Phương pháp đo độ nhớt trên nhớt kế quay và một vài khảo sát bước đầu trên tá dược

Bộ Y TẾ
■
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI
■ a ■ ■
NGUYỄN VĂN HUY
PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT TRÊN NHỚT KẾ QUAY
VÀ MỘT VÀI KHẢO SÁT Bư ớc ĐẦU TRÊN TÁ Dược
(KHOÁ LUẬN TỐT NGHỆP DUỢC s ĩ KHOÁ 1997 - 2002)
Giáo viên hướng dẫn: TS. Đào Minh Đức
DS. Giản Tư Phùng
Nơi thực hiện:
Bộ môn Vô cơ - Hoá lý ĐH. Dược Hà Nội.
Trung tâm kiểm nghiệm - Sở Y tế Hà Nội.
Thời gian thực hiện: 3 -ĩ-5/2002
Hà N ộ i-5/2002
Œ d i c ẩ m { ß r t
'Vứi íề n ỹ k írtÁ ũ o n ỹ tm ể iế t <ỉn -tý-õ kariy tô i x in ỡk đ n
th à y f/ỉi cả/yn (ỉrt ¿/f9? tAÍ¿yf/k ^ ứ c tỉ à ^JỀỈjP. ^Ỗìả^ri ề /ư ịỉP ỉiùn ỹ đ ã
íđ n ũ rt/h /iư ứ n ^ d ẫ n -tm ỹìú ỷt, đ d tũ i ỉtũ à rt Ih à yi/ỉi ẳ h o á ¿u đn i ế t
n ^ Â i ê ỷ t n à y .
¿/ế?/ x i n ữ h ã n I k à f J i c ả /y n <ỉrt c á c t k ầ ' ^ c ô ẳ ụ ( ầ u ã t
■ td ê n ể ô n t ũ - n fM a á Q Ề a t ^€ ư < ỉng . - V ô €Ư - ¿'ệy c á c a r t/h i Á i
ri//tđ n ip-iê'yt ổ/'ị.u n ỹ tâ/rn k iể n t nÿf^Jtiênt - tê J V cí đ ã
yt/ỉiiêi ũrt//t ^ ¿ ú ỷ t đ ĩ ĩ tm iaũ điều ủiêyi oỉtũ tê ì 'ỉiũàyi ÌAàrt/k ế/w á
/ u đ n ỉ ố t y i ỹ ỉ t i ê ỷ t đ ú n ^ i k d i k a n .
^ € u ố i c ù n ^ t ô i xlyi ẩ à '^ i ¿ ¿ ũ r i ,^ ề i ế i <ßn t í ỉ ì t ũ à ^ n tA ê c á c
c ê ỹ ì ấ ũ ^ c á c c á n ể ê A ư ừ n ỹ iP-ê ỵ ( //iữ n g í ^ ¿ ú f t đ ỡ
^ u ế t 5 n ă m  o c 'tỉ^ừ a ỉ Ị ịiiíi.
jV ũ i, 2 5 lỉtá n ỹ 5 rtầ/nt 2 0 0 2
d ^ ì r t/k -tpiê-n
j\T ^ u '^ ê 'n

CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT
CMC:
Cacboxy methyl cellulose
HTB:
Hồ tinh bột
NĐMLĐ;
Nhiệt độ mẫu líic đo
SS:
Sai số
TB:
Trung bình
TĐ:
Trục đo
TĐQCĨĐ:
Tốc độ quay của trục đo
MỤC LỤC
Trang
ĐẶT VẤN ĐỂ
1
PHẨN 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Khái niệm về tính chất lưu biến
3
L 1.1. Hệ phân tán tự do và hệ phân tán liên k ế t
.

3
1.1.2. Tính chất lưu biến và cấu trúc của hệ phân tán

5
1.2. Những khái niệm cơ bản về lưu biến học

.

ố
1.2.1. Các hệ New ton
6
1.2.2. Hệ lỏng phi N ewton
9
1.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của hệ phân tá n

12
1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán 12
1.3.2. Ảnh hưởng của tính bất cân đối của tiểu phân
.

13
1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán và của sự solvat
hoá 13
1.3.4. Ảrih hưởng của tương tác giữa các tiểu phân

15
1.4. Máy đo độ nhớt trong nghiên cứu tính lưu biến của
hệ k e o 16
1.4.1. Nhớt kế mao quản 16
1.4.2. Nhởt kế dùng bi rơ i
17
1.4.3. Nhớt kế quay

18
PHẦN 2. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT Q U Ả

22
2.1. Trang thiết bị và nguyên liệu hoá chất

22
2.1.1. Nguyên liệu và hoá chất 22
2.1.2. Dụng cụ- trang thiết b ị

22
2.2. Phương pháp thực nghiệm
22
2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt

23
2.3.1. Thử nghiệm ban đầu 23
2.3.2. Độ đồng đều kích thước tiểu phân và độ ổn định

