流变学的基本概念（一）流变学的研究内容（一）流变学的研究内容流变学（流变学（RheologyRheology）是研究物质）是研究物质 的的变形和流动变形和流动的一门科学。的一门科学。第2
2、页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学3变形是固体的性质：某一固体受到外力变形是固体的性质：某一固体受到外力时，其各部分的形状和体积将发生变化，时，其各部分的形状和体积将发生变化，这就是变形这就是变形。当除去外力时，固体具有恢复原状的倾当除去外力时，固体具有恢复原状的倾向性，我们把这种恢复原状的性质称为向性，我们把这种恢复原状的性质称为弹性（弹性（Elasticity）。（同时，把可逆性（同时，把可逆性变形称为弹性变形）。变形称为弹性变形）。对固体施加外力时，固体内部存在着一对固体施加外力时，固体内部存在着一种与外力相对抗的内力使固体恢复原状，种与外力相对抗的内力使固体恢复原状，我们把这
3、种单位面积上存在的内力称为我们把这种单位面积上存在的内力称为应应力（力（Stress）。第3页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学4流动是液体和气体的性质。流动的难流动是液体和气体的性质。流动的难易与液体和气体本身具有的性质有关，易与液体和气体本身具有的性质有关，我们把这种性质称为我们把这种性质称为粘性（粘性（Viscosity）。（流动也可视为一种非可逆性的变形过（流动也可视为一种非可逆性的变形过程）。程）。实际上，某些物质可以对外力表现出实际上，某些物质可以对外力表现出弹性和粘性双重特性（简称为粘弹性）弹性和粘性双重特性（简称为粘弹性），这也是流变学的重要性质之一。，这也是流变学的重
4、要性质之一。第4页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学5(二）切变应力与切变速率二）切变应力与切变速率观察河中的流水：尽管水流方向一致，但水流观察河中的流水：尽管水流方向一致，但水流速度却不同，中心处的水流最快，靠近河岸水流速度却不同，中心处的水流最快，靠近河岸水流较慢。较慢。因此，在流速不太快因此，在流速不太快时，可以将流动着的液时，可以将流动着的液体视为互相平行移动的体视为互相平行移动的一个个液层（如图一个个液层（如图13-1）；由于各层的速度）；由于各层的速度是不同的，所以产生速是不同的，所以产生速度梯度度梯度du/dy，这是流，这是流动的基本特征。动的基本特征。图图13-1流动时
5、形成速度梯度流动时形成速度梯度u u uy第5页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学6 因为有速度梯度存在，流动较慢的液层阻滞因为有速度梯度存在，流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动，所以产生流动阻力。着流动较快液层的运动，所以产生流动阻力。为了使液层能维持一定的速度梯度运动，就必须为了使液层能维持一定的速度梯度运动，就必须对它施加一个与流动阻力相等的反向力，我们把对它施加一个与流动阻力相等的反向力，我们把在单位液层面积（在单位液层面积（A A）上所需施加的这种力称为）上所需施加的这种力称为切变应力切变应力（简称（简称切应力切应力Shearing forceShearing force
6、，以，以S S表表示）示）,单位为单位为N/mN/m2 2。速度梯度（速度梯度（rate of shearrate of shear）亦称为）亦称为切变速度切变速度，以以D D表示，单位为表示，单位为S S-1-1，。切变应力与切变速度是表征体系流变性质的切变应力与切变速度是表征体系流变性质的两个基本参数。两个基本参数。第6页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学7二、流变学在药剂学中的应用二、流变学在药剂学中的应用流变学在药学研究中的重要意义在流变学在药学研究中的重要意义在于：可以应用流变学理论对混悬剂、乳于：可以应用流变学理论对混悬剂、乳剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组剂、半固体制剂
