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SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실.

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1 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

2 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Introduction  Newtonian Systems  Non-Newtonian Systems  Thixotropy  Determination of Rheologic Properties  Viscoelasticity  Applications to Pharmacy

3 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

4 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Rheology Definition: Science of deformation (solids) and flow (liquids) rheo (to flow) logos (science) Rheology

5 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  An expression of the resistance of a fluid to flow (unit : dyne cm/sec 2 (=poise)) cf. Fluidity (  ) : 액체의 흐름의 경향 The reciprocal of viscosity

6 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Newtonian systems  Non-newtonian systems  Plastic flow  Pseudoplastic flow  Dilatant flow

7 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

8 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 G : rate of shear ( dv/dr velocity gradient) F: srearing stress (F’/A) Fig. 19-1

9 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실   : coefficient of viscosity  F = F’/A  G = dv/dr

10 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-2(a) slope  G vs F Rheogram ( 유동곡선 ) (F vs G)

11 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  poise The shearing force required to produce a velocity of 1 cm/sec between two parallel planes of liquid each 1cm 2 in area and separated by a distance of 1cm cf. centipoise (cp)

12 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  The absolute viscosity Unit : stoke(s), centistoke(cs)

13 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Arrehenius (like) equation (Andrade Eq.) Temperature  è viscosity 

14 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Viscosity (absolute) viscosity kinematic viscosity relative viscosity specific viscosity Symbol (unit)  (poise) (stock)  rel  sp Relation  =F/G =  /   rel =  /  0  sp =  rel -1 = (  -  0 )/  0

15 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Viscosity reduced viscosity inherent viscosity limiting(intrinsic) viscosity number Symbol (unit)  red  inh [  ] Relation  red =  sp /C  inh =(ln  rel )/C [  ]=

16 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Plastic flow ( 소성흐름 ) Pseudoplastic flow ( 유사소성흐름 ) Dilatant flow ( 팽창흐름 )

17 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Mechanism: 정지 상태에서는 응집인자가 van der Waals force 에 의하여 엉성한 망상구조를 이루다가 stress 가 가해지면 항복치에 도달할 때 까지는 고 체로서 거동하고 항복치가 넘는 stress 가 가해지 면 구조가 파괴되고 newtonian flow 의 거동을 나 타냄. Example: 치약, 케찹, 버터 등

18 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-2(b)  G

19 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Plastic viscosity (U)( 소성점도 ) f : yield value ( 항복치 ) cf. Plasticity ( 소성 ) 일반적으로 어느 stress 까지는 변화하지않고 이보다 클 때 유동하는 성질 cf. plastic

20 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 stress Align in the direction of flow Mechanism :  Example : natural & synthetic gum tragacanth, sod. Alginate, Methyl cellulose, Sod. CMC, etc.

21 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  The viscosity of a pseudoplastic substance decreases with increasing rate of shear. (shear thinning system)  Application to suspensions (semisolids) 제제 보관시 : 높은 점성도 >> 제제 안정 제제 복용시 : 진탕 >> 점성도 저하 >> 취급용이

22 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-2(c) a b slope: b>a viscosity:  b <  a “shearing thinning”  G

23 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Inverse of pseudoplastic flow  As the shear stress is increased, the bulk of system expands or dilates Increase the viscosity (shear thickening system)  Examples : 50% 이상의 전분을 함유하는 수성 현탁액 산화아연의 paste (30% 이상 )

24 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-2(d)  G

25 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-3

26 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

27 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  An isothermal and comparatively slow recovery, on standing of a material, of a consistency lost through shearing 스트레스를 가해 주로 낮아진 점도가 방치함에 따 라 서서히 회복되는 성질 ( 요변성 ) - 등온 가역적인 sol-Gel 변형  Plastic and pseudoplastic systems exhibit thixotrophy

28 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-4

29 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-9 An increase rather than a decrease in consistency on the down- curve

30 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  A phenomenon in which a solid forms gel more readily when gently shaken or otherwise sheared that when allowed to form the gel while the material is kept at rest

31 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

32 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-10 Use of a “one point” instrument is proper only in the case of the Newtonian systems

33 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-11 Ostwald-Cannon-Fenske viscometer

34 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-13 Hoeppler falling ball viscometer

35 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Principle Fig. 19-14

36 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-18 Ferranti-Shirley viscometer

37 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

38 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  The property that have both viscous properties of liquids and elastic properties of solids

39 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Hooke 의 법칙 탄성한계 내에서의 변형 (  ) 은 작용하는 힘 (F) 에 비 례한다. 힘  탄성률  x 변형 cf. Hookean body ( 완전탄성체 )  변형의 종류 Elongation strain Shear strain ( 전단변형 ) Volume strain

40 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Creep 반고형제에 일정한 stress 를 가했을 때 점탄성 에 의하여 생기는 변형이 시간적으로 변하는 현상  Creep wave (Creep curve) A plot of time vs compliance (J) Compliance(J) = strain/stress

41 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Methods to describe viscoelasticity Newton 법칙 + Hooke 의 법칙 (Dashpot) + (Spring) (1) Maxwell unit : dashpot and spring in series : 영구변형 (by dashpot) (2) Voigt unit : dashpot and spring in parallel : 느린 완전회복

42 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 (1) Maxwell unit : 점탄성 액체의 역학모델 ( 영구변형 ) (2) Voigt unit : 점탄성 고체의 역학모델 액체 vs 고체 (1) 일정한 변형을 준 상태를 유지할 때, 장시간 후에 응력이 일정한 값에 가까워 지는 물체를 고체, 제한없이 0 에 가까워 지는 물체를 액체 (2) 일정한 응력을 준 상태를 유지할 때, 장시간 후에 변형이 일정한 값에 가까워 지는 물체를 고체, 무한하게 크게 되는 물체를 액체 ( 무마찰 ?)

43 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Viscous fluid : dashpot  Elastic solid : spring Fig. 19-20

44 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-21

45 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실 Fig. 19-22

46 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실

47 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Fluids  Mixing  Particle-size reduction of disperse systems with shear  Fluid transfer, including pumping and flow through pipes  Physical stability of disperse systems

48 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Quasisolids  Spreading and adherence on the skin  Removal from jar or extrusion from tubes  Capacity of solids to mix with miscible liquids  Release of the drug from the base

49 SKKU Physical Pharmacy Laboratory 성균관대학교 물리약학연구실  Solids  Flow of powders from hoppers and into die cavities in tabletting or into capsules during encapsulation  Packagability of powdered or granular solids  Processing  Production capacity of the equipment  Processing efficiency


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