REOLOGIA ODPOWIEDZI NA PYTANIA
1. Wyjaśnij pojęcie liczby Debory.
Liczba Debory D = λ / t wewnętrzna płynność materiałów
λ- czas relaksacji – nieskończenie duży dla idealnie sprężystych ciał
t – czas (charakterystyczne wartości czasu zjawisko deformacji)
2. Wymień podstawowe parametry materiałów, będące przedmiotem badań reologicznych.
Podstawowe właściwości reologiczne:
Sprężystość
Lepkość
Plastyczność
Granica płynięcia
Tiksotropia
3. Wyjaśnij różnicę pomiędzy idealnymi ciałami stałymi a idealnymi płynnymi.
Idealne ciała stałe odkształcają się sprężyście , gdyż energia deformacji jest całkowicie zwracana po usunięciu naprężeń. Z kolei idealnie płynne odkształcają się nieodwracalnie – płyną, pełzną. Ponadto ciała stałe można poddawać naprężeniom rozciągającym i ścinającym, natomiast płyny mogą być wyłącznie ścinane.
4. Jakie znaczenie mają pomiary reologiczne w technologii postaci leku.
Odpowiednie cechy reologiczne umożliwiają sporządzanie, rozsmarowanie i pakowanie maści/żeli:
Zmiana lepkości pod wpływem naprężenia ścinającego umożliwia rozsmarowywanie na skórze
Nacisk na tubę powoduje wystąpienie naprężenia ścinającego
Rozsmarowywanie (spadek lepkości) powrót do stanu żel
Mieszanie lub topnienie niszczy strukturę, która z czasem wraca do stanu początkowego – trwałość fizyczna układu
Granica płynięcia- czy nie wyleje się z tuby
5. Wytłumacz zjawisko ścinania.
6. Opisz graficzny sposób wyznaczania prędkości ścinania, podaj jednostkę.
7. Naprężenie ścinające: definicja, wzór , jednostka.
Ścinanie jest to odkształcenie ciała spowodowane naprężeniem, które jest styczne do jego powierzchni. Nazywane jest ono naprężeniem ścinającym.
τ = F/A [N/m2= Pa] F- siła [N]
A- powierzchnia [ m2]
8. Definicja lepkości dynamicznej wg FP IX.
Lepkość dynamiczna (współczynnik lepkości η0- siła styczna na jednostkę powierzchni, nazywana również naprężeniem ścinającym τ[Pa], konieczna do przesunięcia równolegle do płaszczyzny przesuwu warstwy cieczy [ 1 m2], przy prędkości 1 m/s względem warstwy równoległej na odległość 1 m
9. Podstawowe prawo lepkości: wzór , jednostka, opis
η= τ/γ lepkość opisuje fizyczne właściwości cieczy z uwzględnieniem oporu przeciwko płynięciu indukowanemu ścinaniem
[ N/m2* s = Pas]
10. Krzywe płynięcia i lepkości- definicje.
Właściwości przepływu cieczy można przedstawić graficznie jako zależność pomiędzy naprężeniem ścinającym a prędkością ścinania. Mamy układy newtonowskie oraz nienewtonowskie.
11. Przedstaw przebieg krzywych płynięcia i lepkości dla cieczy newtonowskich. Podaj przykłady takich układów.
Przykłady : woda, oleje mineralne, rozcieńczone roztwory, bitumy, melasy
12. Od czego zależy lepkość układów newtonowskich?
Lepkość układów newtonowskich nie zależy od naprężenia stycznego (τ) , nie zależy natomiast od szybkości ścinania. Lepkość jest funkcją temperatury i ciśnienia.
13. Od czego zależy lepkość układów nienewtonowskich ?
Lepkość układów nienewtonowskich zależy od: szybkości ścinania oraz rodzaju procesu jakiemu wcześniej poddawano postać leku.
14. Wymień 3 podstawowe grupy układów nienewtonowskich.
1. ciecze dla których w dowolnym punkcie szybkość ścinania jest funkcją tylko naprężenia stycznego panującego w tym punkcie:
Binghamowskie (plastyczne)
Pseudoplastyczne
Ciecze dilatantne
2. ciecze, których własności reologiczne zmieniają się w czasie
Tiksotropowe
Wykazują reopeksję
3.ciecze lepkosprężyste
15. Opisz właściwości cieczy Binghamowskich, podaj przykłady.
Ciecze binghamowskie (plastyczne, pseudoplastyczne posiadające granicę płynięcia) – w stanie spoczynku mają strukturę trójwymiarową i opierają się każdemu naprężeniu stycznemu mniejszemu od granicy płynięcia
Struktura wewnętrzna istnieje dzięki wiązaniom słabym: van der Waalsa, wodorowe, dipol-dipol.
Przykłady : zawiesiny, szlamy, farby olejne, pasta do zębów, smary, kauczuki polimerowe
τ – τ a = η p * γ
16. Opisz właściwości cieczy pseudoplastycznych, podaj przykłady.
Ciecze pseudoplastyczne- rozrzedzane ścinaniem – stosunek naprężenia stycznego do szybkości ścinania (lepkość pozorna) maleje w miarę wzrostu szybkości ścinania. Krzywa płynięcia jest linią prostą przy bardzo dużych prędkościach. Dla cieczy pseudoplastycznych n<1 stąd w miarę wzrostu prędkości ścinania lepkość maleje.