7、等的剂型设计、处方组成、制备工艺、质量控制等进行研究与成、制备工艺、质量控制等进行研究与评价。评价。物质的流动性可以分两大类：物质的流动性可以分两大类：一种一种为为牛顿流动，牛顿流动，另一种另一种为非牛顿流动。为非牛顿流动。第7页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学8(一）流变学在混悬剂中的应用一）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：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，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混悬液经振荡从容器中倒出时的流动性的变化，的变化，混悬液应用于投药部位时的伸（铺）展混悬液应用于投药部位时的伸（铺）展性性Me
8、rvine和和Chase提提出出：良良好好的的混混悬悬剂剂在在贮贮藏藏过过程程中中切切变变速速度度很很小小，应应显显示示出出较较高高的的粘粘性性；在在应应用用时时，切切变变速速度度变变大大，应应显显示示较较低低的的粘粘性性。即即：混混悬悬剂剂在在振振摇摇、倒倒出出及及铺铺展展时时是是否否自自由由流流动动是是形形成理想混悬剂的最佳判别条件。成理想混悬剂的最佳判别条件。第8页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学9表现假塑性流动的西黄蓍胶、海藻酸钠、羧甲基纤维表现假塑性流动的西黄蓍胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等物质，具有上述性能。图素钠等物质，具有上述性能。图13-2用甘油（牛顿流体）用甘油（
9、牛顿流体）为对照组进行的实验结果说明：甘油的粘性作为悬浮粒子为对照组进行的实验结果说明：甘油的粘性作为悬浮粒子的助悬剂也较为理想。的助悬剂也较为理想。第9页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学10触变性物质在静置状态下可形成凝胶，经振摇后转变触变性物质在静置状态下可形成凝胶，经振摇后转变为液状。为液状。图图13-3表示的是皂土、表示的是皂土、CMC-Na以及二者混合物以及二者混合物的稠度曲线（的稠度曲线（consistency curve）。图中表示皂土具有）。图中表示皂土具有非常显著的滞后曲线，且在装入膨润土样品的容器的翻转非常显著的滞后曲线，且在装入膨润土样品的容器的翻转试验中发现，
10、具有较大的触变性。而皂土和试验中发现，具有较大的触变性。而皂土和CMC的混合分的混合分散液曲线，则表现出假塑性流动和触变性双重性质。因此，散液曲线，则表现出假塑性流动和触变性双重性质。因此，可以通过调节分散液的混合比例，制成理想的混悬剂的基可以通过调节分散液的混合比例，制成理想的混悬剂的基质。质。第10页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学11（二）流变学在乳剂中的应用（二）流变学在乳剂中的应用乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种切变力的影响，在使用和制备条件下乳剂的切变力的影响，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而定。特性是否适
11、宜，主要由制剂的流动性而定。除了被稀释成很稀的溶液以外，大部分乳除了被稀释成很稀的溶液以外，大部分乳剂主要表现为非牛顿流动。因此，对其数据剂主要表现为非牛顿流动。因此，对其数据的处理或不同系统以及各制剂间的定量比较的处理或不同系统以及各制剂间的定量比较非常困难。非常困难。第11页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学12主要因素有：相的体积比、内相固有的粘主要因素有：相的体积比、内相固有的粘度、粒度分布等。度、粒度分布等。如分散相（内相）体积比较低时（如分散相（内相）体积比较低时（0.05以以下），其系统表现为牛顿流动；随着体积比增下），其系统表现为牛顿流动；随着体积比增加，系统的流动性下
12、降，表现为假塑性流动。加，系统的流动性下降，表现为假塑性流动。而体积比高的时候，转变为塑性流动。当体积而体积比高的时候，转变为塑性流动。当体积比接近比接近0.74时，产生相的转移，粘度显著增大。时，产生相的转移，粘度显著增大。在同样的平均粒径条件下，粒度分布范围广的在同样的平均粒径条件下，粒度分布范围广的系统比粒度分布狭的系统粘度低。系统比粒度分布狭的系统粘度低。另外，乳化剂也是影响乳剂粘度的一个主要另外，乳化剂也是影响乳剂粘度的一个主要因素。因素。第12页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学13（三）流变学在半固体制剂中的应用（三）流变学在半固体制剂中的应用在制备软膏剂和化妆品时，必须
