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潤(rùn)滑劑對(duì)干法制粒,薄片整粒和壓片的影響

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潤(rùn)滑劑廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè),用于防止粘附,提高干法制粒和壓片的效率。當(dāng)前研究的目標(biāo)是提高對(duì)其機(jī)理的深入理解。選用兩種常用的輔料,微晶纖維素(MCC)和磷酸氫鈣二水合物(DCPD)經(jīng)硬脂酸鎂(MgSt)潤(rùn)滑后作為模擬飼料粉體。使用實(shí)驗(yàn)型干法制粒機(jī)制備薄片,然后薄片經(jīng)過振蕩篩整粒后得到顆粒,最后顆粒壓制成片。測(cè)量飼料粉體的壁面摩擦角和內(nèi)摩擦角,他們與干法制粒的性能有關(guān),捏合角和最大壓力表征了粉體的壓實(shí)特性。薄片的斷裂能與整粒的表現(xiàn)相關(guān)。通過片劑的密度和強(qiáng)度來評(píng)價(jià)壓片性能。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性解析,并考慮了這項(xiàng)工作的實(shí)際意義。此外,研究還表明,粉末整體潤(rùn)滑對(duì)MCC的內(nèi)摩擦有一定的降低作用,但對(duì)DCPD的內(nèi)摩擦沒有明顯的改善。與MCC的摩擦系數(shù)基本不變不同,DCPD的壁面摩擦系數(shù)能通過整體潤(rùn)滑和壁面潤(rùn)滑兩種方式降低。壓輪壓實(shí)中粉末的行為可以歸因于潤(rùn)滑引起的摩擦特性的變化。結(jié)果表明,在MCC壓實(shí)過程中,壁面潤(rùn)滑對(duì)捏合角和最大壓力均無影響,但在DCPD壓實(shí)過程中,壁面潤(rùn)滑降低了捏合角和最大壓力。此外,在MCC和DCPD壓實(shí)時(shí),由于粉末經(jīng)過了整體潤(rùn)滑,捏合角和最大壓力均降低了。并且,整體潤(rùn)滑會(huì)降低MCC的粘結(jié)性能,從而降低MCC的抗張強(qiáng)度,但是對(duì)DCPD沒有影響。                      