Przykłady: zawiesiny cząsteczek niesymetrycznych, roztwory polimerów, emulsje
17. scharakteryzuj trzy obszary lepkości dla cieczy pseudoplastycznych.
18. Opisz właściwości cieczy dilatantnych, podaj przykłady.
Ciecze dilatantne (zagęszczane ścinaniem). W spoczynku rozpuszczalnik/plastyfikator wypełnia przestrzenie pomiędzy cząsteczkami. Przy wzroście prędkości ścinania cząsteczki zaklinowują się. Dilatancja jest zjawiskiem niepożądanym.
Lepkość rośnie w miarę wzrostu szybkości ścinania
Mała szybkość ścinania-nośnik pełni rolę smaru, wzrost szybkości –ciasne upakowanie cząsteczek ulega zniszczeniu powoduje to rozszerzenie zawiesiny
Przykłady: stężone zawiesiny, zol PCW, skrobia kukurydziana
19. Opisz zjawisko tiksotropii.
Lepkość pozorna zmniejsza się w miarę upływu czasu ścinania
Szybkość rozpadania struktury zależy od ilości wiązań, będzie więc malała w miarę upływu czasu
Struktura wraca do stanu poprzedniego dopiero po pewnym czasie od momentu usunięcia działającej siły (naprężenia ścinającego)
Czas odbudowy dla maści co najmniej 24 h
Szybkość odbudowy struktury tiksotropowej ma olbrzymie znacznie w technologii farmaceutycznej
Problem syropy dla dzieci o działaniu p/kaszlowym lub p/gorączkowym to najczęściej zawiesiny , wykonywane według starszych technologii (sedymentacja), pierwsze porcje bez API, natomiast ostatnie to czysta substancja lecznicza
Rozwiązanie: dodatek substancji nadających wł. tikotropowe, w trakcie produkcji preparat występuje w postaci zol, po napełnieniu butelek struktura odbudowuje się na tyle szybko że cząsteczki API nie opadają
21. Wyjaśnij pojęcie lepkosprężności.
Ciecz lepka siła odśrodkowa odrzuca ciecz na zewnątrz, ciecz lepko sprężysta- w wyniku rotacji wału powstają siły normalne większe od siły odśrodkowej
Próbki czysto lepkie- energia doprowadzona do próbki powoduje płynięcie, a jej nadmiar zamieniany jest w ciepło lub ulega dyssypacji; próbki lepko sprężyste- część energii zakumulowana w sposób sprężysty. Ciecze lepko sprężyste wykazują zarówno cechy cieczy jak i ciał stalych.
22. Wyjaśnij efekt Weissenberga.
Wokół wirnika powstają koncentryczne warstwy cieczy o malejącej prędkości ; w warstwach zewnętrznych cząsteczki są bardziej rozciągnięte- posiadają większą energię
23. Wymień podstawowe wymagania odnośnie właściwości reologicznych preparatów farmaceutycznych.
Wymagania stawiane próbkom:
Jednorodne – próbka powinna reagować na ścinanie w sposób jednakowy
Przepływ laminarny – brak wymiany elementarnych objętości pomiędzy warstewkami
Brak poślizgu- adhezja pomiędzy ruchomą płytką a cieczą (tłuszcze i smary)
Brak reakcji chemicznych oraz przemian chemicznych w trakcie pomiaru.
24. Wymień i opisz rodzaje reometrów rotacyjnych.
Pracujące w trybie CR ( controlled rate)- wymuszanie i sterowanie prędkością ścinania – pomiar naprężeń ścinających
Pracujące w trybie CS ( controlled stress) – wymuszanie i sterowanie naprężeniem ścinającym – pomiar prędkości ścinania
26. Opisz układy cylindrów współosiowych.
Prędkość ścinania zależy od promieni obu cylindrów
Większa objętość próbki (5-50 cm3)
Cząsteczki nie większe niż 1/3 szczeliny
Kłopotliwe czyszczenia
Poduszka powietrzna w dolnej niszy zapobiega ścinaniu próbki przez dno wirnika
27. Opisz układ płytka-płytka.
Odległość między płytkami 0,3-3,0 mm
Stosowane zamiast systemów stożek-płytka jeśli próbka zawiera większe cząstki
Szerokość szczeliny powinna być co najmniej 3 razy większa od rozmiaru największych cząstek
Najczęściej wykorzystywane w badaniu próbek lepko sprężystych
28. Opisz układ typu stożek-płytka.
Kąt nachylenia 1 ° ( 0,5 °; 4°)
W dowolnym punkcie szczeliny prędkość ścinania jest jednakowa
Łatwe czyszczenie
29. Wyjaśnij podział układów na reostabilne i reoniestabilne. Od czego zależy lepkość takich materiałów?
Płyny nienewtonowskie, których właściwości reologiczne nie zależą od czasu ścinania, a prędkość ścinania w danym punkcie jest jedynie funkcją naprężenia stycznego definiuje się jako płyny pseudoplastyczne (reostabilne) . Płyny reostabilne mają granice płynięcia. Natomiast ciecze nienewtonowskie, których właściwości reologiczne zmieniają się w czasie – płyny reoniestabilne.