РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОРОШКОВ В ПРОЦЕССЕ ТАБЛЕТИРОВАНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены результаты исследований плотности порошков в процессе таблетировании. В результате разрушения частицы деформируются дальше или возникают последующие разрушения. Тип деформации, будь то эластич, пластическая или хрупкая, зависит от деформационных характеристик материала. Можно сказать, что уплотняемость более характерна для материала, так как зависит от пористости последнего, а таблетируемость зависит от давления прессования, являющегося параметром процесса.

ABSTRACT

The article discusses the results of a study of the concentration of powders in the tablet process. As a result of the lesion, the particles are deformed further or complications arise. The type of deformation, whether elastic, ductile or brittle, depends on the deformation characteristics of the material. It can be said that compaction is more characteristic of the material, since it depends on the porosity of the latter, and tableting depends on the pressing pressure, which is a process parameter.

Ключевые слова: таблетка, плотность, порошка, пресс.

Keywords: tablet, density, powder, press.

Таблетка самая распространенная лекарственная форма в фармации. Первые таблетки стали применяться в медицине еще в середине XIX века. Дизайн этой лекарственной формы будет продолжать развиваться с течением времени. В литературе имеется большое количество статей, посвященных производству таблеток.

Если рассматривать медицинские преимущества таблеток, то сначала можно описать преимущества гранул, которые очень похожи на таблетки, но до сих пор были более распространены в производстве лекарств. Как и таблетки, гранулы часто используются в длительной терапии. Там они обычно встречаются в качестве начинки для твердых желатиновых капсул. Есть несколько причин использовать гранулы для этой цели. В дополнение к отличным свойствам текучести, которые делают заполнение капсул очень простым, существует ряд технологических и биофармацевтических причин, которые делают использование гранул разумным.

Процесс уплотнения можно разделить на несколько фаз, причем такое строгое деление на фазы всегда сомнительно, но определенно полезно для объяснения процесса. Во-первых, объем уменьшается за счет смещения частиц порошка в куче. На матрицу действует усилие от преобразования осевого натяжения в радиальное, которое передается через частицы порошка на стенку матрицы. Однако это означает в среднем лишь низкую нагрузку давлением на отдельные частицы. Только при достижении плотной упаковки и невозможности смещения частиц относительно друг друга возникает эластическая деформация. С этого момента на верхний и нижний пуансоны воздействуют измеримые усилия, и начинается фактическое таблетирование.

При увеличении сжатия вряд ли возможна дальнейшая эластическая деформация отдельных частиц. Теперь частицы должны быть либо необратимо пластически деформированы, либо отдельные частицы должны быть хрупкими. В результате вновь образовавшиеся в результате разрушения частицы деформируются дальше или возникают последующие разрушения. Тип деформации, будь то эластичная, пластическая или хрупкая, зависит от деформационных характеристик материала. Но скорость уплотнения также может иметь решающее значение, так как пластическая деформация содержит зависящую от времени составляющую.

Сжимаемость. Интересным свойством представленных здесь порошков является их прессуемость. Действительно важно знать уровень пористости таблеток, сформированных из этих порошков, и эволюцию последних в зависимости от уровня давления, приложенного во время формования. Результаты показано на рис. 1. Плотности частиц (ρ_{частица}) порошков, измеренные с помощью гелиевой пикнометрии, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Плотность частиц порошков, участвующих в расчете уровня пористости таблетки

Ниже из рис. 1 видно, что, как и ожидалось, уровень пористости таблетки уменьшаются с увеличением давления для каждого продукта [1-3]. Более того, это уменьшение не является линейным, а скорее экспоненциальным, что согласуется с результатами, которые можно увидеть из литературы [1, 3]. Этот результат свидетельствует о том, что от определенного значения приложенного давления уровень пористости таблетки достигнет предельного значения.