1、簡(jiǎn)介
在制藥行業(yè),尤其是濕熱敏感的產(chǎn)品開發(fā)時(shí),對(duì)比需要溶液或熔融粘合劑的濕法制粒工藝而言,干法制粒工藝更受青睞。干法制粒通常是飼料粉體經(jīng)兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的壓輪壓實(shí)成薄片,然后薄片經(jīng)整粒后形成顆粒。對(duì)于多數(shù)有粘附特性的粉末來說,一般會(huì)加入潤(rùn)滑劑改善粉末的流動(dòng)性且可以避免粉末粘附在壓輪上。硬脂酸鎂(MgSt)作為潤(rùn)滑劑的理想選擇被廣泛應(yīng)用。它是一種常見的邊界潤(rùn)滑劑,通過提供一種界面剪切強(qiáng)度小于下接觸面的膜來減少固-固摩擦。
當(dāng)應(yīng)用于粉末中時(shí),潤(rùn)滑劑在顆粒表面的分布是控制其有效性的關(guān)鍵因素。已有基于此的一系列機(jī)理研究被發(fā)表,總結(jié)見表1.((Bolhuis et al., 1975,1980; Pintye-Hodi et al., 1981; Tawashi, 1963a,b)。被廣泛接受的機(jī)理是MgSt形成Langmuir–Blodgett單層以及MgSt對(duì)空腔的填充(Roblot-Treupel and Puisieux, 1986),特別是延長(zhǎng)混合時(shí)間后(Johansson and Nicklasson, 1986)。不同飼料粉體的顆粒大小和表面形貌的巨大變化可能會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑劑的性能有相當(dāng)大的變化。                    
已有一系列使用MgSt作為潤(rùn)滑劑進(jìn)行的干法制粒研究(He et al., 2007; Migue′lez-Mora′n et al., 2008; vonEggelkraut-Gottanka et al., 2002) von Eggelkraut-Gottankaet al. (2002),采用干法制粒機(jī)控制壓輥間隙和壓力對(duì)兩批不同的中藥干浸膏進(jìn)行壓實(shí),并用多元線性逐步回歸分析研究了工藝參數(shù)和硬脂酸鎂用量的影響。據(jù)報(bào)道,由于疏水性的增加,片劑的崩解時(shí)間隨著MgSt濃度的增加而增加。他們還認(rèn)為MgSt與顆粒的結(jié)合(在片劑內(nèi)部)最大限度地減少了崩解時(shí)間的增加,同時(shí)保留了其作為潤(rùn)滑劑的功能。
He et al. (2007)對(duì)含有0.5%(w/w)MgSt的MCC(Avicel PH 102, 44–75 mm)進(jìn)行干法制粒。通過Heckel分析、片劑抗張強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)壓痕的測(cè)量來評(píng)估碾壓后粉末重復(fù)可加工性損失的機(jī)制,特別是在加入MgSt之后。他們得出結(jié)論,加工硬化發(fā)生在過程中,而由于MgSt的存在導(dǎo)致的過度潤(rùn)滑似乎是藥片機(jī)械強(qiáng)度下降的主要原因。Migue′lez-Mora′n et al. (2008)在三種條件下研究了MCC(Avicel PH 102)干法制粒:(1)不潤(rùn)滑;(2)潤(rùn)滑壓輪表面;(3)整體潤(rùn)滑粉末;結(jié)果表明,粉末經(jīng)MgSt內(nèi)部潤(rùn)滑時(shí)進(jìn)料最均勻,所得薄片密度最均勻,在壓實(shí)過程中可以觀察到最大壓力的降低。他們的工作清楚地顯示了MgSt對(duì)MCC的干法制粒有影響。
盡管已有研究,但壓實(shí)性能與整粒、壓片等下游工藝及潤(rùn)滑機(jī)理的關(guān)系尚未建立。特別是,潤(rùn)滑劑對(duì)整粒行為的影響,以及還沒有很好地了解顆粒和片劑的性質(zhì)。這些正是當(dāng)前的研究重點(diǎn),其中MCC和DCPD被選擇作為飼料粉體,它們都是常用的藥物輔料,但具有獨(dú)特的顆粒大小、表面形貌和對(duì)MgSt潤(rùn)滑的敏感性,據(jù)報(bào)道,MgSt潤(rùn)滑DCPD對(duì)混合條件非常不敏感(Vromans et al., 1988),與MCC顯著不同(Zuurman et al., 1999)。                 
2、物料
MgSt是一種白色無氣味片狀粉末(見圖1)。Calipharm D級(jí)DCPD(Rhodia,France)是一種易碎的結(jié)晶性粉末,有類似頁巖的顆粒(見圖2a)。MCC(Avicel grade PH 102, FMC Biopolymer, USA)(見圖2b)是一種結(jié)晶性粉末(結(jié)晶度>78%),有針狀顆粒,與相對(duì)脆性的DCPD相比,具有更大的塑性變形。MCC和DCPD的真實(shí)密度使用氦氣比重計(jì)(AccuPycII 1340, Micromeritics, USA)測(cè)量,分別為1569 kg/m3和2582 kg / m3。使用顆粒度分析儀(Model Helos, SympaTec, Germany)測(cè)量,兩種材料的平均粒度分別為96.3 um和8.1 um。
Fig. 1. Scanning electron micrograph of magnesium stearate.
Fig. 2. Scanning electron micrographs of DCPD and MCC powders with andwithout MgSt. (a) Unlubricated DCPD; (b) unlubricated MCC; (c) bulk lubricatedDCPD (0.75% w/w MgSt); (d) Bulk lubricated MCC (0.75% w/w MgSt); (e) bulklubricated DCPD after ring shear cell tests; (f) lubricated MCC after ringshear cell tests.
用雙錐混合機(jī)將不同用量的MgSt (w/w 0.15–1.5%)分別與這兩種粉末混合。初步研究(這里沒有介紹)表明,粉末的摩擦和流動(dòng)特性在混合時(shí)間超過5分鐘后沒有改變,因此報(bào)告中所有試驗(yàn)的混合時(shí)間均選擇5分鐘。經(jīng)0.75%(w/w)MgSt潤(rùn)滑后粉末的表面形貌如圖2c和圖2d所示。                     
3、試驗(yàn)
3.1環(huán)形剪切單元試驗(yàn)
使用RST-XS環(huán)形剪切單元測(cè)試儀(Dietmar Schulze,Germany)測(cè)量了飼料粉末和整粒后顆粒的有效內(nèi)摩擦角,正常應(yīng)力范圍為4-10 kPa。該儀器還用于測(cè)量壁面摩擦與光滑不銹鋼板的摩擦角度(表面粗糙度Ra ~0.3 mm),正常應(yīng)力范圍為1.1-20 kPa。通過掃描電子顯微鏡(6060, JEOL, Japan)得到了壁面摩擦測(cè)量前后粉末的形貌,見圖2e和2f。