13、控制好非牛顿流体材在制备软膏剂和化妆品时，必须控制好非牛顿流体材料的浓度（稠度）。图料的浓度（稠度）。图13-4表示的是乳剂性基质，亲水性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凡士林或含有水分的亲水性凡士林溶液的流动曲线2。当。当亲水性凡士林中加入水时，致流值由亲水性凡士林中加入水时，致流值由520g下降到下降到320g，同时，亲水凡士林的塑性粘度和触变性随着水的，同时，亲水凡士林的塑性粘度和触变性随着水的加入而增大加入而增大。第13页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学14温度对该软膏基温度对该软膏基质稠度的影响，可以质稠度的影响，可以利用经过改进的旋转
14、利用经过改进的旋转粘度计进行测定，并粘度计进行测定，并对其现象加以解释。对其现象加以解释。从图从图13-5中可以中可以看出，温度对两种基看出，温度对两种基质的影响是一样的，质的影响是一样的，而且，降伏点的温度而且，降伏点的温度变化曲线也表现为同变化曲线也表现为同样的性质。样的性质。第14页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学15而对其触变性而言，而对其触变性而言，从图从图13-6中可以看出温中可以看出温度对两种基质的变化特度对两种基质的变化特性完全不同性完全不同.其原因主要是随着温其原因主要是随着温度的升高凡士林的蜡状度的升高凡士林的蜡状骨架基质产生崩解，另骨架基质产生崩解，另一方面，液
15、体石蜡聚乙一方面，液体石蜡聚乙烯复合型软膏基质，通烯复合型软膏基质，通常在温度发生变化的条常在温度发生变化的条件下能够维持树脂状结件下能够维持树脂状结构。构。第15页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学16国家教委国家教委“面向面向2121世纪教学内容世纪教学内容与课程体系改革与课程体系改革”教材教材药剂学药剂学 第十三章第十三章 流变学基础流变学基础 (第二节第二节)第16页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学17第二节第二节 流变性质流变性质一、牛顿流动一、牛顿流动 我我们们已已经经知知道道：液液体体流流动动时时，在在液液体体内内形形成成速速度度梯梯度度，故故而而产产生生流流动
16、动阻阻力力。切切变变应应力力S S反反映映了了此此阻阻力力大大小小，它它与与切切变变速速度度D D有有关关。实实验验证证明明:纯纯液液体体和和多多数数低低分分子子溶溶液液在在层层流流条条件件下下的的切切变变应应力力S S与与切切变变速速度度D D成正比。成正比。第17页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学18 上式即为著名的牛顿粘度定律，遵循上式即为著名的牛顿粘度定律，遵循该定律的液体即为牛顿流体。该定律的液体即为牛顿流体。这种流体的这种流体的流动现象称为牛顿流动。流动现象称为牛顿流动。式中式中:F FA A面积上施加的力；面积上施加的力；粘度或称粘度系数粘度或称粘度系数,是表示流体粘性
17、的物是表示流体粘性的物理常数。粘度单位用泊（理常数。粘度单位用泊（PoisePoise）来表示，）来表示，2020水的粘度约为水的粘度约为0.010.01泊泊(p)=1p)=1厘泊（厘泊（cp)cp)。（13-113-1）第18页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学19 表表13-113-1中表示制剂研究中常用的各种液体中表示制剂研究中常用的各种液体在在2020条件下的粘度条件下的粘度。第19页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学20 根根据据式式13-113-1可可知知：牛牛顿顿液液体体的的切切变变速速度度D D与与切切变变应应力力S S之之间间呈呈直直线线关关系系，且且直直线线
