第七章流变学基础精选PPT.ppt

第七章流变学基础第1页，本讲稿共19页第一节第一节 概概 述述一流变学的基本概念一流变学的基本概念 流流变变学学来来源源于于希希腊腊，由由BinghamBingham和和CrawfordCrawford为为了了表表示示液液体体的的流流动和固体的变形现象而提出来的概念。动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。变形：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。生的变化。主要与固体的性质相关。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恢复原状。此时在单位面积上存在的内力称为应力（应力（StressStress）。）。第2页，本讲稿共19页 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，这种性质称为状，这种性质称为弹性（弹性（ElasticityElasticity）。把这种可逆性变形称为把这种可逆性变形称为弹性变形（弹性变形（elastic deformati-elastic deformati-onon），），而非可逆性变形称为而非可逆性变形称为塑性变形（塑性变形（plastic deformat-ionplastic deformat-ion）。）。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，把这种现象称为质有关，把这种现象称为粘性（粘性（ViscosityViscosity）。）。流动也视为一种非流动也视为一种非可逆性变形过程。可逆性变形过程。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）。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）。这种性质称为这种性质称为流变学性质流变学性质，对这种现象进行定量解析的学问称为，对这种现象进行定量解析的学问称为流变流变学学。第3页，本讲稿共19页 切变应力与切变速率切变应力与切变速率 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层流（流（如下图），由于各层的速度不同，便形成速度梯度如下图），由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dydu/dy，这是这是流动的基本特征。流动的基本特征。u uy y表征体系流变性质的两个基本参数：表征体系流变性质的两个基本参数：1.1.在单位液层面积（在单位液层面积（A A）上施加的使上施加的使各液层间产生相对运动的外力称为各液层间产生相对运动的外力称为剪剪切应力切应力，简称，简称剪切力剪切力（sheari g sheari g forceforce）,单位为单位为N/m2N/m2，以以S S表示。表示。2.2.剪切速度剪切速度（rate of shearrate of shear），），单位单位为为S S-1-1，以以D D表示。表示。第4页，本讲稿共19页第二节第二节 流变性质流变性质一牛顿流动一牛顿流动牛牛顿顿粘粘度度定定律律：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剪剪切切应应力力（S S）与剪切速度（）与剪切速度（D D）成正比。遵循该法则的液体为牛顿流体。）成正比。遵循该法则的液体为牛顿流体。式式中中，粘粘度度或或粘粘度度系系数数，是是表表示示流流体体粘粘性性的的物物理理常常数数。单位为单位为PaPas，泊，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.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下表中表示制剂研究中常用的各种液体在2020条件下的粘度。条件下的粘度。第6页，本讲稿共19页 根根据据公公式式得得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之之间间如如下图所示，呈直线关系且直线经过原点。下图所示，呈直线关系且直线经过原点。(a)a)牛顿流动牛顿流动第7页，本讲稿共19页二非牛顿流动二非牛顿流动u 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、软膏以及固溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀体系的流动。把这液的不均匀体系的流动。把这种种不遵循牛顿粘度定律的不遵循牛顿粘度定律的物质称为物质称为非牛顿流体非牛顿流体，这种物质的流动这种物质的流动现象称为现象称为非牛顿流动非牛顿流动。u 非牛顿流体的剪切速度非牛顿流体的剪切速度D D和剪切应力和剪切应力S S的变化规律，经作图后的变化规律，经作图后可得四种曲线的类型：可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀形流动、塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动触变流动。u 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。第8页，本讲稿共19页（一）塑性流体（一）塑性流体塑塑性性流流动动的的流流动动曲曲线线：曲曲线线不不经经过过原原点点，在在横横轴轴S S轴轴上上的的某某处有交点，得屈服值（处有交点，得屈服值（yield valueyield value）或降伏值）或降伏值。当当切切变变应应力力增增加加至至屈屈伏伏值值时时，液液体体开开始始流流动动，切切变变速速度度D D和和切切变变应应力力S S呈呈直直线线关关系系。液液体体的的这这种种性性质质称称为为塑塑性性流流动动。引引起起液体流动的最低剪切应力为液体流动的最低剪切应力为屈服值屈服值S S0 0：塑性粘度（塑性粘度（plastic viscosityplastic viscosity）；）；S S0 0屈伏值、致流值或降伏值，单位屈伏值、致流值或降伏值，单位为为dynedyne-2-2。(b)b)塑性流动塑性流动第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；有屈伏值塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0S0；当切应力；当切应力S S0S S0S S0时，切变速度时，切变速度D D和切应力呈和切应力呈直线关系。直线关系。n在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较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。高的乳剂和混悬剂。第10页，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（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也随之增大，表现为向上突起的曲线称为胀性流动曲线胀性流动曲线（dilatant flow curvedilatant flow curve）。）。（d d）胀性流动胀性流动 胀性流体的流动公式：胀性流体的流动公式：D=Sn/D=Sn/a a n1n1，为胀性流体；为胀性流体；当当n n接近接近1 1时，流动接近牛顿流动。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体的结构变化示意图n 胀性流动的特点：胀性流动的特点：没屈服值；过原点；切应速度很小时，液没屈服值；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。弯曲。n 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混悬剂如50%50%淀粉混悬剂、糊剂等。淀粉混悬剂、糊剂等。第13页，本讲稿共19页（四）假黏性流体（四）假黏性流体随着随着S S值的增大粘度下降的流动现象称为值的增大粘度下降的流动现象称为假黏性流动假黏性流动。式中，式中，a a 表观粘度（表观粘度（apparent viscosityapparent viscosity）。）。假黏性流动的特点：假黏性流动的特点：没屈服值；过原点；切应速度增大，形成向没屈服值；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。下弯的上升曲线，粘度下降，液体变稀。某些亲水性高分子溶液深度较小时（某些亲水性高分子溶液深度较小时（1%左右）表现为左右）表现为假黏性流体假黏性流体。（c c）假塑性流动假塑性流动第14页，本讲稿共19页第15页，本讲稿共19页三、触变性三、触变性 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件下缓慢地恢复到原来状态的现象称为触变性（触变性（thixlotropythixlotropy）。）。第16页，本讲稿共19页产生触变的原因：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。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性。第17页，本讲稿共19页 流变学在药剂学中的应用流变学在药剂学中的应用 流变学在药学研究中的重要意义在于可以应用流变学理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。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