流变学基础
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Rheology(流变学基础)
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律， 实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶 胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液、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 不遵循牛顿粘度定律的物质称为 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 非牛顿流动。 顿流体，这种物质的流动现象称为非牛顿流动。 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律，经 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律， 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、 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。 形流动、触变流动。 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。
对于这种粘弹性， 对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 麦克斯韦尔（Maxwell） （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 福格特（Voigt） （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
胀性液体的流动公式： 胀性液体的流动公式： /η D= Sn /ηa n<1，为胀性流体； n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。 接近1 流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 胀性流动的特点：没屈伏值；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， 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。 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。 50%淀粉混悬剂 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。
第十四章 流变学基础
流动可视为一种可逆性变形过程，与流体本身的粘度 （viscosity）有关。
测试仪器
基本参数
层流：流体流动时形成互相平行移动的液层。
剪切速度（rate of shear，Ｄ)：层流各层速度的不
同形成速度梯度，称为剪切速度。
使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液 层面积上所需施加的这种力称为剪切应力（shearing force，Ｓ）。
第六章 流变学基础
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第六章
第一节 基本概念
流变学基础
流变学（rheology）：主要是研究物质的变
形和流动的一门科学。
变形：物体受外力时，内部各部分的形状和体积发生 变化，称为变形。可恢复原状（可逆性）的变形为弹
性变形（elastic deformation)，反之则称为塑形变
形（plastic deformation)。
1,000 30 40 1/s 50 Shear Rate
第三节 粘度的测定
毛细管式粘度计
旋转粘度计 落球式粘度计
第四节 流变学的药剂学应用
流变学在药学研究中的重要意义在
于可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、质量等进行评价。
剪切应力和剪切速度是表征体系流变性质的两个基本
参数。
第二节 流变性质
一、牛顿流动
纯液体和多数低分子 溶液在层流条件下剪 切应力Ｓ与剪切速度
D
Ｄ成正比，遵循该法
则的液体为牛顿流体 （Newtonian fluid）。
S=F/A=ηD或D=S/η
S
06第六章 流变学基础
种性质称为触变性。
18
触变性流体
• 触变流动的流动曲线特点：剪切应力的
下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表 现为环状滞后曲线。
• 产生触变的机制：随着剪切应力的增加，
粒子之间形成的结构受到了破坏，粘性减小； 撤掉剪切应力时，被拆散的粒子靠布朗运动移 动到一定的几何位置，才能恢复原来的结构， 即粒子之间结合构造的恢复需要一段时间，从 而呈现出对时间的依赖，表现出触变性。
F B
dv dx
A
6
三、黏弹性
黏弹性(viscoelasticity):是指物质具有黏性与弹 性的双重特性，具有这种性质的物体称为黏弹 体，如软膏剂或凝胶剂等半固体制剂。
7
第二节 流体的基本性质
一、牛顿流体
1.牛顿公式：理想液体服从牛顿黏性定律——流 体内部的剪切应力与垂直于流体运动方向的速度
梯度D成正比，即S=F/A=D
A为面积；F为A面积上施加的力；为黏度或黏度系数[Pa·s, 1Pa·s=10P(泊)]， 20℃水的粘度约为1厘泊。
8
二、非牛顿流体 塑性流体 假塑性流体 胀性流体 触变性
9
塑性流体 • 塑性流动(plastic flow) ：当外加剪切
应力较小时，物体不流动，只发生弹 性变形，当剪切应力超过某一限度时， 物体发生永久变形，表现为可塑性。
• 屈服切应力与制剂流动性有关，选择有适 当屈服切应力的基质，保证其具有合适的 流动性（既不容易从容器中流出，也要易 于在皮肤上铺展）
33
二、流变性质对不同制剂制备方法的影响 栓剂制备中的应用
• 栓剂在直肠温度下的流变学性质会影响栓 剂中药物的释放和生物吸收。
34
三、流变性质对生产工艺的影响
药剂学第七章 流变学基础
二、落球粘度计法 落球粘度计的 原理是：在含有受 试液的垂直玻璃管 内（在一定温度下 ），使玻璃球或钢 球自由落下，由球 的落下速度和球的 质量即可求得受试 液的粘度（见右图 ）。
Hoeppler落球粘度计
测定方法是将试验液和圆球装入到玻璃管 内，外围的恒温槽内注入循环水保持一定 的温度，使球位于玻璃管上端，然后准确 地测定球经过上下两个标记线的时间，反 复测数次，利用下式计算得到牛顿液体的 粘度。
圆锥—平板粘度计
切变速度用每分钟圆锥旋转的转速来表示， 切变应力通过刻度读取，然后用切变应力与切变 速度作图，以下面的公式即可以计算得到试验液 的粘度。 T η= C
V
式中，C——常数；T——转矩；V——每分钟的 旋转数，即圆锥的旋转速度 如果试验液为塑性流动的流体，则其塑性粘 度用下式可以表示： T Tf U C V
