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第十一章 流变学基础
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主要内容
一．概述 二．流体的基本性质 三．流变性测定法 四．流变学在药剂学中的应用
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第一节 概述
一、基本概念 • 流变学 (Rheology)系指研究物质变形和流动
的科学。
物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性 称为流变性。
物体中质点 相对运动的 表现和结果
流变学是把液体和固体的性质结合为整体进行研究
3、流动
不可逆过程
液体受应力作用发生变形，即表现为流动。
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4.黏性（viscosity）
流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。
5.塑性(plasticity)
施加较大外力时才发生变形，解除外力后不能复原。
6.屈服值(yield value)
引起变形或流动的最小应力
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7、剪切应力与剪切速度
• 特点：切变应力增大其 粘度也随之增大（切变 稠化）
• 胀性流动的剂型：
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。
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高浓度细小微粒
打破紧密排列,体积膨胀
分散剂
分散剂
湿状态
干状态
胀性流体的结构变化示意图
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三、触变性
触变性：随着切变应力增大时， 粘度下降，切变应力消除后粘度 在等温条件下缓慢地恢复原来状 态的现象。
玻璃管内，使具有一定密度和直 径的玻璃制或钢制的圆球自由落 下，通过测定球落下时的速度， 可以得到试验液的黏度。
采用标准液比对的方法
(0 )t s (0 s )ts
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3、旋转式黏度计
原理：筒内装入试验液，然后用特制的旋转子进行
旋转时，考察产生的弯曲现象，利用作用力求得 产生的应力。
• 在非牛顿流动中， 当切变速度增加时形成向上的 流动曲线，称上行线； 当切变速度减少时形成向下的 流动曲线，称下行线。
恢复过程 网状结构被破坏
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浓的混悬液、乳剂、某 些亲水性高分子溶液
触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换
凝胶
激烈振动 静置
溶胶
• 塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性
• 特点：切变应力增加，粘
度下降（斜率增加）
D Sn ηa
表观粘 度
表现为假塑性流动的剂型：
某些亲水性高分子溶液；微粒分散 体系处于絮凝状态的液体。
浓度低表现出假黏性
假黏性 假塑性
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交错的长链高分子
顺序排列，阻力降低
假塑性流体的结构变化示意图
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(三) 胀性流动(dilatant flow)
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影响触变性的因素
与质点的形状有关 不均匀性与定向性 针状或片状质点比球状质点易于表现出触变性 较细的质点，形状越不对称，体系越易呈现触
变性
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pH：聚丙烯酸、poloxamer、EC…… 温度:相转变温度，poloxamer 聚合物浓度：poloxamer 聚合物的联合应用：卡波普-聚丙烯酸（2:1） 聚合物结构的修饰：HEC修饰疏水基团-增稠 离子的加入：硅酸镁铝（-）分散于海藻酸钠或
也随之减小。
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三、请指出A|B|C|D|E各表示哪种流动？
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四、请描述流体的触变性
• 对一些流体进行搅拌时，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。像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原来状态的现象称为触 变性。
半固体
制备工艺
皮肤表面上制剂的伸 提高装量的生
展性和粘附性
产能力
从瓶或管状容器中的 制剂的挤出
提高操作效率
容器中的液体的流 与液体能够混合的固
出和流入
体量
通过管道输送液体 的制剂过程
从基质中药物的释放
分散体系的物理稳 定性
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本章小结
1. 概述（基本概念） 2. 流体的基本性质
牛顿流动、非牛顿流动（塑性、假塑性、胀性、假 黏性）、触变性 3. 流变性测定法 毛细管黏度计、落球黏度计、旋转黏度计、制剂 流变性的评价方法 4. 流变学在药剂学中的应用
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第二节 流体的基本性质
一、牛顿流动
• 理想的液体服从牛顿粘度法则:
1687年，牛顿定律，
S=D
Newtonian equation
D为剪切速度( s-1)
S为剪切应力(N/m2, Pa)
为粘度系数[单位Pa·s，1Pa·s=10P(泊)]，或称
动力粘度，简称粘度。
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牛顿流体的特点：
