第13.14章 粉体学和流变学

2020/4/201第13、14章粉体学和流变学教学目标•掌握粉体学有关概念及参数的意义。•掌握牛顿流动与非牛顿流动的概念。•熟悉弹性变形粘性流动。•了解流变学和粉体学的应用及有关参数的测定。2020/4/202第13章粉体学基础第一节、概述粉体学(micromeritics)是研究具有各种形状的粒子集合体性质及应用的科学。范围：1m~10mm通常：100m叫“粉”，100m叫“粒”。粉体属于固体分散在空气中形成的粗分散体系。粉体学是药剂学的基础理论，对制剂的处方设计、制剂的制备、质量控制、包装等都有重要指导意义。2020/4/203第二节、粉体粒子的性质一、粒子径与粒度分布(一)粒子径(粒子大小)粒子大小是决定粉体的其他性质的基础性质。1、几何学径(1)三轴径：长径、短径、厚度(2)定向径：定向(平行)接线径、(面积)等分径、最大径(3)投影面积圆相当径：2020/4/2042、球相当径：等体积球相当径等表面积球相当径。3、筛分径又称细孔通过相当径2020/4/205（二）粒度分布（三）平均粒径(1)个数平均径dln=(nd)/n(2)长度平均径dsl=(nd2)/(nd)(3)面积平均径dvs=(nd3)/(nd2)(4)平均面积径dsn=[(nd2)/(n)]1/2(5)平均体积径dvn=[(nd3)/(n)]1/32020/4/206(四)粒子径的测定方法1、显微镜法：投影，主要测几何学粒径。2、筛分法：“目”1英寸长度上的开孔数。3、库尔特计数法(Coultercounter):通过细孔，电阻与粒子体积成正比。4、沉降法：根据Stoke’s方程求出粒径的方法。5、比表面积法：气体吸附法和透过法。2020/4/207二、粒子形态三、粒子的比表面积(一)比表面积-------------------------粒子粗细,吸附能力是指单位重量或体积所具有的粒子表面积。Sw=6/dvs；Sv=6/dvsSw,Sv分别为重量和体积比表面积，为粒子真密度，dvs体积面积平均数径。(二)比表面积测定1、吸附法(BET法)2、透过法3、折射法2020/4/208第三节、粉体的密度与空隙率1、真密度：粉体质量不包括颗粒内外空隙的固体体积（真体积）2、颗粒密度：粉体质量包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积3、松密度（堆密度）：粉体质量粉体所占容器的体积2020/4/209第四节、粉体的流动性与充填性一粉体的流动性1、粉体流动性的表示方法(1)止休角(2)流出速度(3)压缩度静止状态的粉体堆集体自由表面与水平面之间的夹角为休止角，用表示，越小流动性越好。流出速度越大，粉体流动性越好2020/4/20102、影响粉体流动性的因素粒子大小、形状、空隙率、密度、粒子表面积构造对粉体流动性有决定性影响。(1)粒度(2)粒子形状和表面粗糙性(3)吸湿性(4)加入润滑剂粒子形状越不规则，表面越粗糙，休止角就越大，流动性也越小。一般≤30通常为自由流动，≥40不再自由流动，可产生聚集吸湿性大，休止角也大，在一定范围内休止角随吸湿量的增大而增大。但吸湿量达到某一值后，休止角又逐渐减小，主要由于孔隙被水充满而起到润滑作用润滑剂可以改变粉体的休止角，减少粒子间的凝聚力，改善粒子的表面状态，主要是减小表面的粗糙性，改善粒子的流动性二粉体的充填性一般粒径增大休止角变小：粒径200m，休止角小，流动性好；粒径100~200m之间，休止角增大，流动性减小。粒径200m，粒子易发生聚集，内聚力超过粒子重力，妨碍了粒子的重力行为。在临界粒子径以上时，随粒子径增加，粉体流动性也增加。2020/4/2011第五节粉体的吸湿性与润湿性一吸湿性1、水溶性药物的吸湿性---乘积混合物的CRH约等于各成分CRH的乘积，而与各成分的量无关。测定CRH的意义：(1)为药物吸湿性指标，一般CRH愈大，愈不易吸湿；(2)为生产、贮藏的环境提供参考；(3)为选择防湿性辅料提供参考，一般应选择CRH值大的物料作辅料。2、水不溶性药物的吸湿性---加和吸湿性没有临界点，混合物的吸湿性具有加和性。2020/4/2012(二)润湿性(wetting)1、润湿性对固体制剂的崩解性、溶解性等具有重要意义。θ=0º完全润湿θ=180º完全不润湿θ=0-90º能被润湿θ=90-180º不被润湿2、接触角的测定方法(1)将粉体压缩成平面，水平放置后滴上液滴直接由量角器测定。(2)在圆筒管里精密充填粉体，下端用滤纸轻轻堵住后接触水面，测定水在管内粉体层中上升的高度与时间，根据Washburn公式计算接触角。2020/4/2013第六节粉体的粘附性与凝聚性粘附性：指不同分子间产生的引力，如粉体粒子与器壁间的粘附。