3.2干法制粒
使用伯明翰大學(xué)開發(fā)的實(shí)驗(yàn)型干法制粒機(jī)對(duì)粉末進(jìn)行壓實(shí)(Bindhumadhavan et al., 2005; Migue′lez-Mora′n etal., 2008; Patelet al., 2010)。其包括半徑為100mm,寬度為46mm的兩個(gè)不銹鋼壓輪,采用重力下料,其中一種方法是在一個(gè)裝有矩形截面的料斗中手動(dòng)填充初始定容的粉末,多余的部分被輕輕的平掉了。

現(xiàn)有研究中,最小壓輪間隙S,壓輪轉(zhuǎn)速u,分別被固定為1.0mm和1rpm。角度θ在最小壓輪間隙時(shí)測(cè)量,與之對(duì)應(yīng)的徑向壓輪壓力p經(jīng)過壓電式壓力傳感器(PCB 105C33, Techni-Measure, Studley, UK)測(cè)量,它裝在一個(gè)壓輪的中心位置,可以得到壓輪的壓力分布,以研究整體潤(rùn)滑和壁免潤(rùn)滑的影響。壁面潤(rùn)滑的案例中,金屬壓輪表面用濃度分別為0.25%和1%的MgSt乙醇懸浮液進(jìn)行潤(rùn)滑。

薄片的尺寸(例如,長(zhǎng)度、厚度和寬度)通過數(shù)顯游標(biāo)卡尺(Mitutoyo, Hampshire, UK)進(jìn)行測(cè)量,來計(jì)算其體積,從而計(jì)算出其堆密度。薄片的斷裂能通過三點(diǎn)彎曲配置的萬能機(jī)械試驗(yàn)儀(Instron, High Wycombe, UK)進(jìn)行測(cè)量。整合力-位移數(shù)據(jù)來確定斷裂的總功。用功與斷口面積之比計(jì)算斷裂能。

3.3整粒

薄片分段切割成特定尺寸(大約22×22mm)以減少形狀和尺寸的不同帶來的影響。使用振蕩整粒篩(圖3,Coeply, AR 401)篩網(wǎng)孔徑為630um,整粒速度為200rpm。使用電腦化天平,對(duì)顆粒處理量作時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行測(cè)量。


3.4單軸壓片

使用通用試驗(yàn)機(jī)型(Z030, Zwick Roell, Germany),不銹鋼中模內(nèi)孔直徑13.0mm(Specac, UK),將上述整粒后顆粒進(jìn)行壓片。壓片速度為0.5mm/s,與干法制粒機(jī)的有效單軸部件(即水平速度)是相當(dāng)?shù)?。MCC和DCPD粉末顆粒在中模的填充量分別為0.8和1.1g。與之對(duì)應(yīng)的,MCC和DCPD粉末在5N的預(yù)壓下初始粉體高度分別為15.05和9.43mm。然后用0.66和0.53的單軸應(yīng)變壓縮試樣,得到厚度相近的片劑(例如5mm)。采用Patel et al. (2010)等人提出的相同的多變量擬合方法,由單軸壓縮中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系確定壓縮系數(shù)。