18、经过原点，如图经过原点，如图13-713-7（a a）所示）所示 。图图13-7 13-7 各种类型的液体流体流动曲线各种类型的液体流体流动曲线(a)牛顿流动曲线牛顿流动曲线 （斜率（斜率k=k=1/1/）S S增增大大时时，斜斜率率保保持持不不变变，即即粘粘度度保持不变。保持不变。第20页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学21二非牛顿流动二非牛顿流动实际上，大多数液体不符合牛顿粘度定律，实际上，大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏等不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律。我膏等不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律。我们
19、把这种不遵循牛顿定律的液体称为们把这种不遵循牛顿定律的液体称为非牛顿流非牛顿流体体，这种流体的流动现象称为，这种流体的流动现象称为非牛顿流动非牛顿流动。按按非非牛牛顿顿液液体体的的流流动动曲曲线线类类型型的的不不同同，可可以以把把非非牛牛顿顿液液体体分分为为塑塑性性流流动动、假假塑塑性性流动、胀形流动、触变流动流动、胀形流动、触变流动。第21页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学22（一）塑性流动（一）塑性流动(plasticflow)如图如图13-7(b)所示，所示，塑性流动的流动曲线不经塑性流动的流动曲线不经过原点过原点,将曲线的直线部分外延至横轴时将曲线的直线部分外延至横轴时,可可
20、与横轴有一交点，在这个交点的切变应力值与横轴有一交点，在这个交点的切变应力值称为屈伏值或称为屈伏值或致流值（记为致流值（记为S0）。）。(b)塑性流动（塑性流动（S0致流值）致流值）（c）假塑性流动）假塑性流动S S增增大大时时，斜斜率率k k不不断断增增大大，粘粘度度不断下降。不断下降。SSSS0 0时时，液液体体开开始始流流动动；S S0 0实实质质上上是是引引起起塑塑性性液液体体流流动的最低切变应力。动的最低切变应力。第22页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学23当当S S S S0 0时时，即即切切变变应应力力S达达不不到到屈屈伏伏值值（致致流流值值）时时，液液体体将将不不发发
21、生生流流动动，此此时时该该物物质质表表现现为为弹弹性性物物质的性质。质的性质。当当S S S S0 0时时，即即切切变变应应力力S增增大大到到屈屈伏伏值值（致致流流值值）时时，液液体体将将开开始始流流动动，切切变变速速度度D和和切切变变应应力力S呈呈直直线线关关系系(此此时时以以后后,粘粘度度保保持持不不变变)。液液体体的的这种性质称为塑性。这种性质称为塑性。第23页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学24塑塑性性流流体体的的流流动动公公式式可可以以用用下下式式（13-2）表示：）表示：（13-2）式中：式中：塑性粘度（塑性粘度（plastic viscosity）；）；S0屈伏值或致流
22、值。屈伏值或致流值。表表现现为为塑塑性性流流动动的的制制剂剂主主要要有有浓浓度度较较高高的的乳乳剂剂、混混悬悬剂剂、单单糖糖浆浆、涂涂膜膜剂等。剂等。第24页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学25（二）假塑性流动（二）假塑性流动（pseudoplasticflow）假假塑塑性性流流动动的的流流动动曲曲线线如如图图13-7(c)所所示示。这这种种随随着着S值值的的增增大大，粘粘度度下下降降的的流流动动现现象象称称为为假假塑塑性性流流动动，其流动公式（，其流动公式（13-3）如下所示：）如下所示：(n1)式中式中a表观粘度（表观粘度（apparentviscosity）如如甲甲基基纤纤维维
23、素素、西西黄黄蓍蓍胶胶、海海藻藻酸酸钠钠等等链链状状高高分分子子的的1%水水溶溶液液表表现现为为假假塑塑性性流流动动，其其原原因因是是：随随着着S值值的的增增大大，这这些些高高分分子子的的长长轴轴按按流流动动方方向向有有序序排排列列，减减少了对流动的阻力。少了对流动的阻力。切稀！越切越稀！切稀！越切越稀！第25页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学26（三）胀性流动（三）胀性流动胀性流动曲线如图胀性流动曲线如图13-9（d）所示，曲线经过）所示，曲线经过原点，且随着切变应力的增大其粘性也随之增大，原点，且随着切变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性流动曲线表现为向上突