25
2.3.3. Ổn định liên kết trong hệ - thời gian hồi p h ục

29
2.3.4. Kết lu ận 34
2.4. Một số khảo sát bước đầu

35
2.4.1. Khảo sát tính chất của các dung dịch C M C

35
2.4.2. So sánh hai loại CMC trên thị tmờng hiện nay

39

2.4.3. Phân tích tính chất dòng chảy của dung dịch CMC

39
PHẨN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỂ XUẤT 42
ĐẶT VẤN ĐỂ
Lim biến học là khoa học nghiên cứu về tính chảy và tính biến dạng của các
chất. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, lưu biến học cũng ngày càng
được nghiên cứu nhiều hơn và sâu hơn. Lưu biến học có tầm quan trọng đặc biệt với
những ngành khoa học kỹ thuật có sử dụng các duns dịch cao phân lử và dung dịch
keo.
Lưu biến học cổ điển chủ yếu nghiên cứu các chất lỏng phân tử nhỏ, lấy độ
nhớt làm thước đo tính chảy của các chất. Công cụ đo độ nhớt là nhớt kế mao quản
và nhớt kế bi. Độ nhớt của các hệ này là một đại lưọng hàng định tại một nhiệi độ
xác định và giảm mạnh khi tăng nhiệt độ.
Trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các chế phẩm keo và dung dịch
cao phân tử ngày càng được sử dụng nhiều. Tính chảy của các hệ này phụ thuộc
kliông chỉ vào bản chất của các chất tạo nên hê mà còn vào nhiều yếu tố khác. Tốc
độ chảy của chúng không chỉ phụ thuộc vào nồng độ mà hơn nữa lực gây chảy
khổns phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. Có những hệ không chảy khi ta để
nghiêng. Một số hệ có độ nhớt chỉ giảm rất ít khi tăng nhiệt độ, thể trạng của hô khá
ồn định. Những hê loại này có rất nhiều im điểm và được ứng dụng thực tế trong các
ngành khoa học nói chung và trong dược học nói riêng vì sự ổn định thổ trạng trong
điều kiện thời tiết thay đổi là mội yêu cầu ciiả nhiều dạng thuốc như thuốc mỡ, nhũ
iưoTig thuốc, gel thuốc Một số hệ không chảy khi để yên, thế nhưng chỉ cần một
lực đẩy nhẹ cũng có thể bơm hút được. Những hệ này lại được dùng để chế tạo các
thuốc chậm, thuốc kéo dài tác dụng.
Trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng lưu biến học rất phát triển. Lưii biến
học đã có tạp chí riêng của mình. Nhiều hãng chế tạo máy thí nghiệm đã cho ra đời
các loại máy dùng cho lưu biến học như Brookfield, Palmer. Tuy nhiên những công
trình nghiên cứu về lưu biến học trong dược học lại rất khó tìm, có lẽ vì đó là những

bí quyết của các nhà sản xuất thuốc.
ở Việt Nam việc ứng dụne lưu biến học còn rất hạn chế ở các chế phẩm dầu
nhờn cho xe máy và hóa mỹ phẩm, mộl số rất íl các máy đo độ nhóft được nhập vào
cũng chỉ dùng để kiểm Ira một cách máy móc các tiêu chuẩn của các hãng nước
ngoài liên doanh với Việt Nam, việc sử dụng cũng rất hạn chế.
Với mục đích thử làm quen với việc nghiên cứu ứng dụng lưu biến học tron o
dược học, chúns: tôi đặt vâứì đề trước hết phải làm quen với loại máy móc mới và khó
sử dụng này với hai mục tiêu cụ Ihể là:
+ Tìm ra được một vài nhận xét nhỏ về những yếu tố ảnh hưởng tới các kết
quả đo và đọc trên máy.
+ Bước đầu thử nghiệm một vài tá dược thông thường.
PHẦN 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về tính chất ìư u biến [3]
Tính chất lưu biến (rhéologie properties) là khái niệm dùng để chỉ khả năng
chẩy, khả năng biến dạng của các hệ khi chịu một lực tác động như trọng lực, lực
nén, lực kéo
Giống như các hệ vật chất khác, hệ keo và các hệ phân tán dị thể cũníỉ C(3
những tính chất krii biến nhất định: Tính nhớt, tính dẻo, tính đàn hồi, tính bền.
Những tính chất này có liên quan tới cấu trúc của hệ nên còn gọi là tính chất cơ học
cấu trúc của hệ. Đối với các hệ lỏng như hệ phân tán thì tính chẩy là đặc tính quan
trọng nhất. Thông số đặc trimg cho tính chẩy của một hệ lỏng thường dùng là độ
nhớt (r|).
Khảo sát về tính chẩy của các hệ phân tán người ta thấy rằng độ nhớt của các
hệ phân tán thường lớn hon độ nhớt của dung môi dùng làm môi trường phân tán.
Tuy nhiên có một số hệ sự tăng này không đáng kể nhiĩng một số hê độ nhớt tăng
lên rất mạnh, thậm chí ở nhiệt độ thấp chúng có tính chất của chất rắn dẻo. Hiểu biết
về tính lưu biến có tầm quan trọng đặc biệt trong việc nâng cao khả năng thiết kế
các công thức điều chế các hê phân tán có trạng thái, có thể chất phù họp với mục
tiêu sử dụng.
l.l.l. Hệ phân tán tự do và hệ phân tán liên kết

Các hê phân tán keo và vi dị thể có thể chia thành hệ phân tán tự do và hệ
phân tán liên kết.
Hệ phân tán tự do là hệ có các tiểu phân không có sự liên kết với nhau, mỗi
tiểu phân tổn tại và di chuyển độc lập, còn trong các hệ phân tán liên kết các tiểu
phân có sự liên kết trong một mức độ nào đấy; các tiểu phân có xu hướng dính vào
nhau.
Thuộc nhóm hệ phân tán tự do là những hệ keo có tiểu phân gần như đối
xứng và trong hệ kliông có thêm chất bảo vệ kiểu polyme.
Thuộc vào nhóm hệ phân tán liên kết là những hệ có tiểu phân bất đối và
những hệ thuộc nhóm phân tán tự do đã được thêm polyme bảo vệ và trong một số
triròng họp là những hệ đã mất tính ổn định, trong hệ xuất hiện sự liên kết giữa các
tiểu phân tạo nên một mạng lưới không gian. Trong mạng lưới đó chứa đầy dung
môi (Hình i).
Những hệ thuộc nhóm phân tán liẽn kết điều chế ở nồng độ cao thường có xu
hướng đông đặc khi hạ nhiết độ, tạo thành một khối chất giống như chất rắn, không
bị chảy khi để nuhiêng, giữ nguyên hình dang vật đimg ban đầu, sự khuyếch tán ion
và phân tử nhỏ trong khối chất đó giống nhir trong dung dịch. Khi tăng nhiệt độ hệ
lại trở thành lỏng. Trạng thái đông đặc đó được gọi là gel
Giữa 2 loại hệ này còn tồn tại những hệ chuyển tiếp mà các tiểu phân của nó
liên kết với nhau trong những hợp thể lỏng lẻo tơi xốp không bền chắc.
Nồng độ của pha phân tán có ảnh hưởng hết sức quan trọng tới kiểu của hệ.
ở những hệ phân tán tự do nồng độ pha phân tán không thể quá lớn vì rằng ở nồng
độ cao không thể tránh khỏi sự tiếp xúc giữa các tiểu phân và làm xuất hiện mạng
lưới không gian hay ít nhất cũng làm cho thể tích của hệ chất đầy những tiểu phân
của pha phân tán, chúng không thể dịch chuyển tự do so với nhau được, hê trở nên
dặc chắc hơn. Hệ mang tính chất của hệ phân tán liên kết.
Cần lưu ý rằng khi thẽm vào hệ những chất ổn định, thì tính chất của hê sẽ
thay đổi do xuất hiện sự liên kết giữa các phân tử của chất bảo vệ thuộc 2 tiểu phân
cạnh nhau.
Trong các hệ phân tán liên kết nồng độ pha phân tán có thể đạt giá trị rất lớn.