考慮了三種情況下飼料粉體的單軸壓縮:(1)未潤(rùn)滑;(2)粉末潤(rùn)滑;(3)中模內(nèi)壁潤(rùn)滑。一旦片劑被推出,其尺寸(例如,直徑和厚度)和重量會(huì)被測(cè)定,因此其松密度可以計(jì)算得到。然后用通用的試驗(yàn)儀器對(duì)片劑進(jìn)行徑向壓縮測(cè)試以確定其抗張強(qiáng)度。
                           

4、結(jié)果

4.1環(huán)形剪切單元試驗(yàn)

圖4顯示了飼料粉末混合不同用量的MgSt時(shí)壁面切向應(yīng)力作為正常應(yīng)力的函數(shù),梯度等于摩擦系數(shù)。在未潤(rùn)滑粉末的案例中,DCPD和MCC的梯度分別是~0.5和~0.9;當(dāng)0.75%(w/w)MgSt用于整體潤(rùn)滑時(shí),DCPD的梯度降低至~0.1,而MCC的梯度不受影響。從壁面摩擦角Фw以及相應(yīng)的有效摩擦角Фe的角度研究了潤(rùn)滑劑用量對(duì)壁面摩擦的影響,如圖5所示。未潤(rùn)滑的DCPD的Фe僅比MCC的輕微高一點(diǎn),不像MCC那樣隨著MgSt用量的增加而降低。

如圖6所示,Фe和Фw的值是經(jīng)整粒后顆粒中MgSt用量的函數(shù)。在顆粒(圖6)和粉末之間(圖5),觀察到Фe值只有細(xì)微的差別。未經(jīng)潤(rùn)滑的MCC的壁面摩擦大于飼料粉末,潤(rùn)滑將使得壁面摩擦減少。對(duì)于DCPD, MgSt對(duì)顆粒壁面摩擦的影響不顯著。
 

Fig. 4. Variation of the wall shear stress with normal stress for (a)DCPD and (b) MCC, with various amounts of MgSt in bulk
 
Fig. 5. Frictional angles of MCC and DCPD as a function of amount ofMgSt.
 

Fig. 6. Frictional angles of MCC and DCPD granules as a function ofamount of MgSt.

4.2干法制粒

干法制粒的簡(jiǎn)易模型由Johanson (1965)開發(fā),將反向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)壓輪之間的空間分為不同區(qū)域,分為滑移區(qū)、捏合區(qū)、釋放區(qū)?;茀^(qū)即為粉末進(jìn)入壓輪時(shí)的區(qū)域,粉末沿著壓輪表面滑移,在這個(gè)區(qū)域重新排列,只受很小的壓輪壓力。粉末流動(dòng)速度與壓輪速度相等的位置被定義為捏合區(qū)域的邊界。在這個(gè)區(qū)域,粉末被拖動(dòng)到最小的間隙處,然后被增大的壓力壓成薄片,粉體致密化主要發(fā)生在這個(gè)區(qū)域。壓縮后的薄片通過最小間隙后進(jìn)入釋放區(qū)。薄片的彈性恢復(fù)發(fā)生在這個(gè)區(qū)域。干法制粒機(jī)的最大壓力和捏合角是決定干法制粒機(jī)性能的兩個(gè)主要參數(shù)。目前工作中測(cè)量的典型壓力分布如圖7所示,最大壓力是~100MPa,捏合角是~8°。

捏合角是壓實(shí)區(qū)域大小的一個(gè)量度,由測(cè)量的壓輪壓力分布來確定,采用Yu et al. (in press)提出的方法,將測(cè)量到的壓力梯度角位置數(shù)據(jù)擬合為Johanson給出的以下方程。