D
S S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降 伏值，单位为dyne· ㎝-2。
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。 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。
（b）型：
2 2R1 L 2
K1 2R / 3 K2
3
（c）型： K1 R
K2
/2 h/ R
3
圆锥——平板粘度计法 Ferranti-Shirley粘度计为圆锥—平板粘度计的 一种类型。Ferranti-Shirley圆锥—平板粘度计的 装置如下图所示。测定方法为将试验液放在平板 的中央，然后把平板推至上面的圆锥下部，使试 验液在静止的平板和旋转的圆锥之间产生切变。
第七章 流变学基础
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。
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 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。
下的粘度。
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
二．非牛顿流动
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。
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。
对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
（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：
（二）假塑性液体
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~ 特点：具有屈服值(S0) ，剪切应力超过S0 值时才开始流动。 剪切稀化 如MC、CMC等大多数高高分子溶液
（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）。 胀性流体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
流变学基础
➢ 其原因主要是随着温度 的升高凡士林的蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，通常在温度发生 变化的条件下能够维持树 脂状结构。
剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域
(一）流变学在混悬剂中的应用
➢ 流变学可应用于讨论影响混悬液中分散粒子沉降时的粘 性及经过振荡从容器中倒出混悬剂时的流变性质的变化。 同时也可以应用于投药部位的洗剂的伸展性能等方面。混 悬液在静止状态下所产生的切变应力，如果只考虑悬浮粒 子的沉降，由于其存在的力很小，故可以忽略不计。但是 ，经过振摇后把制剂从容器中倒出时可以观察到存在较大 的切变速度。
D
S
S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降伏 值，单位为dyne·㎝-2。
塑性流体的结构变化示意图
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。
➢在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某些亲水性高分子溶 液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。
（三）胀性流动（dilatant flow）
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）。
胀性液体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
➢ 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）。
➢ 把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformat- ion）。
剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域
(一）流变学在混悬剂中的应用
➢ 流变学可应用于讨论影响混悬液中分散粒子沉降时的粘 性及经过振荡从容器中倒出混悬剂时的流变性质的变化。 同时也可以应用于投药部位的洗剂的伸展性能等方面。混 悬液在静止状态下所产生的切变应力，如果只考虑悬浮粒 子的沉降，由于其存在的力很小，故可以忽略不计。但是 ，经过振摇后把制剂从容器中倒出时可以观察到存在较大 的切变速度。
D
S
S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降伏 值，单位为dyne·㎝-2。
塑性流体的结构变化示意图
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。
➢在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某些亲水性高分子溶 液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。
（三）胀性流动（dilatant flow）
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）。
胀性液体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
➢ 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）。
➢ 把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformat- ion）。
：流变学基础
本章主要内容：
一、流变学的基本概念 二、流变性质（流体类型、流变曲线及其特点） 三、蠕变性质的测定方法 四、流变学在药剂学中的应用
第十四章:流变学（rheology）基础
第一节 概述
流变性
物体在外力作用下所表现出的 变形与流动称为流变性
第十四章:流变学基础
（一）研究内容
1.变形：弹性变形：可逆变形 塑性变形：非可逆变形 2.流动：液体和气体的性质之一
悬剂。
二、在乳剂中的应用：· 三、在半固体制剂中的应用：·
21
思考题:
1叙述流体的流动类型,并画图表示.
4
第十四章:流变学基础
第二节 流变性质
分类
1牛顿流动 2非牛顿流动 1) 塑 性 流 动 2) 假 塑 性 流 动 3) 胀 性 流 动 3触变流动
A-牛顿流体； B-塑性流体； C-假塑性流体；D-胀性流体； E-触变性流体.