①在一定温度下，牛顿液体 的粘度为常数，它只是 温度的函数，随温度升高 而减小
基本原理
在一定压力下，根据流体的压力差或自身的重 量，经过一定长度的标准毛细管所需要的时间或流 速，并计算流体的黏度。
测定方法
分别测定已知液体和待测液体流经毛细管所需
要的时间或流速。
1 1t1 2 2t2
相对黏度
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平氏黏度计 乌氏黏度计
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2、落球黏度计
原理：含有一定温度试验液的垂直
壳聚糖溶液中可增加粘度
其他辅料的添加：卵磷脂、甘油等增加粘度
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第三节 流变性测定法
黏度——液体制剂的重要的流变学特性 黏度的表示方法：
绝对黏度、运动黏度、相对黏度、增比黏 度、比浓黏度、特性黏度等。 影响黏度的因素： 温度、压力、分散相、分散介质
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1、毛细管黏度计（ostwald viscometer）
• 特点：具有致流值S0 • 致流值(yield value)：引
起塑性流体流动的最低
切应力S0 。
D S S0 η
表现为塑性流动的剂型：
S0
致流值
浓度较高的乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂等 12
网状结构
网状结构逐渐被破坏，表现为粘度的降低。
塑性流体的结构变化示意图
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(二) 假塑性流动/假黏性流动
同心双筒式
测定低黏度液体
锥板式
平行板式
测定高黏度液体
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4、制剂流变性的评价方法
• 软膏、乳剂、雪花膏等半固体制剂 • 针入度黏度计（penetrometer）：稠度
平板伸展仪（spread meter）：延展性
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第四节 流变学在药剂学中的应用
和液体粘度、流动性、触变性有关
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药物制剂的流变性质
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思考题
一、 名词解释 1. 牛顿流体 2. 致流值 3. 触变性
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二、以下关于流变学的描述正确的是： A
A．牛顿流动的流体在层流条件下的剪切应力S与 剪切速度D成正比；
B．塑性流动的流动曲线经过原点； C．假塑性流动的流体随着剪切应力的增大而粘度
增大； D．胀性流动曲线显示随着剪切应力的增大其粘性
试样内部的应力随时间而减小的过程。
蠕变：把一定大小的应力施加于黏弹体时，物体的
形变随时间而逐渐增加的现象。
应力不变， 外形发生变化
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黏弹性模型：
弹性模型的弹簧和黏性模型的缓冲器组合
（胡克模型）
（阻尼模型）
麦克斯韦（Maxwell）模型： 串联；应力缓和
沃格特（Voigt）模型： 并联；蠕变现象
双重粘弹性模型： 麦克斯韦模型和沃格特模型组合
表征体系流变性的基本参数
剪切力—促使液层流动的力
剪切应力： S=F/A
剪切速度： D d力，称内摩擦
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8.黏弹性（viscoelasticity）
高分子物质或分散体系具有黏性和弹性 的双重特性
表现：
外形不变， 内应力发生变化
应力松弛：试样瞬时变形后，在不变形的情况下，
②一般为纯液体和多数低分 子溶液
D = S/
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二、非牛顿流动 (non-Newtonian fluid)
不符合牛顿定律的液体
如乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液等。
塑性流动 假塑性流动
胀性流动
A：牛顿流动
B：塑性流动
C：假塑性流动（假黏性流动）
D：胀性流动
E：触变性
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(一)塑性流动(plastic flow)
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1、变形
对某一物体施加压力时，其内部各部分的形状和体积
发生变化，即变形。
外部应力而产生的固体的变形，
当去除外力时能恢复原状
弹性变形(elastic deformation)
塑性变形(plastic deformation) 当去除外部应力时，发
生的非可逆性变形
2、应力
固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状
稳定性：控制乳剂连续相的流变特性 可挤出性：软膏剂、凝胶剂 涂展性：涂敷皮肤使用 通针性：注射用混悬剂 滞留性：眼部给药制剂 控释性：溶胶-凝胶体系
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在混悬剂中的应用
• 静置 流动
粘度高 粘度低
①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
②具有触变性的助悬剂对混悬剂 的稳定性十分有利
假塑性流 体
牛顿流体
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• 乳剂：在使用和制备条件下乳剂的特性是否 适宜，主要由制剂的粘度和流动性而定。
（例如：皮肤用乳剂流动性和铺展性如何？）
• 半固体制剂：软膏基质的塑性和触变性 设计具有最佳粘度特性的软膏处方和制备工 艺过程。
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流变学性质对生产工艺的影响
液体
混合
由切变引起的分散 系粒子的粉碎