其中,x坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于壓輪間隙的中心,原點(diǎn)在最小壓輪間隙處,使正值與進(jìn)料方向相反,D為壓輪直徑。k為通過單軸壓片實(shí)驗(yàn)得到的粉末的壓縮系數(shù)。參數(shù)v和A是Фe和Фw的函數(shù),表達(dá)式為:

其中,σ是在正交方向的壓輪表面的角位置θ,θ=0表示壓輪間隙最小s;滑移區(qū)域中的數(shù)據(jù)適用于方程式(1),捏合區(qū)的數(shù)據(jù)適用于方程式(2),如圖8所示。方程式(1)即滑移區(qū)擬合參數(shù)為Фe和Фw,方程式(2)擬合參數(shù)為k,夾角對(duì)應(yīng)于兩個(gè)方程的交點(diǎn)。

圖9和10顯示了最大壓輪壓力和捏合角。對(duì)MCC來說,當(dāng)壓輪表面經(jīng)過潤(rùn)滑時(shí),最大壓力和捏合角不受影響,但粉末整體潤(rùn)滑會(huì)降低最大壓力和捏合角。對(duì)于DCPD而言,壓輪表面潤(rùn)滑和粉末整體潤(rùn)滑都能減小捏合角和最大壓力。然而,最大壓力和捏合角在0.25% w/w MgSt時(shí)達(dá)到恒定值。如果有足夠的MgSt來引起最大可能的潤(rùn)滑,捏合角和最大壓力的減少是相似的。

Fig. 7. Typical pressure profile in roll compaction. 

Fig. 8. Determination of nip angle from the pressure gradient data forMCC (S=1.0 mm, u=1.0 rpm).
 

Fig. 9. Effects oflubrication on the maximum roll pressures.
 

Fig. 10. Effects of lubrication on nip angle in roll compaction.
 
4.3整粒

表2給出了薄片的固相分?jǐn)?shù)和斷裂能。固相分?jǐn)?shù)用于比較片劑的致密程度。整體潤(rùn)滑對(duì)MCC的固相分?jǐn)?shù)和斷裂能有較大的降低,而壁面潤(rùn)滑對(duì)MCC的降低要小得多。在相同的輥壓條件下(即壓輪間隙和壓輪轉(zhuǎn)速),DCPD薄片的固相分?jǐn)?shù)小于MCC薄片的固相分?jǐn)?shù),并且通過壁面潤(rùn)滑和整體潤(rùn)滑均降低了固相分?jǐn)?shù)。它們太脆弱,無法測(cè)量斷裂能。

Fig. 11. Typical milling results for roll compacted ribbons made fromunlubricated MCC powders at the roll gap of 1.0 mm, roll speed of 1.0 rpm.
 
圖11顯示了產(chǎn)出量隨整粒圈數(shù)的典型變化。產(chǎn)出量隨循環(huán)次數(shù)增加而增加,但速率降低。用一階動(dòng)力學(xué)描述數(shù)據(jù)是可能的:

其中,N為循環(huán)數(shù),m和m∞分別為N = N和N =∞時(shí)的顆粒質(zhì)量。在N = 0處m = 0時(shí)的積分:

其中,Nc是循環(huán)數(shù)在m=1-e-1時(shí)的特征數(shù)。因此,這個(gè)參數(shù)的值越小,對(duì)應(yīng)的薄片破碎越快。方程式(6)可以重排為:

表2給出了用未經(jīng)潤(rùn)滑的飼料粉體、壁面潤(rùn)滑的飼料粉體和整體潤(rùn)滑的飼料粉體制成的薄片的Nc值。可以看出,MCC的值因潤(rùn)滑而降低,且遠(yuǎn)大于DCPD的值,而DCPD的Nc值對(duì)潤(rùn)滑不敏感。在潤(rùn)滑作用下,MCC的固相分?jǐn)?shù)和斷裂能均顯著降低,Nc值也顯著降低。然而,DCPD的固相分?jǐn)?shù)和Nc不受潤(rùn)滑的影響。