Tuy nhiên sự hình thành liên kết ở những hê này có thể xuất hiện ở nồng độ rất nhỏ
của pha phân tán, nếu như các tiểu phân phân tán rất bất đẳng hướng nghĩa là có
hìmh que hay hình phiến. Thí dụ keo pentaoxit vanadi với những tiểu phân hình que
có thể đông lại, tạo thành gel ở nồng độ 0,01% V2O3.
HTmh 1 Cấu trúc không gian tạo thành
trong liosol khi hệ mất độ ổn định;
(1)- Nhân keo có cấu trúc bất đối
(2)- Phần bề mặt mất yếu tố ổn định
(3)- Phần bề mặt còn yếu tố ổn định
(4)- Phần không gian mới hình
thành chứa môi trường phân tán
1.1.2. Tính hai biến và cấu trúc của hệ phân tán
Với những hê phân tán tự do, các tiểu phân không liên kết với nhau, chúng có
khả năng chảy nhớt, nghĩa là thay đổi liên tục hình dạng dưới ảnh hưởng của những
tác động rất nhỏ từ ngoài. Tính chảy của các hê này vể mặt định tính gần tuân theo
quy luật của môi trường phân tán tinh khiết và tuân theo gần đúng các định luật của
Newton về sự chảy: Tỷ số giữa tốc độ chảy và lực tác động luôn hằng định, tỷ số
này dặc tnmg cho sự cản trở của hệ với sự chảy được gọi là độ nhớt (r|). Có sự phụ
thuộc tuyến tính giữa độ nhớt và nồng độ dung dịch.
Trái lại, với các hệ phân tán liên kết do sự có mặt của lực tương tác giữa các
tiểu phân, chúng có chút ít nào đó tính chất của chất rắn: khả năng giữ nguyên hình
dạng của chúng khi lực tác động chưa vượt quá một giới hạn nào đó, ví dụ khi để
nghiêng chút ít chúng không chảy, chút ít tính dẻo, tính đàn hồi, tính bền chắc. Tuy
nhiên do độ bền liên kết nhỏ, rất dễ bị đứt nên những hệ này có khả năng chảy,
nhưng khi chảy chúng không tuân theo quy luật của sự chảy trong các chất lỏng
thông thường mà phức tạp hoTi nhiều:
- Ảnh hưởng của nồng độ tới độ nhớt thường không tuyến tính.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt phức tạp tuỳ theo từng hệ. Có những hệ
khi nhiệt độ tăng độ nhớt của nó chỉ thay đổi rất ít như các loại dầu nhờn dùng cho
động cơ, các loại dầu gội đầu, thuốc mỡ, thuốc lỏng được bào chế một cách khoa

học.
- Ảnh hưởng của lực tác động còn phức tạp hơn nữa: mộl số hệ khi lực tác
động tăng gấp đôi thì tốc độ chảy tăng trên 2 lần, một số hệ khác thì ngược lại: khi
lực tác động tăng lên, tốc độ chảy lại giảm, có khi còn đông đặc lại.
Để hiểu rõ hoti những đặc tính này chúng tôi hãy khảo sát kỹ hon quy luật
của sự chảy trong mục những khái niệm cơ bản về lưu biến học tiếp sau đây.
1.2. Những khái niệm cơ bản về Im biến học [4]
Xét về tính chất lưu biến các hệ lỏng được chia thành 2 loại : hệ Newton và
hệ phi Newton tiiỳ theo tính chất chảy của nó có tuân theo định luật chảy Newton
hay không. Những hệ Newton có tốc độ chảy tỷ lê thuận với lực tác động tỷ lệ đó
được gọi là độ nhớt của hệ (r|). Hệ phi Newton có tốc độ chảy không tỷ lệ thuận với
lực tác động mà là một hàm số phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Ị.2.1. Các Hệ Newton.
Hình 2
Lực ùượt tạo nên một
gi-adient tốc độ
íiiiựt giữa các bản
mặt song song
của chất lỏng.
- Định luật Newton về sự chảy
Quan sát khối chất lỏng như là những lớp phân tử sắp xếp song song như hình
2. Lớp đáy được xem như cố định lên bề mặt. Nếu lớp trên cùng di chuyển với một
tốc độ hằng định do một lực tác động nào đấy, thì mỗi lớp thấp hơn sẽ di chuyển với
tốc độ tỷ lệ với khoảng cách của nó so với đáy. Biến thiên tốc độ dv giữa 2 lớp cách
nhau một khoảng dr là gradient tốc độ (dv/dr) hay tốc độ trượt. F’/A là cường độ
của lực tác động (lực tác động trên một đơn vị diện tích) gọi là áp lực trượt hay thế
trượt. Newton là người đầu tiên nghiên cứu định lượng tính chẩy của chất lỏng, ông
F' dv
A dr
Trong đó r| là dộ nhớt (hay hệ số nhớt, độ nhớt tuyệt đối) phưong trình (1) thường