凝聚性(粘着性)：指同分子间产生的引力，如粉体粒子之间发生粘附而形成聚集体。第七节粉体的压缩性压缩性：表示粉体在压力下体积减少的能力。成形性：表示物料紧密结合成一定形状的能力。2020/4/2014第14章流变学基础第一节、概述流变学(rheology)系指研究物体变形和流动的科学，1929年由Bengham和Crawford提出。物体的二重性：物体在外力作用下可观察到变形和流动现象。流变性：物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性2020/4/2015一、弹性形变和粘性流动(一)弹性变形(elasticdeformation)弹性变形：给固体施加外力时，固体就变形，外力解除时，固体就恢复到原有的形状，这种可逆的形状变化称为弹性变形。不可逆的变形叫塑形变形应变：弹性变形时，与原形状相比变形的比率称为应变，应变分为常规应变和剪切应变。对药剂学弹性率比刚性率更有实际意义，弹性率大，弹性界限就小，表现为硬度大，有脆性，容易破坏；弹性率小，表现柔软有韧性，不宜破坏。2020/4/2016(二)粘性流动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。使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力2020/4/2017二、流变学在药剂学中的应用和发展流变学在药剂学中广泛应用：混悬剂、乳剂、胶体溶液、软膏剂和栓剂等。例如：①具有触变性的助悬剂对混悬剂的稳定性十分有利；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乳剂具有触变性有利于乳剂的稳定。2020/4/2018第二节流变性质一、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。牛顿液体：服从牛顿定律的液体。牛顿流动：牛顿液体的流动形式。牛顿液体的特点：①一般为低分子的纯液体或稀溶液；②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。流动活化能：液体开始流动所施加的能量。2020/4/2019二、非牛顿流动非牛顿液体: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。按非牛顿液体流动曲线为类型可将非牛顿液分为塑性流动、假塑性流动、胀性流动、触变流动。A-牛顿流体B-塑性流体C-假/准塑性流体D-胀性流体E-触变性流体2020/4/2020(一)塑性流动(plasticflow)塑性流动：不过原点；有屈伏值S0；当切应力SS0时，形成向上弯曲的曲线；当切应力SS0时，切变速度D和切应力呈直线关系。屈伏值：引起塑性液体流动的最低切应力S0。表现为塑性流动的剂型有浓度较高的乳剂和混悬剂。塑性流体的结构变化示意图2020/4/2021(二)假塑性流动(pseudoplasticflow)假塑性流动：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。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假塑性流体的结构变化示意图2020/4/2022(三)胀性流动(dilatantflow)胀性流动：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。胀性流体的结构变化示意图2020/4/2023(四)触变流动(thixotropicflow)在非牛顿流动中特别是塑性流动、假塑性流动中，上行线和下行线不重合而包围成一定的面积，此现象称滞后现象，此性质称触变性，所围成的面积称滞后面积。滞后面积是衡量触变性大小的定量指标。2020/4/2024产生触变的原因：对流体施加切应力后，破坏了液体内部的网状结构，当切应力减小时，液体又重新恢复原有结构，恢复过程所需时间较长，因而上行线和下行线就不重合。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。2020/4/2025(五)粘弹性(viscoelasticity)高分子物质或分散体系具有粘性和弹性双重特性，称之为粘弹性。粘弹性可用将弹性模型的弹簧和粘性模型的缓冲器加以组合的各种模型表示：(1)麦克斯韦尔模型(2)福格特模型(3)双重粘弹性模型第三节、蠕变性质的测定方法蠕变性：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。