24、起的曲线称为胀性流动曲线（dilatant flow curve），它相当于（），它相当于（13-3）式）式中中n1时的情况。时的情况。图图13-9 13-9 胀性胀性流动和触变流流动和触变流动的示意图动的示意图 (n0时时,。在此条件上对上式进行计。在此条件上对上式进行计算得：算得：式中式中=/G，式中当弯曲保持一定值时，其应力，式中当弯曲保持一定值时，其应力随时间的延长按指数函数关系减小，把这种现象随时间的延长按指数函数关系减小，把这种现象称为称为缓冲应力缓冲应力(Stress relaxation),其结果如图其结果如图所示。图所示。图13-11（a）中）中为为缓冲时间缓冲时间(rela
25、xation time),即应力值变为开始时的一半即应力值变为开始时的一半所需要的时间，换言之模型所固有的时间。所需要的时间，换言之模型所固有的时间。第30页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学31（二）福格特（二）福格特（Voigt）模型）模型如如图图13-10（b）所所示示，把把弹弹簧簧的的缓缓冲冲器器并并联联的的模模型型称称为为福福格格特特模模型型。对对福福格格特特模模型型施施加加应应力力S时时，作作用用于于弹弹簧簧和和缓缓冲冲器器的的力力S1和和S2用用下式表示：下式表示：由于由于S=S1+S2，故故当当施施加加一一定定的的负负重重时时，即即S=S0时时的的关关系系式式通通过对上
26、式积分得：过对上式积分得：第31页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学32式中，式中，=/G。上式表示在一定的负荷下上式表示在一定的负荷下弯曲所需时间的变化。弯曲的程度随时弯曲所需时间的变化。弯曲的程度随时间而增大，到了一定的时间后间而增大，到了一定的时间后S0/G达到定达到定值。值。我们把这种在一定的应力作用下弯曲我们把这种在一定的应力作用下弯曲时间的变化称为时间的变化称为蠕变蠕变(creep)现象现象，表示，表示滞延时间滞延时间(retardation time)，及全部变形，及全部变形量达到量达到1/e位置所需要的时间。位置所需要的时间。第32页，本讲稿共52页2022/10/24
27、药剂学33（a）Maxwell因素因素（b）Voigt因素因素图图13-10粘弹性的力学模型粘弹性的力学模型第33页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学34时间时间t时间时间t（a）(b)图图13-11Maxwell模型的缓冲应力（模型的缓冲应力（a）和和Voigt模型的缓冲器模型的缓冲器第34页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学35（三）双重粘弹性模型（三）双重粘弹性模型在在实实际际工工作作中中高高分分子子物物质质的的粘粘弹弹性性现现象象非非常常复复杂杂，因因此此单单纯纯用用Maxwell模模型型或或Voigt模模型型很很难难解解释释清清楚楚其其现现象象。但但是是，如如果果把把
28、几几个个模模型型组组合合在在一一起起进进行行解解释释，则则非非常常接接近近于于实实际际的的粘弹性现象。粘弹性现象。图图13-12表表示示的的是是Maxwell模模型型和和Voigt模模型型组组合合在在一一起起的的4个个影影响响因因素素模模型型。在在t=0时时，负负荷荷一一定定的的应应力力S，以以及及t=t1时时减减荷荷时时的的伸伸展展系系数数r和时间和时间t之间的关系。之间的关系。结结果果说说明明，这这种种关关系系非非常常接接近近于于实实际际高高分分子子材材料的蠕变和恢复曲线现象。料的蠕变和恢复曲线现象。第35页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学36图图13-124因素模型及其粘弹性现
29、象因素模型及其粘弹性现象 第36页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学37（四）多重粘弹性模型（四）多重粘弹性模型图图13-13表表示示的的是是并并联联具具有有1n缓缓冲冲时时间间的的Maxwell模模型，其相对应关系式如下所示：型，其相对应关系式如下所示：两边除以两边除以r，设，设Er(t)=S/r,Ei=S0,i/r时时式中，式中，Er(t)缓冲弹性率；即缓冲弹性率；即H()缓缓冲冲时时间间的的分分布布函函数数。H()和和的的关关系系称称为为缓缓冲冲范范围围.对对非非结结晶晶性性高高分分子子结结构构的的物物理理特特性性由由该该范范围可以得到。围可以得到。第37页，本讲稿共52页202
