fg6藥劑學流變學基礎

1、 第十四章 流變學根底第一頁，共四十四頁。藥物制劑的根本理論：一、藥物溶液的形成理論二、外表活性劑三、藥物微粒分散系的根底理論四、藥物制劑的穩(wěn)定性五、粉體學根底六、流變學根底七、藥物制劑的設計第二頁，共四十四頁。第三頁，共四十四頁。?中國新藥雜志? 2004年第13卷 第2期第四頁，共四十四頁。1. 流變學原理在藥劑學中某些劑型的處方設計、質量評價以及原輔料質量標準中經(jīng)常會運用。2. 評價半固體及液體的粘度的方法不斷改進，一些制劑的流變參數(shù)與生物利用度及藥效之間的相關性也已建立，流變學的原理的應用在日益擴大。第五頁，共四十四頁。 主 要 內(nèi) 容第一節(jié) 概述第二節(jié) 流變性質第三節(jié) 蠕變性質的測定

2、方法第四節(jié) 流變學在藥劑學中的應用第六頁，共四十四頁。第一節(jié) 概 述一、流變學的根本概念一流變學的產(chǎn)生和開展 流變學rheology，由美國化學工程師Bengham 1929年首先提出的概念。它是力學、化學、工程學的交叉和綜合而產(chǎn)生的邊緣學科 實驗是研究流變學的主要方法之一 新分支:如高分子材料流變學、斷裂流變力學、土流變學、巖石流變學、血液流變學以及應用流變學等等 第七頁，共四十四頁。二流變學研究內(nèi)容流變學：研究物質變形和流動的科學變形：物質在外力作用下其內(nèi)部各局部 的形狀和體積的變化 彈性變形elastic deformation變形 塑性變形plastic deformation第八頁，

3、共四十四頁。內(nèi)應力：單位面積上存在的與外力相對抗 的內(nèi)力應 力：引起變形的作用力F除以作用面積A彈 性：除去外部應力時恢復原狀的性質粘 性：是液體內(nèi)部所存在的阻礙液體流 動的摩擦力，也稱內(nèi)摩擦力粘彈性物質第九頁，共四十四頁。二剪切應力和剪切速度 表征體系流變性質的兩個根本參數(shù):剪切速度：速度梯度，單位s-1,以D表示剪切應力：使各液層間產(chǎn)生相對運動的外力叫 剪切力，在單位面積A上所需施加 的力稱為剪切應力，簡稱剪切力， 單位N.m-2,以S表示第十頁，共四十四頁。ABcadbFyyv+ vvD=dv/dy第十一頁，共四十四頁。第二節(jié) 流變性質 一切流體的流變性都可以用切變速度D與剪切力S之間的

4、關系曲線來描述，這種關系曲線稱為流變曲線粘度曲線。不同流變性的流體具有不同的流變曲線，根據(jù)流變曲線的不同，流體可以分為以下幾種： 一、牛頓流體 二、非牛頓流體第十二頁，共四十四頁。一、牛頓流動D 為剪切速度S 為剪切應力曲線的特點：一條通過坐標原點的直線第十三頁，共四十四頁。S=F/A=D=S/ D即剪切應力S與剪切速度D成正比-牛頓流動定律 粘度或粘度系數(shù)，是表示流體粘度的 物理常數(shù)，是流變曲線斜率的倒數(shù) 單位Pas(SI單位)第十四頁，共四十四頁。牛頓流體：服從牛頓流動定律的液體 牛頓流體的特點： 一般為低分子的純液體或稀溶液在一定溫度下，牛頓液體的粘度為常數(shù)，它只是溫度的函數(shù)，隨溫度升高

5、而減小第十五頁，共四十四頁。二、非牛頓流動非牛頓流體(nonNewtonian fluid):不符合牛頓流動定律的液體，如乳劑、混懸劑、高分子溶液、膠體溶液、軟膏以及固液的不穩(wěn)定體系等按非牛頓流體流動的曲線類型可分為塑性流動、假塑性流動、脹性流動、觸變流動第十六頁，共四十四頁。(一)塑性流動(plastic flow)交點屈服值：引起塑性液體流動的最低切變應力S0（致流值） SS0時，形成向上彎曲的曲線彈性形變，不流動SS0時，剪切速度D和剪切應力呈直線關系流動第十七頁，共四十四頁。塑性液體的流動公式：D=(S-S0)/pl pl 塑性粘度 S在制劑中表現(xiàn)為塑性流動的劑型有：濃度較高的乳劑、混