第十四章:流变学基础 一、牛顿流动
牛顿黏度定律：在层流条件下的剪切应力与剪切速度成正比 流动方程：D=S/η 特点：1.它的切变速度与剪切应力之间是通过原点的直线关系； 2.斜率为1/η，所以温度一定时，其黏度η是一个常数， 与D 无关，即黏度只是温度的函数(反比)。
塑性流体的结构变化示意图
11
二、非牛顿流动
2.假塑性流动（pseudoplastic flow）
1)随剪切应力的增大，η下降； 2)曲线通过原点为准塑性流动； 3)其流动公式为D=Sn/ ηa n是指数， n>1,它越大非牛顿性越大 ηa ：表观黏度 4)原因：随S增大，分子长轴按流动方向有序排列·
（二）剪切速度与剪切应力
液体受应力作用变形，即流动， 是不可逆过程。 粘性(viscosity)是液体内部所在的 阻碍液体流动的摩擦力，称内摩 擦。 D为剪切速度(rate of shear), 各液 层的速度不同而产生的速度梯度 D=dv/dy
一、流变学的基本概念 二、流变性质（流体类型、流变曲线及其特点） 三、蠕变性质的测定方法 四、流变学在药剂学中的应用
第十四章:流变学（rheology）基础
第一节 概述
流变性
物体在外力作用下所表现出的 变形与流动称为流变性
第十四章:流变学基础
（一）研究内容
1.变形：弹性变形：可逆变形 塑性变形：非可逆变形 2.流动：液体和气体的性质之一
悬剂。
二、在乳剂中的应用：· 三、在半固体制剂中的应用：·
21
思考题:
1叙述流体的流动类型,并画图表示.
4
第十四章:流变学基础
第二节 流变性质
分类
1牛顿流动 2非牛顿流动 1) 塑 性 流 动 2) 假 塑 性 流 动 3) 胀 性 流 动 3触变流动
A-牛顿流体； B-塑性流体； C-假塑性流体；D-胀性流体； E-触变性流体.
第十四章:流变学基础 一、牛顿流动
牛顿黏度定律：在层流条件下的剪切应力与剪切速度成正比 流动方程：D=S/η 特点：1.它的切变速度与剪切应力之间是通过原点的直线关系； 2.斜率为1/η，所以温度一定时，其黏度η是一个常数， 与D 无关，即黏度只是温度的函数(反比)。
塑性流体的结构变化示意图
11
二、非牛顿流动
2.假塑性流动（pseudoplastic flow）
1)随剪切应力的增大，η下降； 2)曲线通过原点为准塑性流动； 3)其流动公式为D=Sn/ ηa n是指数， n>1,它越大非牛顿性越大 ηa ：表观黏度 4)原因：随S增大，分子长轴按流动方向有序排列·
（二）剪切速度与剪切应力
液体受应力作用变形，即流动， 是不可逆过程。 粘性(viscosity)是液体内部所在的 阻碍液体流动的摩擦力，称内摩 擦。 D为剪切速度(rate of shear), 各液 层的速度不同而产生的速度梯度 D=dv/dy
第六章 流变学基础
第六章流变学基础第一节概述一、变形与流动变形：对某一物体施加压力时其内部各部分形状和体积发生变化的过程应力（stress）：对物体施加外力时内部产生对应的力使其保持原状，此时单位面积上存在的力弹性（elasticity）：物体在外力作用下发生形变，外力撤销后恢复原来的状态的性质黏性（viscosity）：物体在外力作用下质点间相对运动产生的阻力二、剪切应力和剪切速率三、黏弹性：黏性与弹性的双重性质，这种物体为黏弹体第二节流体的基本性质一、牛顿流体牛顿公式：流体内部剪切应力与垂直于流体运动方向的速度梯度成正比二、非牛顿流体（一）塑性流体：剪切应力较小时发生弹性形变，超过某一值后发生塑性流动原因：静止时粒子聚集成网状结构，当应力超过屈服值时开始塑性流动（二）假塑性流体：加小的应力就会发生流动，没有屈服值（三）胀性流体：阻力随应力增大而增大条件：1、粒子必须是分散的2、分散相浓度在一个狭小的范围（四）触变性：体系搅拌时为流体，停止搅拌时逐渐变稠甚至胶凝第三节流变性测定法一、黏度的测定（一）黏度的测定方法绝对黏度、相对黏度、动力粘度、特性黏度、增比粘度、比浓黏度（二）影响因素1、温度2、压力3、分散介质4、分散相（三）仪器1、毛细管式黏度计：根据液体在毛细管的流出速度测量液体黏度2、旋转式黏度计：旋转过程中作用于液体的剪切应力大小3、落球式黏度计二、稠度的测定1、插度计：一定温度下150g金属椎体放在待测物表面以插入深度测定稠度2、平行板黏度计：样品夹在板间，施加压力根据扩散速度评价其涂展性第四节流变学在药剂学中的应用一、药物制剂的流变性质（一）稳定性（二）可挤出性（三）涂展性（四）通针性（五）滞留性（六）控释性二、对制备方法的影响（一）乳剂中制备的影响：表面黏性、表面弹性、表面黏弹性（二）软膏剂制备的应用：（三）混悬剂制备中的应用（四）栓剂制备中的应用三、药物制剂流变学对生产工艺的影响（一）工艺放大（二）混合作用四、心理流变学软膏剂的分类：1、较柔软，主要用于眼部2、中等稠度3、用于渗出性糜烂皮炎。
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第14章
流变学基础
第一节
一．流变学的基本概念
概
述
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。 流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。 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。 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）。
下的粘度。
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
二．非牛顿流动
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。
（二）假塑性流动（pseudoplastic flow）
随着S值的增大粘度下降的流动现象称为假塑性流动。
D 1
a
S (n 1)
n
（c）假塑性流动 式中，ηa ——表观粘度（apparent viscosity）。 假塑性流动的特点：没屈伏值；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。 在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某些亲水性高分子溶 液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。