được viết dưới dạng
n = " = — (/)
dv / dr G
F = — (dyn cm‘) G = — (sec‘) (3)
A ^ dr
Một đường cong chảy tiêu biểu ( Đổ thị F - G ) cho hê Newton được trình
bày trên hình 3a. Đó là 1 đường thẳng đi qua gốc toạ độ.
- Đơn vị của độ nhớt là poise ( poadơ ) đó là áp lực trượt cần có để gây nên tốc
độ chảy Icm/sec giữa 2 mặt song song của lớp chất lỏng bể mặt 1 cm ^ cách nhau
Icm. Đơn vị CGS của độ nhớt là poise
ipoise = Idyn.cm'^. sec'^ ( hoặc 1 g.cm'^.sec'*).
Một đon vị thống dụng hoti cho đa số các khảo sát là centipoise (cp ). Đôi khi khái
niệm độ lỏng ịệ) cũng được dùng, đó là nghịch đảo của độ nhớt
ệ = - (4)
V
Trị số của độ lỏng chính là độ dốc của đường thẳng trên hình 3a.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ tới dộ nhớt
Trong khi độ nhớt của các khí tăng theo nhiệt độ thì các chất lỏng lại giảm độ
nhớt khi nhiệt độ tăng và tính lỏng tăng dần. Sự phụ thuộc của độ nhớt nhiều chất
lỏng Newton vào nhiệt độ được biểu thị eần đúng qua phương trình tưoTig tự phương
trình Aưhenius trong động hoá học
r| = (5)
Trong đó A là hằng số phụ thuộc vào phân tử lượng và thể tích mol của chất
lỏng, Ev là năng lưọtig hoạt hoá cần thiết để khởi động sự chẩy giữa các phân tử.
Hình 3. Đặc tính chảy của một số hệ lỏng
a - Hệ lỏng Newton; b - Hệ dẻo; c - Hệ giả dẻo; d - Hệ dẻo trương
- Tốc độ chảy - áp lực chảy
Năng lượng bay hơi của một chất lỏng là năng lượng cần thiêt để tách phân tử
khỏi chất lỏng và để lại đằng sau 1 lỗ hổng bằng kích thước của phân tử đã bay hơi.
Tưoiìg lự, cũng có một lỗ hổng hình thành khi phân tử chuyển rời khi chảy.

Năng lưọng hoạt hoá cho sự chảy tìm thấy được bằng khoảng 1/3 năng lượng
bay hơi của chất lỏng. Điều đó có nghĩa là không gian tự do cần thiết cho sự chảy
bằng khoảng 1/3 thể tích phân tử.
Năng lượna cần để phá vỡ liên kết phân tử và cho phép chúng chẩy càng phải
lớn nếu các phân tử có sự liên hợp do liên kết hydro. Những liên kết này bị phá vỡ ỏ
nhiệt độ cao do chuyển độns nhiệt, do vậy Ev giảm đáng kể. Sự khuyếch tán cũng
tưoĩig tự như sự chảy nhớt, tốc độ khuyếch tán tăng luỹ thừa với nhiệt độ.
1.2.2. Hệ lỏng phi Newton.
Hệ phi Newton là những hệ không tuân theo phương trình chảy Newton. Đó là
trường họp của những hệ phân lán lỏns, rắn như dung dịch keo, nhũ tương, hỗn dịch,
thuốc mỡ và những sản phẩm tưcmg tự. Khi một hệ phi Newton được phân tích trôn
nhớt kế quay ta sẽ có 3 loại đườns chảy: dẻo, giả dẻo và chảy nở (Hình 3 b,c,d) với
các thông số đặc tnmg cho tính chất của các hê này.
- Hệ dẻo. Trị dẻo và độ nhớt dẻo.
Hình 3b là đường cong chảy của 1 hệ dẻo hay hệ Bingham. Đường cong chảy
dẻo không qua gốc toạ độ, nếu kéo dài phần tuyến tính của đồ thị, thì nó sẽ cắt trục
P^. ở 1 giá trị gọi là trị dẻo. Những hệ Bingham sẽ không chảy cho đến khi áp lực
chảy tương ứng và vượt giá trị dẻo. ở áp lực cao hơn các chất này có tính chất của 1
vậl liệu dẻo, Người ta xếp vào nhóm Bingham những chất có thể hiện trị dẻo, chúng
được coi như một dạng chất rắn, trong khi các chất bắt đầu chảy ở lực tnĩỢt thấp
được xem là chất lỏng. Trị dẻo là 1 thông số quan trọng của hệ phân tán. Độ dốc của
rheogram (lưu biến đồ ) trên hình 3b được gọi là linh độ (tương tự như độ lỏng trong
hệ Newton), nghịch đảo của nó gọi là dộ nhớt dẻo u. Phưong trình mô tả sự chảy
dẻo là:
F - f
u -ụ (6)
Trong đó f là trị dẻo (dyn.cm'^), F và G như đã định nghĩa ở trên.
Sự chảy dẻo đi kèm với sự có mặt của các tiểu phân kết cụm trong các hỗn dịch
đặc. Do vậy một cấu trúc liên tục được thiết lập khắp hệ. Trị dẻo có mặt do sự tiếp
xúc giữa những tiểu phân cạnh nhau (do lực Van der Waals ) mà nó cần phải bị phá