4.4單軸壓片

表3給出了含和不含潤(rùn)滑劑的飼料粉末和顆粒制成的片劑的固相分?jǐn)?shù)和抗張強(qiáng)度。每個(gè)粉末和顆粒的固相分?jǐn)?shù)近似恒定,這應(yīng)該是執(zhí)行實(shí)驗(yàn)過程的情況??梢钥闯?,在潤(rùn)滑過程中,MCC粉末和顆粒的固相分?jǐn)?shù)沒有受到影響,而顆粒的固相分?jǐn)?shù)比粉末的固相分?jǐn)?shù)要小,因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致片狀性的損失。同時(shí),隨著MgSt用量的增加,片劑的抗張強(qiáng)度明顯下降。相比之下,DCPD的固相分?jǐn)?shù)不受潤(rùn)滑劑的影響,粉末和顆粒的值具有可比性,隨著MgSt加入量的增加,抗張強(qiáng)度略有提高。

片劑抗張強(qiáng)度隨MgSt用量的變化而波動(dòng),如圖12所示。未經(jīng)潤(rùn)滑的MCC片(即MgSt用量為0時(shí))的強(qiáng)度大約比相應(yīng)的DCPD片大6倍。MCC片的強(qiáng)度通過整體潤(rùn)滑降低,而不是通過壁面潤(rùn)滑來降低,壁面潤(rùn)滑對(duì)于DCPD片有輕微影響。對(duì)于MCC片和DCPD片,直接壓片比經(jīng)制粒后壓片的抗張強(qiáng)度更高。

Fig. 12. Effects of lubrication on the tablet strength, the datapoints on the vertical dash line (x?0) present the values for unlubricated cases.
 
為了探討片劑的固相分?jǐn)?shù)與抗張強(qiáng)度的關(guān)系,進(jìn)行了附加實(shí)驗(yàn)。采用壓力在52.7 ~ 165.7 MPa之間,間隔22.6 MPa范圍內(nèi)壓縮粉體和顆粒,制得各種固相分?jǐn)?shù)的片劑。在此案例中,0.5%(w/w)MgSt用于顆粒整體潤(rùn)滑。圖13顯示了DCPD和MCC在不同潤(rùn)滑條件下的顆粒和粉末數(shù)據(jù),很明顯,DCPD片的強(qiáng)度不受潤(rùn)滑和造粒的顯著影響,因?yàn)樗袛?shù)據(jù)都疊加在一條主曲線上(見圖13a)。相比之下,在粉末整體潤(rùn)滑的情況下,MCC片的抗張強(qiáng)度下降了30%(見圖13b)。顆粒制得的片劑比粉末制得的片劑強(qiáng)度更弱,這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致(Herting and Kleinebudde, 2008)。

Fig. 13. Tensile strength as a function of solid fraction of thetablets produced under various lubricating conditions for (a) DCPD and (b) MCC,the solid line presents the fitting results to Eq. (8).
 
采用Ryshkewitch-Duckworth方程(Duckworth, 1953)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

其中σt為固相分?jǐn)?shù)為Ф時(shí)的抗張強(qiáng)度,s為同一材料在零孔隙率時(shí)的抗張強(qiáng)度,k為常數(shù),表示材料的結(jié)合能力,k值越大,結(jié)合能力越弱。典型數(shù)據(jù)擬合如圖13所示,擬合參數(shù)值如表4所示。對(duì)于DCPD,所考慮的各種情況下的σt和k的值本質(zhì)上是相同的。對(duì)于MCC來說,造粒和潤(rùn)滑導(dǎo)致σt值降低,但k值增加,表明結(jié)合能力降低。
        
                 