D
S S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降 伏值，单位为dyne· ㎝-2。
塑性流体的结构变化示意图
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。 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。
触变性的测定可以通过计算滞后环状曲线所包围的 面积，推测由触变流动而产生的结构的破坏和恢复原 来状态的程度。通过这种方法可以控制制剂的特性和 产品的质量。
三.粘弹性(Viscoelasticity)
高分子物质或分散体系具有粘性(viscosity)和弹性 (elasticity)双重特性，称之为粘弹性。 应力缓和(stress relaxation)：物质被施加一定的压 力而变形，并使其保持一定应力时，应力随时间而减少， 此现象称为应力缓和。 蠕变性(creep)：对物质附加一定的重量时，表现为一 定的伸展性或形变，而且随时间变化，此现象称为蠕变性。
温度对软膏基质稠度 的影响，可以利用经过 改进的旋转粘度计进行 测定，并对其现象加以 解释。 右图中可以看出，温 度对两种基质的塑性流 动影响是一样的，而且 降伏点的温度变化曲线 也表现为同样的性质。
而对其触变性而言，
右图中可以看出温度对两 种基质的变化特性完全不 同. 其原因主要是随着温度 的升高凡士林的蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，通常在温度发生 变化的条件下能够维持树 脂状结构。
制成理想的混悬剂的基质。
（二）流变学在乳剂中的应用
乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种切变力的影响 。在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主要由制剂 的流动性而定。例如，为了使皮肤科用的制剂或化妆品达 到其质量标准，必须调节和控制好制剂的伸展性。另外， 为了使皮肤注射用乳剂容易通过注射用针头，且容易从容 器中倒出以及使乳剂的特性适合于工业化生产工艺的需要 ，掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要。 乳剂中除了被稀释成很稀的溶液以外，大部分乳剂主要 表现为非牛顿流动。因此，对其数据的处理或不同系统以 及各制剂间的定量比较非常困难。
(一）流变学在混悬剂中的应用
流变学可应用于讨论影响混悬液中分散粒子沉降时的 粘性及经过振荡从容器中倒出混悬剂时的流变性质的变化 。同时也可以应用于投药部位的洗剂的伸展性能等方面。 混悬液在静止状态下所产生的切变应力，如果只考虑悬浮 粒子的沉降，由于其存在的力很小，故可以忽略不计。但 是，经过振摇后把制剂从容器中倒出时可以观察到存在较 大的切变速度。 Mervine 和 Chase 提出混悬剂在贮藏过程中切变速度小 ，显示较高的粘性，切变速度变大，显示较低的粘性。即 混悬剂在振摇、倒出及铺展时能否自由流动是形成理想的 混悬剂的最佳条件。
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。
对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
（一）塑性流动(plastic flow) 塑性流动交点，得屈伏值（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伏值S0：
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。
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。 u y
表现假塑性流动的西黄蓍胶、 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等 物质，具有上述性能。图中用 牛顿流体性质的甘油为对照组 进行实验，结果说明，甘油的 粘性作为悬浮粒子的助悬剂较 为理想。如果从容器中到出以 及在皮肤表面涂膜时其粘度较 高,由于甘油本身的稠度较大 ，且吸湿性高，所以不经稀释 则无法使用。触变性物质在静 臵状态下可形成凝胶，经振摇 后转变为液状。
触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。
塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性， 它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性液体、触 变性胀性液体。
其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线，并 与上升曲线相比向左迁移。在图上表现为环状滞后曲 线。也就是说，用同一个S值进行比较，曲线下降时粘 度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立 即恢复原状，而是存在一种时间差。即所谓的触变性 是施加应力使其流体产生流动时，流体的流动性暂时 性增加。
（三）流变学在半固体制剂中 的应用 在制备软膏剂和化妆品用 雪花膏时，必须控制好非牛顿 流体材料的浓度（稠度）。右 图表示的是乳剂性基质亲水性 凡士林或含有水分的亲水性凡 士林溶液的流动曲线：当亲水性 凡士林中加入水，屈服点由 520g下降到320g，同时其塑性 粘度（下降曲线斜率的倒数） 和触变性随着水的加入而增大 。
对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型
（四）多重粘弹性模型
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。 如制备医疗和化妆品用的雪花膏、糊剂、洗涤剂时必 须调整适当的稠度和润滑性，才能使其制剂达到良好的重 现性。制备制剂时选择的装臵不同，流变学的性质也不一 样。而且，如果在制备过程中制备装臵选择不当，制剂的 流变学性能得不到满意的效果。 一种物质的流变性和变形按其类别可以分两类：一种 为牛顿流变学，另一种为非牛顿流变学。