vỡ Irước khi sự chảy có Ihể xảy ra. Cũng vì thế trị giới hạn có thể là 1 chỉ thị về sự
kết cụm tiểu phân hay lực kết tụ. Sự kết tụ trong hỗn dịch càng mạnh thì giá trị giới
hạn càng lớn. Lực cản giữa các tiểu phân chuyển động cũng có thể do lực trượt giới
hạn. Khi đã viĩỢt trị giới hạn thì sự tăng tiếp áp lực tnĩỢt (nghĩa là tăng hiệu F -f)
tốc độ trưọt sẽ tỷ lê thuận với G. Hệ dẻo trở thành hệ Newton ồ vùng trên trị giới hạn
- Hệ giả dẻo. Phương trình Martin
Một số lớn các dược phẩm mỹ phẩm, các gôm thiên nhiên, gôm tổng họp, hỗn
dịch iỏng có gồm, sodium anginat, methycellulose, sodium carboxymethyl-cellulose
thể hiện sự chảy giả dẻo.
Nói chung sự chảy giả dẻo là biểu hiện sự có mặt các polyme trong dung dịch.
Trái với hệ dẻo chỉ do kết tụ của các tiểu phân.
Như thấy trên hình 3c đường cong chảy của một hệ giả dẻo bắt đầu ở gốc toạ dộ
(hoặc ít nhất là gần gốc toạ độ với tốc độ chảy thấp). Vì vậy trái với hệ Bingham hệ
giả dẻo không có trị giới hạn .Vì vậy không có phần nào của đường cong là tuyến
tính, ta không thể biểu thị độ nhớt của hệ giả dẻo bởi một đại lượng đoti giản được .
Độ nhớt của một hệ giả dẻo giảm xuống khi tốc độ chảy tăng lên. Một độ nhớt
biểu kiến có thể thu được ở bất kì tốc độ tnrợt nào khi lấy độ dốc của đường cong tại
điểm đó. Với hệ giả dẻo phương pháp thích hợp nhất hiện nay để mô tả sự chảy giả
dẻo là lập đồ thị cho đường cong chảy toàn bộ .
Rheogram cong của hệ giả dẻo có nguyên nhân từ tác động trượt lên các phân
tử dài của nguyên liêu như các polỉme mạch thẳng. Khi áp lực trirợt tăng lên những
phân tử bình thường sắp xếp vô trật tự chuyển dọc theo hướng chảy. Sự định hướng
này làm giảm sự nội cản trở trong nguyên liêu và cho phép một tốc độ trượt lớn hơn
ở áp lực tnrọt cao tiếp theo. Hơn nữa một số dung môi liên hợp với các phân tử có
thể bị đẩy ra và làm giảm đáng kể nồng độ đung dịch cũng như kích thước của các
phân tử phân tán. Điều này cũng có thể là nguyên nhân dẫn tới sự giảm độ nhớt biểu
kiến.
Rõ ràng rằng việc so sánh các hệ giả dẻo khác nhau khó hơn nhiều so với các hê
dẻo và hệ Newton, một hệ Newton được mô tả đầy đủ bởi độ nhớt r|, một hệ dẻo
được mô tả khá thích hợp bởi trị giới hạn và độ nhớt dẻo. Vì vậy một số phương

pháp có thể được dùng để thu được những thông số có nghĩa mà nó cho phép phân
biệt những hệ giả dẻo với hệ khác, về điều này Martin đã nêu lên công thức luỹ thừa
rất hay được dùng:
F"’ = ìi'G (7)
Luỹ thừa N được nâng lên khi sự chảy dần trở thành phi Newton. Khi N=1
phiroTig trình (7) chuyển thành phưong trình (2) sự chảy trơ thành sự chảy Newton.
Thừa số ri ’ là hê số nhớt. Viết dưới dạng loga ta có:
logG = N. lo g F -lo g n ’ (8)
Có dạng tuyến tính. Nhiều hệ giả dẻo tuân theo phưong trình này khi logG được
vẽ như mội hàm sô' của logF. Tuy nhiên một số tác nhân nhũ hoá oiả dẻo quan trọng
trong ngành dược lại không tuân theo phưoTig trình (8).
- íỉệ chảy nỏ ( Hệ Dilatant)
Các hỗn dịch có hàm lưọng pha rắn cao thể hiên sự cản trở tăng dần khi tăng tốc
độ trượt chảy. Những hệ như thế thường tăng thể tích khi chảy và vì vậy được gọi là
hô chảy nở (dilatant). Sự chảy của chúng nêu trên hình 3d, sự chảy này rõ ràng trái
với hệ giả dẻo. Trong khi hê giả dẻo là hê chảy lỏng dần (chiều dày lớp chất lỏng mà
lực tác động có ảnh hưởng mỏng hơn) thì hệ chảy nở là những hệ chảy đặc dần
(chiều dày lớp chất lỏng mà lực tác động có ảnh hưởng dày hơn). Khi không còn áp
lực trưọt, hệ nhanh chóng trở về trạng thái ban đầu.
Phương trình (7) có thể dùng để mô tả tính chảy nở về mặt định lượng, trong
irircmg hợp này N luôn luôn nhỏ hon 1 và giảm tiếp khi tính chảy nở tăng. Khi N
tiến tới 1 thì hệ trở thành hệ Newton.
Các hê có tính chảy nở là các hỗn dịch có nồng độ cao (khoảng 50 % hoặc cao
hơn ), có các tiểu phân nhỏ không kết tụ. Như đã nêu ở trên những hệ phân tán kiểu
này bị kết tụ sẽ có tính chảy dẻo nhiều hơn tính chảy nở.
Tính chảy nở có thể giải thích được như sau: ở trạng thái nghỉ các tiểu phân
được xếp sít nhau trong không gian tối thiểu giành cho chúng, nhưng chúng có thể
di chuyển tương đối với nhau ở tốc độ trượt chảy thấp và có thể rót hỗn dịch ra khỏi
bình như rót chất lỏng. Khi áp lực trượt tăng không gian của hệ giãn nở các tiểu
phân cố chuyển động nhanh hơn so với nhau sẽ tạo nên những khoảng trống như ở

hình 4. Cách sắp xếp như vậy đã làm tăng thể tích trống, số lượng tiểu phàn hằng
định nên ở một số điểm trở nên không đủ để lấp đầy những khoảng trống vìra hình
thành. Sự cản trở tăng lên do các tiểu phân kliông còn được làm đủ ướt, không được
“bôi tron” như trước đó nữa.
Hình 4 : Sự thay đổi thể trạng khi tăng tốc độ trượt.
1.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của hệ phân tán [6]
1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán
Độ nhớt của hê keo luồn luôn lớn hơn độ nhớt của môi trường phân tán. Năm
1906 Einstein đã thiết lập phương trình sau
rĩ^rĩ,{\ + 2,5<p) (9)
Ho-độ nhớt của môi trường phân tán
(p-nồng độ thể tích của pha phân tán
Tuy nhiên phương trình (9) chỉ đúng trong điều kiện pha phân tán là chất rắn,
phân tán dưới dạng tiểu phân hình cầu, nồng độ pha phân tán không quá lớn và giữa
các tiểu phân không có tương tác, không chịu nén, giữa các tiểu phân và môi trường
không có sự trượt và cuối cùng là kích thước các tiểu phân phải lớn hofn so với bước
chuyển dịch tự do của phân tử môi trường .
Giá trị (p phụ thuộc vào hình dạng tiểu phân VI vậy dạng chung của phưcfng
trình là
77 = /7o(l+a^) (10)
a - hệ số phụ thuộc hình dạng tiểu phân. PhưoTig trình cũng được viết dưới
dạng sau
ĩ] , _n~Vữ _ _
— -1 = -— — = aẹ =
Ho % V
he
n - tổng số tiểu phân trong hệ.
\ịi - thể tích mỗi tiểu phân của pha phân tán.
V[je - thể tích của hệ tính bằng ml.
Đại lượns là — = gọi là độ nhớt tưong đối; ^ ~ = rị thường được