5、討論

未經(jīng)潤(rùn)滑的DCPD的壁面摩擦系數(shù)比MCC大約5倍(見圖5),這是由于有機(jī)材料的界面剪切強(qiáng)度比無機(jī)材料小。邊界潤(rùn)滑劑提供一個(gè)弱的界面層,摩擦系數(shù)通常為0.1(Bowden and Tabor, 1950),表示一般可以達(dá)到的最小值。這與未經(jīng)潤(rùn)滑的MCC的測(cè)量結(jié)果相似,因此邊界潤(rùn)滑在減少摩擦方面是無效的。有機(jī)聚合物通常很難進(jìn)行邊界潤(rùn)滑,因?yàn)樗鼈兺ǔ>哂信c有機(jī)邊界潤(rùn)滑劑相似的界面剪切強(qiáng)度。然而,未經(jīng)潤(rùn)滑的DCPD的摩擦系數(shù)為0.5,因此,應(yīng)用MgSt可以有效地降低摩擦系數(shù)到觀察到的最小值0.1。顯然,要實(shí)現(xiàn)均勻、堅(jiān)固的表面層,必須有一個(gè)最小的MgSt用量。

未經(jīng)潤(rùn)滑的MCC的壁面摩擦系數(shù)在造粒后增大,而DCPD的壁面摩擦系數(shù)減小(見圖6)。這可能是由于顆粒尺寸的增大和表面形態(tài)的變化。對(duì)于采用整體潤(rùn)滑的飼料粉末生產(chǎn)的顆粒,邊界潤(rùn)滑僅對(duì)MCC有效。添加MgSt后,DCPD顆粒的壁面摩擦實(shí)際上不會(huì)發(fā)生變化,這可能至少有兩個(gè)原因。首先,在整粒過程中,由于顆粒尺寸較小(8mm),一些顆粒會(huì)丟失,而且由于它們的表面積與體積比較大,這導(dǎo)致粘附的MgSt的損失不成比例。其次,即使DCPD顆粒的表面經(jīng)過了良好的初始潤(rùn)滑,這些相對(duì)易碎的顆粒的碎裂也會(huì)導(dǎo)致未經(jīng)過潤(rùn)滑的內(nèi)部表面暴露出來(De Boer et al., 1978)。

兩種未經(jīng)潤(rùn)滑的粉末的有效內(nèi)摩擦角基本相同,雖然它們?cè)诒诿婺Σ撂匦陨嫌忻黠@的差異(見圖5)。然而,其他因素,如顆粒形狀和粒度分布,對(duì)于解釋這一觀測(cè)結(jié)果可能是重要的。當(dāng)DCPD經(jīng)過整體潤(rùn)滑后,Фe沒有降低。這表明,由剪切引起的斷裂顆粒暴露新鮮的未經(jīng)潤(rùn)滑的表面,這與他們的脆性性質(zhì)是一致的。顯然,這一機(jī)制并不適用于MCC。壁面潤(rùn)滑引起壁面摩擦系數(shù)的小幅度降低,這必然解釋了相對(duì)較大的Фe減少,從單個(gè)顆粒到整體顆粒有相當(dāng)大的放大效應(yīng)。

在剪切單元數(shù)據(jù)的情況下,僅根據(jù)相對(duì)摩擦特性,不可能直接比較最大壓力和捏合角的絕對(duì)值。其他因素尤其包括可壓性,未來的工作將涉及檢驗(yàn)理論模型的準(zhǔn)確性,如Johanson(1965)基于飼料粉體的特性來預(yù)測(cè)最大壓輪壓力和捏合角。然而,根據(jù)壁面摩擦和內(nèi)摩擦的測(cè)量結(jié)果,可以對(duì)潤(rùn)滑的變化提供一些定性的解釋。

對(duì)于MCC來說,潤(rùn)滑壓輪既不影響捏合角(圖10),也不影響最大壓輪壓力(圖9),這與摩擦對(duì)壁面潤(rùn)滑不敏感是一致的。然而,對(duì)于整體潤(rùn)滑而言,這兩個(gè)參數(shù)都隨著MgSt的增加而減小。這反映在薄片的密度和強(qiáng)度的降低上。如上所述,對(duì)MCC進(jìn)行邊界潤(rùn)滑是困難的。然而,整體潤(rùn)滑減少了內(nèi)部摩擦,增加了粉末的整體流動(dòng)性。因此,捏合角和最大壓力被降低。