Рисунок 1. Уровень пористости таблеток в зависимости от давления сжатия

Также можно отметить, что БГК имеет уровень пористости намного выше, чем у других продуктов, ведь даже при давлении 400 МПа его уровень пористости остается выше 0,3, что также выше любого из других уровней пористости даже при 100 МПа. Что касается ДГК, то он демонстрирует меньшее снижение, чем четыре других оставшихся продукта, тем не менее позволяя достичь пористости порядка от 0,13 до 400 МПа. Что касается других продуктов (например, БЛ, МЛ, М и РМЛ), снижение их пористости кажется относительно эквивалентным. Интересно, что для каждого продукта (кроме БГК) удалось достичь эквивалентного уровня пористости между 0,11 и 0,13, что будет полезно для сравнения продуктов с эквивалентным уровнем пористости. Можно отметить, что в случае М и РМЛ максимальный применяемый уровень давления составляет 300 МПа, этот выбор будет объяснен более подробно в следующем разделе.

Рисунок 2. Результаты таблетируемости порошка

Изучаемым свойством наших порошков является прессуемость. Он характеризует механическую стойкость (т.е. предел прочности при разрушении) таблеток. В статье будем использовать термины «уплотняемость» или «таблетируемость», если будем характеризовать эволюцию разрушающего напряжения материала как функцию пористости или давления сжатия соответственно. Результаты, касающиеся эволюции таблетируемости и прессуемости используемых порошков (рис. 2 и рис. 3).

Прежде всего, что касается таблетируемости (рис. 2), авторы отмечает, что, как и ожидалось, разрушающее напряжение увеличивается с давлением сжатия и независимо от того, что имеет значение для готового продукта. Более того, эта эволюция линейна. Анализируя рис. 2 выделяют две группы товаров. Действительно, у М и РМЛ разрывное напряжение увеличивается в зависимости от давления быстрее, чем у других продуктов, которые, кроме того, имеют относительно схожие изменения. Результаты М и РМЛ частично объясняют, почему использовалось максимальное давление 300 МПа. Действительно, при 400 МПа сила, необходимая для разрушения этих таблеток, была бы выше, чем максимальное значение, допускаемое нашим датчиком силы (500 Н).

Рисунок 3. Результаты прессуемости порошков

Что касается уплотняемости (рис. 3), замечено, что разрушающее напряжение хорошо возрастает с уменьшением уровня пористости (эквивалентно увеличению давления). Однако этот процесс уже не линейная, а экспоненциальная, как можно было ожидать, исходя из формы сжимаемости. Анализируя рис. 3, мы видим, что две группы продуктов, ранее идентифицированные по таблетируемости (рис. 2), больше не являются таковыми в отношении прессуемости. Действительно, теперь есть две или даже три отдельные группы, которые больше не объединяют одни и те же продукты, как раньше. В настоящее время БГК стоит особняком благодаря высокому уровню пористости по сравнению с другими продуктами. Затем идет вторая группа, состоящая из М из РМЛ и ДГК. Наконец, можно выделить третью группу, состоящую из БЛ и МЛ.

Представленные результаты наглядно показано разницу между уплотняемостью и таблетируемостью, даже если эти две величины характеризуются разрушающим напряжением при растяжении материала. Можно ожидать, что уплотняемость более характерна для материала, так как зависит от пористости последнего, а таблетируемость зависит от давления прессования, являющегося параметром процесса. Однако было показано, что для прогнозирования прессуемости сложных смесей фармацевтических порошков таблетируемость является ключевым свойством.

Список литературы:

1. Рышкевич Э. Прочность на сжатие пористого спеченного оксида алюминия и циркония. Журнал Американского керамического общества. 2021. том. 36, №2, с. 65-68.
2. Лойенбергер Х., Рохера Б.Д. Основы прессования порошка. Компактность и прессуемость фармацевтических порошков. Фармацевтические исследования. 2019. Том. 3, стр. 12–22.
3. Тай С.К., Сун С.С., Амидон Г.Е. Оценка влияния скорости таблетирования на взаимосвязь между давлением прессования, прочностью на растяжение таблетки и твердой фракцией таблетки. Журнал фармацевтических наук. 2020. Т.94, №3. С. 465–472.