第六章 流变学和粉体学

1第六章流变学和粉体学简介第一节流变学一、概述流变学系指研究物体变形和流动的科学。物体变形和流动是物体中质点相对运动的表现和结果。变形是与理想固体弹性有关的性质表现，流动则是与理想液体粘性有关的性质表现。所以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。药剂中混悬剂、乳剂、胶体溶液、软膏剂、片剂和栓剂等，在处方设计、质量评价以及制备工艺的确定等都涉及到流变学的理论。2二、弹性形变和粘性流动1、弹性形变给固体施以外力时，固体就变形，外力解除，固体就恢复成原有形状，这种可逆的形状变化称为弹性形变。弹性形变时，与原形状相比变形的比率为应变（分为常规应变和剪切应变）。应变的大小与应力成正比。2、粘性流动液体受应力作用产生变形，即流动。应力解除后，变形状态不能恢复到原有状态。变形过程是不可逆的，这种变形的速度皆流速，流速与液体粘度成反比。3三、牛顿流动理想的液体服从牛顿粘度法则，即切变速度D与切应力S成正比：S=F/A=ηD式中F为面积A上施加的力，η为粘度系数，简称粘度（牛顿在1687年提出的著名的牛顿定律），在国际单位制中，η的单位是Pa·s，η倒数称流度。服从牛顿定律的液体称为牛顿液体，其流动形式成为牛顿流动。牛顿液体的特点是：一般为低分子的纯液体或稀液体；在一定温度下，牛顿液体的粘度η为常数，只是温度的函数；牛顿液体的粘度随温度升高而减小。4四、非牛顿流动实际上大多数液体不符合牛顿定律，这样的液体称为非牛顿液体。许多制剂如乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液和半固体制剂如软膏剂等，其流动均不符合牛顿定律。按非牛顿液体流动性质可将非牛顿液体塑性流动、假塑性流动、胀性流动和触变流动。51、塑性流动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。这两种剂型中的粒子处于絮凝状态时，即形成网状结构，对其所施加的切应力，在未超过粒子絮凝作用力和粒子间摩擦力时，不产生流动，只有当切应力达到屈伏值时，微粒才作相对运动。切应力消除后，又重新开始絮凝。液体内部结构不发生永久性改变。2、假塑性流动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，属于假塑性流动液体。63、胀性流动是含有细小微粒高浓度的混悬型分散体系表现的流动。当静止时微粒以最紧密的填充方式排列，分散剂分散于微粒的周围以及空隙间，外观表现为很湿的状态。当施加很小的切应力时，微粒间可以互相滑动，对抗外力的阻力小，表现为表观粘度较小。当切应力增大时，这种紧密排列被打破，表观体积开始膨胀，对抗外力的阻力增大，分散剂难以填充于微粒空隙之间，外观表现为干燥。74、触变流动浓的混悬剂、乳剂及某些亲水性高分子溶液，在静止状态时形成很牢固的有一定内部结构的凝胶，当激烈振荡时内部结构被破坏，凝胶状态变为可流动状态，静置后又重新凝胶状态。这种等温的溶胶和凝胶的可逆转换就是触变流动的特点。塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多具有触变性。五、流变性的测定主要利用粘度计来测定各种液体的粘度。8第二节粉体学一、概述粉体学是研究具有各种形状的粒子集合体性质的科学。粉体属于固体分散体系在空气中形成的粗分散体系，粉体中的粒子大小范围一般在0.1-100μm之间。药剂中某些制剂本身就是粉体如散剂、制片时粉碎后的药物细粉、填充胶囊用的药物粉末；一些药用辅料如稀释剂、黏合剂、崩解剂、润滑剂等就是典型的粉体。二、粉体粒子大小粉体粒子愈小，比表面积愈大，其溶解度、吸附性、附着性、粉体密度、孔隙率、流动性都发生明显变化。所以粉体粒子大小是粉体最基本的性质。91、粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义。粒子大小可用粒子径表示。⑴几何学径①长径：粒子最长两点间距离；②短径：粒子最短两点间距离；③定向径：全部粒子按同一方向测得的粒子径；④等价径：与粒子投影面积相等的圆的直径为等价径；⑤外接圆等价径：粒子投影外接圆的直径为外接圆等价径。⑵比表面积径用吸附法或透过法测定粉体的比表面积后推算出的粒子径。⑶有效径又称Stokes径，用沉降法求得的粒子径，是指与被测定粒子有相同沉降速度的球形粒子的直径。⑷平均粒径由若干粒子径的平均值表示的粒径。102、粒子径的测定方法⑴光学显微镜法显微镜法实际上测定的是粒子的投影而不是粒子的本身。⑵筛分法用筛孔的孔径表示粒子径的方法。⑶库尔特计数法利用库尔特计数仪测定粒子径。⑷沉降法利用混悬液体中粒子的沉降速度服从Stokes定律，根据Stokes公式求出粒径：t=h/v=18·ηh/（（ρ-ρ0）gd2）测定时，只要测定t时间的粒子沉降高度h，即可求出粒径d。⑸比表面积法测定比表面积，计算平均粒径。113、粒度分布某一粒径范围内粒子占有的百分率即粒度分布。粒度分布关系到粒子的均匀性、药物的溶出速度和生物利用度。12三、粉体粒子的比表面积1、比表面积粒子的比表面积是指单位重量或体积所具有的粒子表面积。分别用SW或SV表示：SW=6/（ρdVS）SV=6/dVSρ为粒子真密度，dVS为平均粒径。2、比表面积的测定⑴吸附法⑵透过法⑶折射法13四、粉体的密度及孔隙率粉体的体积包括粉体自身的体积，也包括粉体粒子之间的空隙和粒子内的孔隙。由于体积的表示方法不同，粉体的密度及孔隙率就有不同的表示方法。五、粉体的流动性粉体的流动性是粉体的重要性质。高速压片机、高速胶囊填充机等要求物料具有很高的流动性。141、粉体流动性表示方法①休止角静止状态的粉体堆积体自由表面与水平面之间的夹角为休止角，用θ表示。粉体自漏斗上自由落下，在半径为r的圆盘上形成堆积体，高度为h。则：tanθ=h/rθ越小流动性越大。②流出速度将粉体装于一底部中心带圆孔的圆底容器中，测定单位时间流出粉体的量，即为流出速度。流出速度越大，粉体流动性也越好。③内摩擦系数粉体内粒子与粒子的摩擦情况。152、影响粉体流动性的因素①粒度粒径增大休止角变小。②粒子形状和表面粗糙性粒子形状越不规则，表面越粗糙，休止角就越大，流动性就越小。③吸湿性粉体吸湿性大，休止角就大，但吸湿量超过某一值后，休止角又减小。④加入润滑剂可改变粉体的休止角，减少粒子间的凝聚力，减小粒子表面粗糙性，改善粒子的流动性。163、改善粒子流动性的方法①适当增加粒子径即适当控制粒度大小，满足制剂需要。②控制含湿量过干的粉体易引起飞扬，过湿则易粘附在一起，应根据制剂需要控制。③添加少量细粉主要是针对粒径较大的粉体，添加少量细粉，可增加其流动性。