30、2/10/24药剂学38图图13-13 图图13-14多重多重Maxwell模型图模型图多重多重Voigt模型图模型图 第38页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学39图图13-14表表示示具具有有滞滞延延时时间间1n时时的的多多重重排排列列的的Voigt模模型。其对应的关系式如下所示：型。其对应的关系式如下所示：两边再除以两边再除以S，设设Jc(t)=r/S,Ji=r,i/S，则则式式中中，Jc(t)蠕蠕变变伸伸缩缩率率；L()滞滞延延时时间间分分布布函函数；数；L()的关系为滞延范围。的关系为滞延范围。第39页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学40国家教委国家教委“面向面向2
31、121世纪教学内容世纪教学内容与课程体系改革与课程体系改革”教材教材药剂学药剂学 第十三章第十三章 流变学基础流变学基础 (第三节第三节)第40页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学41第三节第三节流变性质的测定方法流变性质的测定方法测定高分子液体的粘弹性或流变学性质，测定高分子液体的粘弹性或流变学性质，或测定线性粘弹性函数通过以下几个途径：或测定线性粘弹性函数通过以下几个途径：1）测定对待测样品施加微小弯曲作用）测定对待测样品施加微小弯曲作用r(t)时所时所产生的应力产生的应力S(t)；2)测定对待测样品施加应力测定对待测样品施加应力S(t)时所产生的弯时所产生的弯曲程度曲程度r(t)
32、；3）施加弯曲速度测定其应力）施加弯曲速度测定其应力S(t)。第41页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学42具体测定方法有两种具体测定方法有两种:第第一一种种方方法法是是不不随随时时间间变变化化的的静静止止测测定定法法，即即r0一定时，施加应力一定时，施加应力S0。第第二二种种方方法法为为转转动动测测定定法法。对对于于胶胶体体和和高高分分子子溶溶液液的的粘粘度度如如下下式式所所示示，其其变变化化主主要要依依赖赖于于切切变变速速度。度。式中，式中，n(D)非牛顿流体的粘度。对于牛顿流非牛顿流体的粘度。对于牛顿流体可以用具有一定切变速度的粘度计进行测定。体可以用具有一定切变速度的粘度计进行
33、测定。但是，对于非牛顿流体必须用同时可以测得不同但是，对于非牛顿流体必须用同时可以测得不同的切变速度的粘度计进行测定。的切变速度的粘度计进行测定。第42页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学43一、落球粘度计法一、落球粘度计法 落球粘度落球粘度计的原理是：在含计的原理是：在含有受试液的垂直玻有受试液的垂直玻璃管内（在一定温璃管内（在一定温度下），使玻璃球度下），使玻璃球或钢球自由落下，或钢球自由落下，由球的落下速度和由球的落下速度和球的质量即可求得球的质量即可求得受试液的粘度（见受试液的粘度（见右图右图13-1513-15）。图图13-15 Hoeppler落球粘度计落球粘度计第43页，
34、本讲稿共52页2022/10/24药剂学44测测定定方方法法是是将将试试验验液液和和圆圆球球装装入入到到玻玻璃璃管管内内，外外围围的的恒恒温温槽槽内内注注入入循循环环水水保保持持一一定定的的温温度度，使使球球位位于于玻玻璃璃管管上上端端，然然后后准准确确地地测测定定球球经经过过上上下下两两个个标标记记线线的的时时间间，反反复复测测数数次次，利利用用下下式式计计算算得得到牛顿液体的粘度。到牛顿液体的粘度。式中，式中，t球落下时经过两个标记线所需时间球落下时经过两个标记线所需时间（sec）；）；Sb、Sf在测定温度条件下球和在测定温度条件下球和液体的比重；液体的比重；B球本身固有的常数。球本身固有
35、的常数。第44页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学45二二.旋转粘度计法旋转粘度计法旋旋转转粘粘度度计计有有双双重重圆圆筒筒形形、圆圆锥锥圆圆板板型型和和平平行行圆圆板板型型三三种种7。如如图图13-16所所示示，测测定定原原理理为为筒筒内内装装入入试试验验液液，然然后后用用特特制制的的旋旋转转子子进进行行旋旋转转时时，考考察察产产生生的的弯弯曲曲现现象象，利利用用作作用用力力求求得得产产生生的的应应力力。旋旋转转装装量量中中回回旋旋角角和和弯弯曲曲程程度度r以以及及转转矩矩M和和应应力力S之之间间的的关关系系如如下下式所示。式所示。式式中中，K1、K2常常数数。设设为为旋旋转转速速度