6、懸劑、單糖漿、涂劑在其它材料中表現(xiàn)：油漆、牙膏、泥漿等第十八頁，共四十四頁。塑性流體的結構變化示意圖產(chǎn)生原因：體系中粒子受到范德華力或氫鍵作用在靜置狀態(tài)下形成立體網(wǎng)絡結構，要使體系流動，就要破壞這些網(wǎng)狀結構。第十九頁，共四十四頁。(二)假塑性流動(pseudoplastic flow)SD沒屈服值；過原點的凹形曲線流動公式：D=Sn/aa表觀粘度剪切力增大，粘度下降，液體變稀0第二十頁，共四十四頁。假塑性流體的結構變化示意圖在制劑中表現(xiàn)為假塑性流動的劑型有：某些親水性鏈狀高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝狀態(tài)的液體。第二十一頁，共四十四頁。 產(chǎn)生原因：大分子或溶膠粒子本身結構是不對稱的，靜止時有

7、各種可能的取向，剪切力增大時，不對稱粒子逐漸將長軸轉向流動方向排列，減小了對流動的阻礙，表觀粘度隨之降低。剪切力越大，粒子取向作用越完全，體系的表觀粘度就越小a =Sn/D第二十二頁，共四十四頁。(三)脹性流動(dilatant flow)沒屈服值；過原點的凸形曲線a=Sn/D剪切力增大，表觀粘度增加，液體變稠DS0第二十三頁，共四十四頁。脹性流體的結構變化示意圖產(chǎn)生原因：靜止時粒子排列緊密，但不聚結，粒子間的液層有潤滑作用，因而流動阻力小，表觀粘度低。切力的增加，許多粒子被攪在一起，液層原有的潤滑作用相應減小，流動阻力增大，表觀粘度隨之上升。a=Sn/D第二十四頁，共四十四頁。在制劑中表現(xiàn)為

8、脹性流動的劑型為： 含有大量固體微粒的高濃度混懸劑如50%淀粉混懸劑、糊劑、淀粉、滑石粉等在其它材料中有： 涂料、顏料等第二十五頁，共四十四頁。三、觸變流動(thixotropic flow)環(huán)形曲線切力增加上行線切力降低下行線 滯后面積：上行線和下形線不重合DS第二十六頁，共四十四頁。觸變性隨著剪切應力，粘度，剪切應力消除后粘度在等溫條件下緩慢地恢復到原來狀態(tài)的現(xiàn)象衡量觸變性大小的定量指標滯后面積DS第二十七頁，共四十四頁。產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加剪切力后，破壞了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結構，當剪切力減小時，液體又重新恢復原有結構，恢復過程所需時間較長，因而觸變流動曲線中上行線和下行線就不重合DS第

9、二十八頁，共四十四頁。 觸變流動的特點：塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性 藥劑中很多制劑具有觸變性：如油制普魯卡因注射液 液體或半固體制劑：糖漿、某些軟膏等 其它材料：鉆井泥漿、土壤第二十九頁，共四十四頁。 A-牛頓流體 B-塑性流體 C-假塑性流體 D-脹性流體 E-觸變性流體直線凹型曲線環(huán)形曲線凸型曲線第三十頁，共四十四頁。四、粘彈性(viscoelasticity)粘彈性高分子物質或分散體系具有粘性和彈性雙重特性 應力緩和(stress relaxation)物質被施加一定的壓力而變形，并使其保持一定應力時，應力隨時間而減少的現(xiàn)象蠕變性(creep)對物質附加一定的重量時，

