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非牛頓型流動:當黏度會變

大多數真實藥物拒絕維持單一黏度。本篇介紹剪切變稀、剪切變稠,以及為何這些行為不是缺陷而是工具。

打破那條直線

大多數藥用液體與半固體並非牛頓型。它們的黏度會隨剪切快慢而改變,因此流變曲線是一條曲線,而非直線。我們把這一切統稱為非牛頓型流動。這遠非麻煩,而恰恰是製劑工作者刻意設計出來的行為——正是它讓產品在靜止時濃稠、在使用時變稀。

當物料屬於非牛頓型時,單個數值無法描述它。我們改談它的表觀黏度——即它在某一特定剪切速率下恰好表現出的黏度。若不附剪切速率就引用它,就如同不附溫度引用黏度一樣,這個數據並不完整。

剪切變稀:越用力越稀

迄今為止最常見、最有用的行為,是假塑性流動,又稱剪切變稀:剪切越快,表觀黏度越低。靜止時物料濃稠,受力時則順暢流動。大多數凝膠、許多洗劑以及聚合物增稠的液體都如此。在內部,長聚合物鏈靜止時糾纏在一起,受剪切時則順著流動方向排齊,於是彼此更容易滑過。

剪切變稠:越用力越稠

與之相反、較少見的行為是脹流型流動,即剪切變稠:剪切越快,表觀黏度越高。慢慢攪它能倒出來,快速攪它就卡住。經典的廚房演示是水中調成的濃玉米澱粉糊。它通常出現在小顆粒高度濃縮的混懸液中:靜止時液體恰好填滿顆粒間的空隙,但快速剪切迫使顆粒分開、堆積鬆開,液體不再足以潤滑顆粒——於是阻力驟增。

脹流性通常是問題而非優點。如果濃縮混懸液呈脹流型,生產時泵送過快會使它在管道裡凝固成塊,或卡住攪拌器。解決之道是降低固體含量、改變粒徑,或乾脆在較低剪切速率下更溫和地加工。