分散相相关的几个因素主要有相的体积比，粒度分布， 内相固有的粘度等。如分散相体积比相对较低时（0.05以 下），其系统表现为牛顿流动，随着体积比增加系统的流 动性下降，表现为假塑性流动。而体积比高的时候，转变 为塑性流动。如果体积比接近0.74时产生相的转移，粘度 显著增大。而且平均粒子径变小，粘度增大，同时在同样 的平均粒子径条件下，粒度分布范围广的系统比粒度分布 狭的系统粘度低。 另外，影响乳剂粘度的还有一个主要因素为乳化剂。 膜的物理学特性和电学性质也是影响乳剂粘性的重要 因素之一。
右图表示的是皂土、羧甲基纤 维素钠以及皂土和羧甲基纤维 素钠混合物的稠度曲线（consistency curve）：皂土具 有非常显著的滞后曲线，且在 装入膨润土样品的容器的翻转 试验中发现，具有较大的触变 性。而皂土和CMC的混合分散 液曲线，则表现出假塑性流动 和触变性双重性质。因此，可 以通过调节分散液的混合比例，
剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域
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）。
把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformation）。 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。
表征体系流变性质的两个基本参数：
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。
第二节
一．牛顿流动
流变性质
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。
（三）胀性流动（dilatant flow）
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）。
胀性液体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；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。
流变学基础
第一节
一．流变学的基本概念
概
述
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。 流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。 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。 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）。
下的粘度。
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
二．非牛顿流动
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。
（二）假塑性流动（pseudoplastic flow）
随着S值的增大粘度下降的流动现象称为假塑性流动。
D 1
a
S (n 1)
n
（c）假塑性流动 式中，ηa ——表观粘度（apparent viscosity）。 假塑性流动的特点：没屈伏值；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。 在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某些亲水性高分子溶 液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。
D
S S0
(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降 伏值，单位为dyne· ㎝-2。
塑性流体的结构变化示意图
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。 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。
触变性的测定可以通过计算滞后环状曲线所包围的 面积，推测由触变流动而产生的结构的破坏和恢复原 来状态的程度。通过这种方法可以控制制剂的特性和 产品的质量。
三.粘弹性(Viscoelasticity)
高分子物质或分散体系具有粘性(viscosity)和弹性 (elasticity)双重特性，称之为粘弹性。 应力缓和(stress relaxation)：物质被施加一定的压 力而变形，并使其保持一定应力时，应力随时间而减少， 此现象称为应力缓和。 蠕变性(creep)：对物质附加一定的重量时，表现为一 定的伸展性或形变，而且随时间变化，此现象称为蠕变性。
温度对软膏基质稠度 的影响，可以利用经过 改进的旋转粘度计进行 测定，并对其现象加以 解释。 右图中可以看出，温 度对两种基质的塑性流 动影响是一样的，而且 降伏点的温度变化曲线 也表现为同样的性质。
而对其触变性而言，
右图中可以看出温度对两 种基质的变化特性完全不 同. 其原因主要是随着温度 的升高凡士林的蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，通常在温度发生 变化的条件下能够维持树 脂状结构。
制成理想的混悬剂的基质。
（二）流变学在乳剂中的应用
乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种切变力的影响 。在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主要由制剂 的流动性而定。例如，为了使皮肤科用的制剂或化妆品达 到其质量标准，必须调节和控制好制剂的伸展性。另外， 为了使皮肤注射用乳剂容易通过注射用针头，且容易从容 器中倒出以及使乳剂的特性适合于工业化生产工艺的需要 ，掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要。 乳剂中除了被稀释成很稀的溶液以外，大部分乳剂主要 表现为非牛顿流动。因此，对其数据的处理或不同系统以 及各制剂间的定量比较非常困难。