no Ho
ký hiệu là độ nhớt riêng. Hr = Htd - i = ot.cp (12)
Do đó theo Einstein siữa độ nhớt của hệ và hàm lirọng pha phân tán phải có
quan hệ tuyến tính, độ nhớt khổng phụ thuộc vào độ phân tán của hỗn dịch.
1.3.2. Ảnh hưởng của tính bất cản đối của tiểu phân.
ở những hê hỗn dịch mà tiểu phân có dạng que, dạng cầu, dạng phiến độ
nhớt đo được thường lớn hon tính theo phương trình Einstein. Nguyên nhân là ở chỗ
rnội lưựng môi trường bao quanh các tiểu phân bất đối xứng này (cốt sao lạo được
dạng cầu cho tiểu phân) đã làm cho kích thước tiểu phân tăng lên, làm tăng tỷ lệ thể
tích pha phân tán trong hệ, nên dẫn đến sự tăng độ nhớt. Thực nghiêm đã chứng
minh rằng độ nhớt của hỗn dịch mà tiểu phân ít bất đối với cấu hình ellip (thường
nằm trong trạng thái chuyển động Brown mạnhj tăng tỷ lệ với bình phương tỷ số
chiều dài và ehiều rộng phân tử ellip, còn độ nhớt hỗn dịch có độ bất đối lớn
(chuyển động Brown chậm) tăng tỷ lệ thuận với tỷ số của các trục phân tử.
Trong các phưong trình biểu thị quan hệ này, thông dụng hơn cả là phưoĩig
trình Kun. ĩĩ^=[2,5 + ^i^y-]<p (13)
16 d
l,d - bán kính dọc và bán kính ngang tương ứng của ellip.
Độ nhớt của hộ chứa các tiểu phân bất đẳng hướng phụ thuộc vào tốc độ
chảy. Các tiểu phân dài định hướng dọc theo dòng chảy, chuyển động quay của nó
gặp khó khăn do đó độ nhớt của hệ giảm xuống khi tăng tốc độ chảy tăng.
1.3.3. Ảnh hưỏrig của nồng độ pha phân tán và của sựsolvat hoá
Sự khác nhau giữa độ nhớt của hê phân tán đặc với giá trị tính theo Einstein
được giải thích ià trons pha lỏng xung quanh tiểu phân đã xuất hiên các vi dòng và
cản trở sự chuyển động của hệ. De Broglie cho rằng khi đó ngoài tương tác thuỷ
động cần phải tính đến tương tác cơ học (sự va chạm cuả tiểu phân, sự tạo hơ i )
ở nồng độ rất nhỏ dòng xuất hiện quanh các tiểu phân ảnh hưởng rất ít tới
chuyển động của nhau và tới toàn bộ dòng chất lỏng, nhưng khi tăng nồng độ pha
phân tán thì ảnh hưởng này tăng lên cuối cùng làm sai định luật Einstein.
Cách giải thích khác tập trung vào sự solvat hoá của các tiểu phân. Có thể

hình dung như sau: nếu trên bề mặt của tiểu phân hình cầu bán kính r có dính một
lớp môi trường phân tán chiều dầy h thì thể tích hiệu dụng ảnh hưởng tới độ nhớt
4 4 -
của tiểu phân sẽ là -K{r + h ý . Nếu h nhỏ so với r sẽ có -n:{r^ + 3 rh ). Khi tính toán
giá trị (p (theo phương trình Einstein) thì thể tích của pha phân tán sẽ không nhận giá
4 4
trị - 7ĩr'".v mà \ầ 7ĩ{r^ -^l>rh).v ở đây V là nồng độ tiểu phân. Nếu chấp nhận
3 3
(p,,=^7î.r\v thì ẹ = (p,,{\ + 3-) (14)
Vì vậy giá trị (p lớn hơn (Po -Giá trị này càng lớn nếu kích thước tiểu phân
càng nhỏ.
Tính toán tới ảnh hưởng của tương tác giữa pha phân tán và môi trường
Fikencher và Mark đã sửa đổi phương trình Einstein đưa vào hệ số bổ sung cho sự
solvat hoá .Theo các ông phương trình Einstein cũng như phương trình Van der
Waals cần phải đưa vào yếu tố thể tích hiệu dụng. Vì các tiểu phân trong hê nằm
trong sự solvat hoá và thực hiện chuyển động Brown. Khi đó phương trình (11) có
dạng: . — r (15)
^he->^¥
Vị;’-thể tích tiểu phân có tính đến sự solvat hoá và môi trường liên kết không gian
vói nó.
Phưotig trình Fikencher đã giải thích rất rõ vì sao một số trừơng hợp độ nhót
lại tăng nhanh hơn sự tăng nồng độ pha phân tán. Thực tế sự tăng nồng độ pha phân
lán đã làm giảm hiệu số (Vịjé-n\ị/’) ở mẫu số và dẫn đến sự tăng nhanh độ nhớt.
Vr = 2,5íơ
1+-
(16)
1.3.4. Ảnh hưởng của tương tác giữa các tiểu phản
Nguyên nhân sai lệch của phưong trình Einstein với các hệ phân tán có thể
còn do lực hút oiữa các tiểu phân keo. Trong hệ có thể tạo thành những cấu trúc ít
nhiều xốp làm cho thể lích của tiểu phân lớn lên do đưa vào đó một lượng lớn môi