在DCPD案例中,與MCC不同的是,通過潤(rùn)滑壓輪,捏合角(圖10)、最大壓力(圖9)以及薄片密度都降低了。由于捏合角和最大壓力的值與臨界整體潤(rùn)滑的DCPD相似,因此壁面摩擦對(duì)邊界潤(rùn)滑的敏感性更高是一種可能的解釋。也就是說,整體潤(rùn)滑再次提供了潤(rùn)滑劑的內(nèi)部來源。

如參數(shù)Nc所表征的,薄片的整粒速率似乎與斷裂能簡(jiǎn)單地相關(guān),這可能是合理的預(yù)期。對(duì)于MCC,薄片密度和斷裂能之間似乎存在密切的相關(guān)性(見表2),這也是符合預(yù)期的行為。沒有足夠的數(shù)據(jù)來描述MgSt存在二次效應(yīng),它可以通過在顆粒之間充當(dāng)弱層來降低強(qiáng)度,或者可以作為粘合劑。幾乎可以肯定的是,DCPD薄片的強(qiáng)度弱是由于在釋放區(qū)域積累的彈性形變阻止了粒子之間形成鍵合的結(jié)果。由于有機(jī)聚合物呈現(xiàn)彈塑性形變,MCC的這些形變要小得多。與MCC形成的薄片相比,DCPD薄片彈性恢復(fù)和捏合角較小將是導(dǎo)致DCPD薄片密度更小的一個(gè)因素。

DCPD片的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于MCC片(見表3和圖13),這與表2中斷裂能顯示的薄片強(qiáng)度數(shù)據(jù)類似。所積累的彈性應(yīng)變的相對(duì)值可能再次成為主要的控制因素。DCPD片的強(qiáng)度對(duì)潤(rùn)滑不敏感(見表3、圖12和13a)可能是由于粉末顆粒的破碎特性導(dǎo)致新鮮表面暴露,從而抑制了MgSt的潛在結(jié)合。整體潤(rùn)滑導(dǎo)致MCC片的強(qiáng)度降低(見表3、圖12和13 b),這表明MgSt在粒子之間起著弱邊界層的作用 (Zuurman etal ., 1999),因而降低了結(jié)合強(qiáng)度(表4)。因此潤(rùn)滑對(duì)DCPD片和MCC片的影響與薄片中觀察到的趨勢(shì)是相似的,如表2所示。

今后的工作將著眼于對(duì)二元混合物的對(duì)比研究,以反映更實(shí)際的配方。然而,從實(shí)際應(yīng)用的角度來看,目前工作中的一些總體趨勢(shì)可能值得考慮。首先,對(duì)于MCC,它是主要的配方成分,在給定的壓實(shí)條件下,潤(rùn)滑劑的添加將減小捏合角和最大壓輪壓力,這將導(dǎo)致薄片強(qiáng)度降低,整粒效率提升,但減小顆粒粒度。其次,片劑的強(qiáng)度將為薄片的強(qiáng)度提供一個(gè)有用的排名指標(biāo),也顯示了薄片整粒的效率。例如,這種方法可以應(yīng)用于研究潤(rùn)滑劑的影響。
                  

6、結(jié)論

研究粉末特性,壓制過程和薄片,薄片整粒,壓片有助于理解邊界潤(rùn)滑劑對(duì)配方的影響??偟膩碚f,有可能對(duì)數(shù)據(jù)作出連貫但定性的解釋,從而提供一些機(jī)理上的見解,并有一些實(shí)際啟示。最后,應(yīng)用整體潤(rùn)滑防止壓實(shí)過程中的粘附,但會(huì)導(dǎo)致MCC片強(qiáng)度和固相分?jǐn)?shù)降低。然而,這些負(fù)面影響并未顯示在DCPD中。兩種粉末經(jīng)壁面潤(rùn)滑最大限度地減少了最終產(chǎn)品抗張強(qiáng)度的降低。


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