10、表現(xiàn)為一定的伸展性或形變，而且隨時間變化的現(xiàn)象第三十一頁，共四十四頁。一麥克斯韋爾Maxwell模型二福格特Voigt模型 三雙重粘彈性模型 粘彈性的模型表示方法：第三十二頁，共四十四頁。三個主要測定途徑： 測定使待測樣品產(chǎn)生微小應變r(t)時所需的應力S(t) 測定對待測樣品施加應力S(t)時所產(chǎn)生的應變程度r(t) 施加一定剪切速度時，測定其應力S(t)第三節(jié) 蠕變性質的測定方法第三十三頁，共四十四頁。具體測定方法：1.不隨時間變化的靜止測定法，即r0一定時，施加應力S0一點法只適用于牛頓流體的測定一般用毛細管或落球粘度計2.旋轉或轉動測定法，對于膠體和高分子溶液的粘度，其變化主要依賴于剪

11、切速度多點法旋轉式、圓錐平板、轉筒粘度計 第三十四頁，共四十四頁。粘度計介紹：一、落球粘度計原理：在有一定溫度試驗液的垂直玻璃管內(nèi)，使具有一定密度和直徑的玻璃制或鋼制的圓球自由落下，通過測定球落下時的速度，可以得到試驗液的粘度缺點：需要大量的澄明液體=t(b-1)B第三十五頁，共四十四頁。二、旋轉粘度計 原理：筒內(nèi)裝入試驗液，然后用特制的旋轉子進行旋轉，考察產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象，利用作用力求得產(chǎn)生的應力第三十六頁，共四十四頁。三、圓錐平板粘度計優(yōu)點：錐角很?。?度），僅需0.5-1ml少量樣品第三十七頁，共四十四頁。第四節(jié) 流變學在藥劑學中的應用P344 流變學理論對乳劑、混懸劑、半固體制劑等劑型設

12、計、處方組成以及制備、質量控制等研究具有重要意義第三十八頁，共四十四頁。一流變學在混懸劑中的應用混懸劑靜止狀態(tài)時的剪切應力忽略不計，但振搖后把制劑沉著器中倒出時存在較大的剪切速度混懸劑在貯藏過程中假設剪切速度小，那么顯示較高的粘性；假設剪切速度大，那么顯示較低的粘性混懸劑在振搖、倒出及鋪展時能自由流動是形成理想的混懸劑的最佳答案條件第三十九頁，共四十四頁。乳劑在制備和使用過程中經(jīng)常會受到各種剪切力的影響，大局部乳劑表現(xiàn)為非牛頓流動在使用和制備條件下乳劑的特性是否適宜，主要由制劑的流動性決定。表達在乳劑鋪展性、通過性、適應性等方面掌握制劑處方對乳劑流動性的影響非常重要相體積比、粒度、粘度等二流變

13、學在乳劑中的應用第四十頁，共四十四頁。相體積比： 0.05，牛頓流動 流動性下降，假塑性流動塑性流動 接近0.74相轉移，粘度 ，粒徑粒徑： 粒徑較大時，在同樣的平均粒徑條件下，粒度分布范圍廣的系統(tǒng)粘度低連續(xù)相粘度：切變速度 粘度 液滴間距離增大乳化劑類型、濃度第四十一頁，共四十四頁。三流變學在半固體制劑中的應用半固體制劑的處方組成發(fā)生變化時可改變其流變性質外界因素如溫度等也對半固體制劑的流變性質有影響具有適宜的粘度是半固體制劑的處方設計和制備工藝過程優(yōu)化的關鍵第四十二頁，共四十四頁。流變學在藥學中應用液體 半固體 固 體 制備工藝a.混合 皮膚表面上制劑的 壓片或填充膠囊時 裝量的生產(chǎn)能力 鋪展性和粘附性 粉體的流動 b.由剪切引 從瓶或管狀容器中 粉末狀或顆粒狀 操作效率的提高 起的分散系 制劑的擠出 固體充填性粒子的粉碎c.容器中的 與液體能夠混合的液體的流出 固體量和流入d.通過管道輸送 從基質中藥物的釋放液體的制劑過程e.分散體系的物理穩(wěn)定性第四十三頁，共四十四頁。內(nèi)容總結