trưòng. Sự giảm tính linh động làm cho độ nhóft của hệ tăng lên rất nhiều so với tính
toán theo phưotie trình Einstein. Độ nhớt của các hệ đó phụ thuộc nhiều vào tốc độ
chảy do độ nhớt cấu trúc có liên quan chặt chẽ với hệ thống lưới không gian xốp
này.
Mặt khác sai lệch của phưoĩig trình Einstein với hệ keo có thể liên quan tới
lực đẩy giữa chúng nếu chííniĩ có mang điện cùng dấu. Theo Smoliikhosky độ nhót
của keo mang điện cao hon độ nhớt của keo không mang điện. Sự tăng độ nhớt như
thế là kết quả của sự tồn tại lớp điên kép trên bề mặt hạt keo đã gây ra hiệu ứng điện
nhớt. Smolukhosky đã đưa ra phưong trình
1
ĩ]^Ẳr-
r|o-đô nhớt của môi trường phân tán
A độ dẫn điện riêng
r-bán kính tiểu phân
£-độ thẩm điện môi của môi trường
là thế điên động học của hê keo
Thành phần bổ sung trong phương trình (16) có thể có giá trị rất lớn. Những
tính toán chứng tỏ rằng với hệ keo bán kính tiểu phân 10'^ cm, độ dẫn điện riêng là
10 ‘ hệ số bổ sung có thể 10 lần lón hơn thành phần cơ bản.
Trong phưoTig trình Smolukhosky có đưa vào bán kính tiểu phân, rõ ràng độ
nhớt của keo mà tiểu phân của nó mang điện phụ thuộc vào độ phân tán.Tuy nhiên
tất cả những điều trình bày trên cũng còn cần phải bàn tiếp. Ví dụ như có tác giả lại
cho rằng hiệu ứng điện nhót không lớn như Smolukhosky đã nêu mà nhỏ hơn và
không phụ thuộc vào thế Ç, vì chiều dày của lófp kép rất nhỏ so với bán kính tiểu
phân.
1.4. Máy đo độ nhớt trong nghiên cứu tính luti biến của hệ keo [2]
Việc nghiên cứu và đánh giá đúng được các tính chất lưu biến của một hê
phụ thuộc nhiểu vào việc lựa chọn nhớt kế. Vì tốc độ chaỷ trong hệ Newton tỷ lệ
thuận với áp lực chảy nên người ta có thể dùng các dụng cụ hoạt động ở một tốc độ
chảy nhất định, các dụng cụ kiểu này chỉ cho một điểm trên rheogram, việc ngoại

suy đường thẳns qua điểm này tới gốc toạ độ cho ta một rheogram đầy đủ. Rất tiếc
là loại nhớt kế nàv không phải bao giờ cũng dùng được. Với các hệ phi Newton cần
có những dụng cụ làm việc ở nhiều tốc độ khác nhau. Chỉ với những dụng cụ đo
nhiều điểm mới có thể cho ta một rheogram đầy đủ của những hệ này.
Kết luận quan trọng rút ra là trong khi tất cả các nhớt kế có thể dùng để đo
độ nhớt của hệ Newton thì chí những nhớt kế làm việc với áp lực chảy thay đổi mới
dùng được cho hê phi Newton.
ỉ.4.1. N hớt kế mao quản
Độ nhớt của các chất lỏng Newton có thể
được xác định qua phép đo thời gian cần thiết để
chất lỏng chẩy qua giữa 2 vạch a và b của ống
mao quản thẳng đứng của nhót kế Oswald (hình
5). Thời gian chảy của chất lỏng thử được so
sánh với thời gian chảy của chất lỏng chuẩn
(thường là nước). Nếu 1^1 và r|2 là độ nhớt tương
ứng của 2 chất lỏng pi,p2 là tỷ trọng, tị, là thời
gian chảy tưoTig ứng của chúng thì độ nhớt tuyệt
đối của chât lỏng thử được xác định theo phương
trình (18) :
U ±^ẼxL (17)
Hình 5. NhớtkếOwald-
Cannon-Fenske
LR i.
u A
Tỷ số r|i/il2= "Ht được gọi là độ nhớt thực của chất lỏng thử .
PhưoTig trình (17) dựa trên định luật Poiseuille cho chất lỏng chảy qua ống
Tĩr tầP
mao quản 1 = (19)
Trong đó r là bán kính trong của mao quản, t-thời gian chảy, AP là áp suất
chảy (dyn/cm^), 1-chiểu dài mao quản, V-thể tích chất lỏng chảy qua mao quản.

Phương trình (17) rút ra từ định luật Poiseuille (phương trình 19). Bán kính, chiều
dài và thể tích của nhớt kế không đổi được kết họp thành hằng số K. Phương trình
viết lại như sau
Ĩ1 =K.t.AP (20)
AP phụ thuộc vào tỷ trọng p của chất lỏng thử, gia tốc trọng- trường và chiều
cao chênh lệch của 2 mức chất lỏng ở 2 nhánh nhớt kế. Nhưng gia tốc trọng trường
hằng định, nếu giữ mức chất lỏng hằng định trong các phép đo thì có thể kết họp vào
thành hằng số K’, khi đó
Tli = K’.ti.pi (21)
ìl2 = K’.t2.p2 (22)
Chia (21) cho (22) ta được phưong trình tương điĩong với phương trình (17).
Dược điển Mỹ[l] quy định dùng nhớt kế Oswald trong việc xác định độ nhớt của
methylcellulose
1.4.2. Nhớt kế dùng bi rơi
Kiểu nhớt kế này dùng 1 viên bi bằng thuỷ tinh hay thép cho rơi nghiêng
trong một ống gần thảng đứng chứa chất lỏng thử ở nhiệt độ đã biết. Tốc độ rơi của
viên bi có tỷ trọng và đường kính riêng đã biết tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất
lỏng. Nhớt kế Hoeppler (Hình 6) dựa trên nguyên tắc này. Mẫu thử và bi được đặt
trong ống có bộ điểu nhiệl nhanh chóng đạt cân bằng nhiệt với nước ở vỏ điều nhiệt
phía ngoài. Hệ thống được lắp trên giá đỡ có thể quay được để dễ dàng lật ngược và
đổi chiều rơi của bi trong ống đo. Thời gian rơi của bi trong ống được đo chính xác
và lặp lại nhiều lần. Độ nhớt Newton của chất lỏng sau đó được tứih theo phương
trình :
n “ ■ Sf ) B
17
Ậ í õ s o W
Hình 6 Nhớt kế kiêủ bi rơi
Hoeppler
Hình 7 Nguvên lý hoạt đỘQg của nhơt
kế quay