36、度，即即切切变变速速度度。双双重重圆圆筒筒型型主主要要用用于于测测定定低低粘粘度度液液体体，平平行行圆圆板板型型用用于于测测定高粘度液体。定高粘度液体。第45页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学46(a)双重圆筒型双重圆筒型(b)圆锥圆板形圆锥圆板形(c)平行圆板型平行圆板型图图13-16旋转粘度计工作原理示意图旋转粘度计工作原理示意图第46页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学47图图13-16各型旋转粘度计计算公式如下：各型旋转粘度计计算公式如下：（a）型：）型：（b）型：）型：（c）型）型：第47页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学48三三.圆锥圆锥平板粘度计法平板
37、粘度计法Ferranti-Shirley粘度计为圆锥粘度计为圆锥平板粘度计的一种平板粘度计的一种类型。类型。Ferranti-Shirley圆锥圆锥平板粘度计的装置如下平板粘度计的装置如下图所示图所示1。测定方法为将试验液放在平板的中央，然。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。平板和旋转的圆锥之间产生切变。圆锥圆锥平板粘度计平板粘度计第48页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学49切切变变速速度度用用每每分分钟钟圆圆锥锥旋旋转转的的转转速速来来表表示示，切切变变应应力力通
38、通过过刻刻度度读读取取，然然后后用用切切变变应应力力与与切切变变速速度度作作图图，以以下面的公式即可以计算得到试验液的粘度。下面的公式即可以计算得到试验液的粘度。=式中，式中，C常数；常数；T转矩；转矩；V每分钟的旋转每分钟的旋转数，即圆锥的旋转速度数，即圆锥的旋转速度 如如果果试试验验液液为为塑塑性性流流动动的的流流体体，则则其其塑塑性性粘粘度度用用下下式式可以表示：可以表示：其中屈伏值用式其中屈伏值用式f=CfTf来表示，式中，来表示，式中，Tf切变应切变应力轴上的转矩；力轴上的转矩；Cf装置固有的常数。装置固有的常数。第49页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学50圆圆锥锥-平平板
39、板粘粘度度计计与与圆圆筒筒粘粘度度计计比比较较有有以以下下几个优点：几个优点：第第一一，对对受受切切变变的的整整个个试试验验液液，其其切切变变速速度度是是相相同同的的（保保持持定定值值），因因此此在在测测定定过过程程中中不不产产生栓塞。生栓塞。第第二二，对对所所测测定定的的试试验验液液的的装装样样和和取取样样非非常容易；常容易；第第三三，在在整整个个测测定定过过程程中中能能够够始始终终保保持持恒恒定定的的温温度度，而而且且适适用用于于微微量量试试验验液液的的测测定定并并具具有有良良好的重现性。好的重现性。第50页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学51四四.制剂流变性的评价方法制剂流变性
40、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，测定软膏、乳剂、雪花膏等半固体制剂的流变性质，主要用针入度计主要用针入度计(penetrometer)，凝结拉力计，凝结拉力计(curd tensionmeter)和伸展计和伸展计(spread meter)进行测定进行测定1。如图如图13-19（a）所示）所示针入度计针入度计，主要用于测定，主要用于测定软膏等制剂的硬度。其主软膏等制剂的硬度。其主要原理为在软膏表面，测要原理为在软膏表面，测定圆锥体尖的针头进入软定圆锥体尖的针头进入软膏体的距离，一般用膏体的距离，一般用0.01mm为一个单位来表示。为一个单位来表示。合格的软膏制剂通常规定，合格的软膏制剂通常规定，其范围在其范围在200 240个单个单位。位。第51页，本讲稿共52页2022/10/24药剂学52伸伸展展计计如如图图13-19（c）所所示示，测测定定的的原原理理是是在在平平行行板板之之间间装装入入试试验验液液，在在一一定定压压力力条条件件下下通通过过测测定定试试验验液液的的扩扩展展速速度度来来求求得得试试验液的伸展性能。验液的伸展性能。第52页，本讲稿共52页