2014主管藥師考試輔導(dǎo)：流變學(xué)基礎(chǔ)

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　　第十一節(jié)流變學(xué)基礎(chǔ)

　　一、概述

　　(一)流變學(xué)的基本概念

　　流變學(xué)主要是研究物質(zhì)的變形和流動(dòng)的一門(mén)科學(xué)。對(duì)某一物體外加壓力時(shí)，其內(nèi)部各部分的形狀和體積發(fā)生變化，即所謂的變形。

　　對(duì)固體施加外力，固體內(nèi)部存在一種與外力相對(duì)抗的內(nèi)力使固體保持原狀。此時(shí)在單位面積上存在的內(nèi)力稱(chēng)為內(nèi)應(yīng)力。

　　對(duì)于外部應(yīng)力而產(chǎn)生的固體的變形，當(dāng)去除其應(yīng)力時(shí)恢復(fù)原狀的性質(zhì)稱(chēng)為彈性。把這種可逆性變形稱(chēng)為彈性變形，而非可逆性變形稱(chēng)為塑形變形。

　　流動(dòng)是液體和氣體的主要性質(zhì)之一，流動(dòng)的難易程度與流體本身的黏性有關(guān)，因此流動(dòng)也可視為一種非可逆性變形過(guò)程。實(shí)際上，多數(shù)物質(zhì)對(duì)外力表現(xiàn)為彈性和黏性雙重特性，稱(chēng)為粘彈性物質(zhì)。

　　觀察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心處的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快時(shí)可以將流動(dòng)著的液體視為互相平行移動(dòng)的液層，稱(chēng)為層流。

　　由于各層的速度不同，便形成速度梯度du/dy，或稱(chēng)剪切速度。這反映流體流動(dòng)的特征。由于流動(dòng)阻力便產(chǎn)生速度梯度，流動(dòng)較慢的液層阻滯著流動(dòng)較快液層的運(yùn)動(dòng)。使各液層間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力稱(chēng)剪切力，在單位液層面積上所需施加的這種力稱(chēng)為剪切應(yīng)力，簡(jiǎn)稱(chēng)剪切力，單位為N.m-2，以S表示。剪切速度，單位為s-1，以D表示。剪切應(yīng)力與剪切速度是表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)。

　　(二)流變學(xué)在藥劑學(xué)中的應(yīng)用

　　流變學(xué)在藥學(xué)研究中的重要意義在于可以應(yīng)用流變學(xué)理論對(duì)乳劑、混懸劑、半固體制劑等的劑型設(shè)計(jì)、處方組成以及制備、質(zhì)量控制等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

　　1.流變學(xué)在混懸劑中的應(yīng)用

　　在混懸液中分散粒子沉降時(shí)的黏性以及經(jīng)過(guò)振蕩從容器中倒出時(shí)流變性質(zhì)發(fā)生變化。混懸液在靜止?fàn)顟B(tài)下所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，如果只考慮懸浮粒子的沉降，由于其外力很小，可以忽略不計(jì)，但經(jīng)過(guò)振搖后把制劑從容器中倒出時(shí)可以觀察到存在較大的剪切速度。

　　混懸劑在貯藏過(guò)程中若剪切速度小，則顯示較高的黏性;若剪切速度大，則顯示較低的黏性。因此混懸劑在振搖、倒出及鋪展時(shí)能自由流動(dòng)是形成理想的混懸劑的最佳條件。

　　2.流變學(xué)在乳劑中的應(yīng)用

　　乳劑在制備和使用過(guò)程中往往會(huì)受到各種剪切力的影響。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(dòng)性決定。例如，為了使皮膚科用的制劑或化妝品達(dá)到其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，必須調(diào)節(jié)和控制好制劑的鋪展性。另外，為了使注射用乳劑容易通過(guò)注射用針頭，或使乳劑的特性適合于工業(yè)化生產(chǎn)工藝的需要，掌握制劑處方對(duì)乳劑流動(dòng)性的影響非常重要。

　　二、流變性質(zhì)

　　根據(jù)流動(dòng)和變形形式不同，將物質(zhì)分類(lèi)為牛頓流體和非牛頓流體。牛頓流體遵循牛頓流動(dòng)法則，非牛頓流體不遵循該法則。

　　(一)牛頓流動(dòng)

　　實(shí)驗(yàn)證明，純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力S與剪切速度D成正比，牛頓液體的剪切速度D與剪切應(yīng)力S之間呈直線關(guān)系，且直線經(jīng)過(guò)原點(diǎn)。這時(shí)直線斜率的倒數(shù)表示黏度，黏度與剪切速度無(wú)關(guān)，而且是可逆過(guò)程，只要溫度一定，黏度就一定。

　　(二)非牛頓流動(dòng)

　　實(shí)際上大多數(shù)液體不符合牛頓定律，如高分子溶液、膠體溶液、乳劑、混懸劑、軟膏以及固-液的不均勻體系的流動(dòng)均不遵循牛頓定律，因此稱(chēng)之為非牛頓流體，此種物質(zhì)的流動(dòng)現(xiàn)象稱(chēng)為非牛頓流動(dòng)。

　　1.塑性流動(dòng)

　　2.假塑性流動(dòng)

　　3.脹性流動(dòng)

　　三、觸變流動(dòng)

　　當(dāng)對(duì)普魯卡因、青霉素注射液或某種軟膏劑進(jìn)行攪拌時(shí)，由于其黏度下降，故流體易于流動(dòng)。但是，放置一段時(shí)間以后，又恢復(fù)原來(lái)的黏性。像這種隨著剪切應(yīng)力增大，黏度下降，剪切應(yīng)力消除后黏度在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的現(xiàn)象稱(chēng)為觸變性。即所謂的觸變性是施加應(yīng)力使流體產(chǎn)生流動(dòng)時(shí)，流體的黏性下降，流動(dòng)性增加;而停止流動(dòng)時(shí)，其狀態(tài)恢復(fù)到原來(lái)性質(zhì)的現(xiàn)象。

　　四、粘彈性

　　高分子物質(zhì)或分散體系，具有黏性和彈性的雙重特性，我們把這種性質(zhì)稱(chēng)為粘彈性。物質(zhì)被施加一定的壓力而變形，并使其保持一定應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間而減少，把這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力緩和。另外，對(duì)物質(zhì)附加一定重量時(shí)，表現(xiàn)為一定的伸展性或形變，而且隨時(shí)間變化，把這種現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變性。

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