ở nhiệt độ thí nghiệm, B hằng định với một viên bi chuẩn do nhà sản xuất cung cấp.
Vì sự khác nhau của bi thép và bi thuỷ tinh, nhớt kế này có thể dùng đo độ nhớt
trong khoảng 0,5 đến 200000 poise. Để có kết quả tốt cần chọn bi sao cho thời gian
rơi không dưới 30 giây.
Chóp quay
rad/sec
Góc nghiêng /
c
vf Ị
H
1.4.3. Nhớt kế quay
Nhớt kế quay hay
nhớt kế cốc và phao (cup
and bob viscosimeter ) là
kiểu nhớt kế trong đó chất
lỏng thử chảy vòng giữa 2
thành: thành ngoài của
phao và thành trong của
cốc đựng chất lỏng dưới
tác động của ngoại lực làm quay một trong 2 yếu tố trên (Làm phao quay hay làm
cốc quay). Với một tốc độ quay xác định, chất lỏng càng nhớt thì sức cản càng
mạnh và dây xoắn gắn giữa phao và trục máy càng phải chịu một lực xoắn lớn. Lực
Hình 8 Đầu đo của nhớt kế côn
Phao quay có hình chóp nón.
Mẫu đo được đặt vào tâm của bản phẳng nơi đầu côn
tiếp xúc
xoắn đo được tỷ lệ với độ nhớt của chất lỏng. Bộ đo của máy phối hợp trị số của lực
xoắn và tốc độ quay của trục sau khi đã hiệu chỉnh bằng cho biết độ nhớt của chất
lỏng. Nguyên lý hoạt động nêu trên hình 7.
Trong kiểu nhớt kế Couette thì cốc bị quay. Lực kéo nhớt lên phao là do chất

lỏng tác dụng làm nó quay đi một góc. Góc quay tỷ lệ với lực xoắn và tỷ lệ với độ
nhớt của chất lỏng. Ví dụ về loại nhớt kế này là Nhớt kế MacMichael.
Kiểu nhớt kế Searle có cốc đứng yên còn phao quay. Lực xoắn gâv nên do tính nhớt
của hệ được đo bằng một lò xo hoặc một bộ cảm nhận để đo góc lêch của phao so
với trạng thái nghỉ.
Hình 9: Nhớt kế Stormer
Trọng lượng kéo làm cho
phao quay trong cốc
đimg hê lỏng có điểu
nhiệt. Tốc đọ quay của
phao được theo dõi bằng
đổng hồ đếm số vòng
quay và tính thời gian đã
quay
Nước ^
điều
nhiệt
Bộ điều nhiệt
Để đo độ nhớt của các hê có thể chất đặc quánh, độ nhớt lớn người ta dùng
nhớt kế côn trong đó phao quay có dạng côn (Hình 8) còn cốc đựng được thay bằng
một bản phẳng.
Nhớt kế phổ biến hiện nay dựa trên guyên lý Searle là nhớt kế Stormer. Kiểu
cải tiến của nó trình bày trên hình 9 được mô tả bởi Fischer. Khi hoạt động chất thử
được đặt vào không gian giữa cốc và phao và để đạt nhiệt độ cân bằng. Mộl trọng
vật được đặt vào móc và đo thời gian để phao quay 100 vòng. Số liệu được chuyển
thành q3m (số vòng quay trong 1 phút). Trọng lượng (W) được tăng lên và lặp lại
thao tác.
Bằng cách này một rheogram có thể được vẽ trên đồ thị rpm - trọng lưọng.
Không nên dùng nhớt kế Stomer với hệ có độ nhớt dưới 20cp. Có thể thấy rằng với
nhớt kế quay phương trình (1) trở thành

1 r 1 1
^ = - T T Í Í ^ - é ) (24)
r¡ Anh R; R-
Trong đó Q -là tốc độ góc ( radian.sec‘)
T - lực xoắn (dyn.cm).
h - Chiều sâu mà phao chìm trong chất lỏng ;
Rb,Rc - là bán kính của phao và của cốc tưcíng ứng (hìnhS).
vSức kéo nhót của chất lỏng với đáy phao không được tính đến trong phương
trình 24. Có thể dùng 1 sự hiệu chỉnh cuối cùng hoặc thường dùng hơn là làm đáy
phao hơi lõm (xem hình 7). Trong trường hợp này 1 túi khí được lùa vào đáy phao
sức cản do đáy phao rất nhỏ được bỏ qua. Tiện lợi hơn là kết họp tất cả các hằng số
trong phương trình 16 la có:
7 = (25)
Kv là hằng số với mỗi maý. Với nhớt kế Stormer cải tiến Q (tính ra rpm) là
hàm số củ a tốc độ trưọt V, củ a lực tác đ ộng (hay trọng lượng w tính ra ga m ) và của
lực xoắn
Phưong trình được viết lại:
w
(26)
V
Hằng số Ky có thể xác định bằng cách phân tích 1 dầu chuẩn đã biết độ
nhớt. Tại các nước phát triển dầu chuẩn do Cục tiêu chuẩn quốc gia cung cấp .
PhưoTig trình cho độ nhớt dẻo áp dụng cho nhớt kế Stormer như sau:
V
ở đây u là độ nhớt dẻo (poise), Wf là tri tới hạn ở điểm cắt (sam), các ký hiệu khác
như phiroTig trình (27).
Trị tới hạn của thể Bingham thu được bằng cách dùng biểu thức