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1、第七章 流变学基础第1页，本讲稿共19页第一节 概 述一流变学的基本概念n 流变学来源于希腊，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。n 流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。n 变形：对某一物体外加压力，其内部的各部分的形状和体积发生的变化。主要与固体的性质相关。n 对固体施加外力，则固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体恢复原状。此时在单位面积上存在的内力称为应力（Stress）。第2页，本讲稿共19页n 由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固体恢复原状，这种性质称为弹性（Elasticity）。n 把这种可逆性变形称为弹性变形
2、（elastic deformati-on），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformat-ion）。n 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，把这种现象称为粘性（Viscosity）。流动也视为一种非可逆性变形过程。n 实际上，某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性（粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行定量解析的学问称为流变学。第3页，本讲稿共19页 切变应力与切变速率n 在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移动的液层叫层流（如下图），由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dy，这是流动的基本特征。uy表征体系流变性质的两个
3、基本参数：1.在单位液层面积（A）上施加的使各液层间产生相对运动的外力称为剪切应力，简称剪切力（sheari g force）,单位为N/m2，以S表示。2.剪切速度（rate of shear），单位为S-1，以D表示。第4页，本讲稿共19页第二节 流变性质一牛顿流动牛顿粘度定律：纯液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。式中，粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理常数。单位为Pas，泊。1厘泊(1cP)=1毫帕斯卡.秒(1mPa.s)100厘泊(100cP)=1泊(1P)1帕斯卡.秒(1Pa.s)1000毫帕斯卡.秒(1000mPa
4、.s)第5页，本讲稿共19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6页，本讲稿共19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。(a)牛顿流动第7页，本讲稿共19页二非牛顿流动n 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、软膏以及固-液的不均匀体系的流动。把这种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛顿流体，这种物质的流动现象称为非牛顿流动。n 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律，经作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动。n 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。第
5、8页，本讲稿共19页（一）塑性流体塑性流动的流动曲线：曲线不经过原点，在横轴S轴上的某处有交点，得屈服值（yield value）或降伏值。当切变应力增加至屈伏值时，液体开始流动，切变速度D和切变应力S呈直线关系。液体的这种性质称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切应力为屈服值S0：塑性粘度（plastic viscosity）；S0屈伏值、致流值或降伏值，单位为dyne-2。(b)塑性流动第9页，本讲稿共19页塑性流体的结构变化示意图n 塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0；当切应力S S0时，切变速度D和切应力呈直线关系。n 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。第10页，
6、本讲稿共19页（二）假塑性液体n 当作用在物体上的剪切应力大于某一值(S0)时物体开始流动，表观黏度随着剪切应力的增大而减小，这种流体称n 特点：具有屈服值(S0)，剪切应力超过S0值时才开始流动。n 剪切稀化n 如MC、CMC等大多数高高分子溶液第11页，本讲稿共19页（三）胀性流体 胀性流动曲线曲线经过原点，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（dilatant flow curve）。（d）胀性流动 胀性流体的流动公式：D=Sn/a n1，为胀性流体；当n接近1时，流动接近牛顿流动。第12页，本讲稿共19页胀性流体的结构变化示意图 胀性流动的特点：没
7、屈服值；过原点；切应速度很小时，液体流动速度较大，当切应速度逐渐增加时，液体流动速度逐渐减小，液体对流动的阻力增加，表观粘度增加，流动曲线向上弯曲。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、糊剂等。第13页，本讲稿共19页（四）假黏性流体随着S值的增大粘度下降的流动现象称为假黏性流动。n式中，a 表观粘度（apparent viscosity）。n假黏性流动的特点：没屈服值；过原点；切应速度增大，形成向下弯的上升曲线，粘度下降，液体变稀。n某些亲水性高分子溶液深度较小时（1%左右）表现为假黏性流体。（c）假塑性流动第14页，本讲稿共19页第15页，本讲稿共
8、19页三、触变性n 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（thixlotropy）。第16页，本讲稿共19页产生触变的原因：对流体施加切应力后，破坏了液体内部的网状结构，当切应力减小时，液体又重新恢复原有结构，恢复过程所需时间较长，因而上行线和下行线就不重合。n 塑性流体、假塑性流体、胀性流体、假黏性流体中多数具有触变性。第17页，本讲稿共19页 流变学在药剂学中的应用 n 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乳剂、混悬剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组成以及制备、质量控制等进行评价。第18页，本讲稿共19页第19页，本讲稿共19页