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屈服值与触变性:会流动的“固体”

为什么牙膏能停在牙刷上,却又挤得出管?为什么有些摇匀的凝胶会缓缓重新变稠?本篇介绍塑性流动、屈服值与触变性。

塑性流动:需要先推一下才动

有些物料在你推得足够用力之前像固体,之后则突然像液体一样流动。这就是塑性流动。牙膏正是绝佳例子:它在牙刷上能保持形状,但当你挤压牙膏管超过某一程度时,它便涌出。流动开始前你必须达到的应力,就是屈服值。低于它,物料只发生弹性变形,像软固体;高于它,它就流动。

流变曲线上,塑性流动表现得很清楚:曲线不过原点。它先沿应力轴平贴,直到达到屈服值,然后才上升。应力轴上的那个截距——流动开始前的那段空档——就是屈服值的可视化呈现。这是非牛顿型流动的一种特殊形式,也是制剂中最有用的形式之一。

触变性:会重建的结构

触变性增加了时间这一维度。触变性物料剪切的时间越长就变得越稀,停止后又会缓缓重新变稠。摇一摇某些炉甘石洗剂或抗酸混悬液的瓶子,它就能倒出来;静置后几分钟内,其内部结构重建,便又变硬。这种变化是可逆的——破坏结构、不去动它,它就会重新自行编织起来。

在流变曲线上,触变性表现为一个滞后环:升高剪切速率时画出的曲线,与降低时画出的曲线并不重合,因为下降段对应的是结构已部分破坏、更稀的物料。环所围的面积,大致衡量了被破坏的结构有多少、为此耗费了多少能量。

为什么这种组合是“黄金”

A well-designed antacid suspension (plastic + thixotropic)

  On the shelf (no shear):
     structure intact, high yield value
     -> drug particles held up, no caking

  You shake it (high shear, several seconds):
     structure breaks, viscosity drops
     -> pours cleanly, easy to dose

  After pouring (shear removed):
     structure slowly rebuilds over minutes
     -> stays uniform until the next dose

  Net result: easy to use AND physically stable.
屈服值加上触变性,造就既稳定又好用的产品。

请注意这两个概念如何携手。屈服值让产品在静止时稳定;触变性让它在摇动时易于流动,随后又重新凝定,使其在患者服下一剂之前不致分离。因此,为正确的流变性而设计绝非锦上添花——它关乎一种混悬液软膏或凝胶究竟能否作为药物起作用。