(一）流变学在混悬剂中的应用
流变学可应用于讨论影响混悬液中分散粒子沉降时的 粘性及经过振荡从容器中倒出混悬剂时的流变性质的变化 。同时也可以应用于投药部位的洗剂的伸展性能等方面。 混悬液在静止状态下所产生的切变应力，如果只考虑悬浮 粒子的沉降，由于其存在的力很小，故可以忽略不计。但 是，经过振摇后把制剂从容器中倒出时可以观察到存在较 大的切变速度。 Mervine 和 Chase 提出混悬剂在贮藏过程中切变速度小 ，显示较高的粘性，切变速度变大，显示较低的粘性。即 混悬剂在振摇、倒出及铺展时能否自由流动是形成理想的 混悬剂的最佳条件。
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。
对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
（一）塑性流动(plastic flow) 塑性流动交点，得屈伏值（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伏值S0：
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。
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。 u y
表现假塑性流动的西黄蓍胶、 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等 物质，具有上述性能。图中用 牛顿流体性质的甘油为对照组 进行实验，结果说明，甘油的 粘性作为悬浮粒子的助悬剂较 为理想。如果从容器中到出以 及在皮肤表面涂膜时其粘度较 高,由于甘油本身的稠度较大 ，且吸湿性高，所以不经稀释 则无法使用。触变性物质在静 臵状态下可形成凝胶，经振摇 后转变为液状。
触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。
塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性， 它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性液体、触 变性胀性液体。
其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线，并 与上升曲线相比向左迁移。在图上表现为环状滞后曲 线。也就是说，用同一个S值进行比较，曲线下降时粘 度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立 即恢复原状，而是存在一种时间差。即所谓的触变性 是施加应力使其流体产生流动时，流体的流动性暂时 性增加。
（三）流变学在半固体制剂中 的应用 在制备软膏剂和化妆品用 雪花膏时，必须控制好非牛顿 流体材料的浓度（稠度）。右 图表示的是乳剂性基质亲水性 凡士林或含有水分的亲水性凡 士林溶液的流动曲线：当亲水性 凡士林中加入水，屈服点由 520g下降到320g，同时其塑性 粘度（下降曲线斜率的倒数） 和触变性随着水的加入而增大 。
对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型
（四）多重粘弹性模型
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。 如制备医疗和化妆品用的雪花膏、糊剂、洗涤剂时必 须调整适当的稠度和润滑性，才能使其制剂达到良好的重 现性。制备制剂时选择的装臵不同，流变学的性质也不一 样。而且，如果在制备过程中制备装臵选择不当，制剂的 流变学性能得不到满意的效果。 一种物质的流变性和变形按其类别可以分两类：一种 为牛顿流变学，另一种为非牛顿流变学。
分散相相关的几个因素主要有相的体积比，粒度分布， 内相固有的粘度等。如分散相体积比相对较低时（0.05以 下），其系统表现为牛顿流动，随着体积比增加系统的流 动性下降，表现为假塑性流动。而体积比高的时候，转变 为塑性流动。如果体积比接近0.74时产生相的转移，粘度 显著增大。而且平均粒子径变小，粘度增大，同时在同样 的平均粒子径条件下，粒度分布范围广的系统比粒度分布 狭的系统粘度低。 另外，影响乳剂粘度的还有一个主要因素为乳化剂。 膜的物理学特性和电学性质也是影响乳剂粘性的重要 因素之一。
右图表示的是皂土、羧甲基纤 维素钠以及皂土和羧甲基纤维 素钠混合物的稠度曲线（consistency curve）：皂土具 有非常显著的滞后曲线，且在 装入膨润土样品的容器的翻转 试验中发现，具有较大的触变 性。而皂土和CMC的混合分散 液曲线，则表现出假塑性流动 和触变性双重性质。因此，可 以通过调节分散液的混合比例，
剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域
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）。
把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformation）。 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。
表征体系流变性质的两个基本参数：
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。
第二节
一．牛顿流动
流变性质
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。
（三）胀性流动（dilatant flow）
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）。
胀性液体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；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。