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技術(shù)文章

可壓片性、可成形性和可壓縮性的區(qū)別!

瀏覽次數(shù):17482021/02/24  

可壓片性,可成形性和可壓縮性這3個概念經(jīng)常杯混淆,而他們有特定的含義,來表征物料在壓力下的性質(zhì)。


有很多因素影響壓片效果,包括經(jīng)過培訓(xùn)的員工,合適的壓片機(jī),高質(zhì)量、高精密度的沖模,良好的物料性質(zhì)。事實(shí)上,粉末性能變量是制藥和膳食補(bǔ)充劑行業(yè)的共同問題。值得慶幸的是,許多技術(shù)可以幫助我們發(fā)現(xiàn)和解決問題。


盡管壓片過程至關(guān)重要,但壓片之前的工藝也非常重要。必須了解顆粒和粉末特性如何影響片的質(zhì)量屬性。


顆粒特性包括形狀,粒度和粒度分布,這些性質(zhì)的變化會引起片重、含量均勻性、分層、可壓性和溶出等問題。例如,過多大顆粒的存在會導(dǎo)致片重偏低,因?yàn)橹心J求w積填充的。大顆粒也會延長溶出,因?yàn)樗鼈儠p少片劑的總表面積,過多小粒子的存在會產(chǎn)生相反的效果。


粉末特性(包括其流動性和堆密度,振實(shí)密度和真密度)也會對壓片過程產(chǎn)生影響。真密度或絕對密度——指除去所有空隙之后的密度,可以用氦比重瓶測量。這是一個有用的參數(shù),因?yàn)閴浩懦隽W又g的所有空氣,包括粒子間和粒子內(nèi)空隙,它代表片的密度。


一旦確定了顆粒和粉末的性質(zhì),決定是否可以采用直接壓片工藝——最簡單的方法。如果不能,則對粉末進(jìn)行處理,通常是干法或濕法制粒。


還必須了解粉末在不同負(fù)載條件下的表現(xiàn)。這是壓片成功放大到高速壓片機(jī)上的唯一途徑。理想情況下,了解物料如何變形可以幫助處方開發(fā)。


片的壓縮過程


該研究是在單沖壓片機(jī)上進(jìn)行的(如圖)。但是,無論是使用手動填充的單沖壓片機(jī),還是使用重力或強(qiáng)制飼料的旋轉(zhuǎn)式壓機(jī),過程是類似的:物料在狹窄的空間中受到壓縮力,導(dǎo)致體積減小。首先,低壓力導(dǎo)致顆粒重排和排列更緊密,孔隙率降低。隨著壓力的增加,顆粒的尺寸會發(fā)生變化。他們要么破碎成更小離散顆粒(破裂)或它們暫時(彈性)或永久(塑性)變形成新形狀。在更高的壓力下,破裂的顆粒可能會進(jìn)一步重排并發(fā)生進(jìn)一步的變形。

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當(dāng)混粉中加入潤滑劑(即硬脂酸鎂)時,碎裂的物料通常對壓力弱化或不敏感。潤滑劑通常會抑制顆粒之間的結(jié)合,但是當(dāng)顆粒碎裂時,新的表面會產(chǎn)生,從而加強(qiáng)顆粒間的結(jié)合,破碎的粒子對壓縮速度也不太敏感。塑性變形的物料,即在相對較低的壓力下產(chǎn)生較高的強(qiáng)度,這歸因于在形變過程產(chǎn)生大量顆粒接觸點(diǎn)。彈性變形是指壓縮停止后,顆粒部分或完全恢復(fù)到其原始形狀。時間依賴性彈性恢復(fù)被稱為粘彈性,影響壓縮時間的因素是壓片速度,轉(zhuǎn)臺速度,壓縮輥尺寸和沖頭尺寸。


片的可壓縮性研究

要進(jìn)行可壓縮性研究,首先保證目標(biāo)片重不變。在不同壓片壓力下(從低到高)壓片并測量它們的厚度,重量,斷裂力(有時稱為硬度)和脆碎度,以及它們的崩解和溶出。然后將每個屬性或特性繪制成和壓片壓力的函數(shù)。圖1為可壓片性的曲線圖,該圖為拉伸強(qiáng)度和壓片壓力的函數(shù)。

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壓片壓力可以通過施加的力和沖頭面的橫截面積(公式1)計(jì)算出來,可以比較不同尺寸片的壓力。

公式1:壓強(qiáng)=力/面積

拉伸強(qiáng)度可以通過斷裂力和片劑尺寸計(jì)算出來,拉伸強(qiáng)度可以比較不同尺寸片的機(jī)械強(qiáng)度。這里片是使用圓形的平面沖頭制備的,使用Fell-Newton方程計(jì)算,其中F是斷裂力,D是片的直徑,T是片劑厚度(等式2)。

公式2:σt=2F/πDT

100-200兆帕(MPa)的壓片壓力是制藥行業(yè)典型的壓片壓力,而膳食補(bǔ)充片的壓力通常大于200兆帕。(差別是由于膳食補(bǔ)充劑片劑中含有的非常高的有效成分,藥片活性成分的含量可能低于10%,而粘合劑比例比較高)影響片的目標(biāo)強(qiáng)度的因素有很多,盡管通常需要1至2兆帕的拉伸強(qiáng)度才能在壓片之后的工序保持片的完好無損,如包衣,運(yùn)輸/處理和包裝。從圖1中的例子可以看出,從機(jī)械強(qiáng)度來看,含0.5%硬脂酸鎂的微晶纖維素(MCC)具有最強(qiáng)的成形性。這主要是由于MCC的塑性變形,含0.5%硬脂酸鎂的一水乳糖在合適的壓力下也可以形成穩(wěn)定的片。但將這兩種輔料混合可以增加處方的性能,包括塑性和脆性變形。與純?nèi)樘窍啾?,乳糖與MCC的比例為3:1的混合物制備的片強(qiáng)度更大。


為了評估不同壓片壓力下片的機(jī)械強(qiáng)度,我們可以片的評估固體比例。它表明片的總體積有多少是固體材料。片劑的固體比例相當(dāng)于片劑的表觀密度和絕對密度(可以用氦比重瓶測量)之比。片的密度可以根據(jù)其重量和體積來計(jì)算,和密度相反的是孔隙率——指空隙或空氣占據(jù)的總體積 - 它是通過從1中減去固體比例計(jì)算出來的。參見等式3和4。


等式3:固體部分=片的密度/真密度

等式4:孔隙率=1-片的密度/真密度

圖2為可成形性曲線圖,它是片的拉伸強(qiáng)度和固體比例的函數(shù)。MCC與我們上面計(jì)算的可壓片性曲線一致,具有最好的成形性,最低的固體比例。固體比例一定的情況下,乳糖與MCC的3:1混合比乳糖更具有成形性。

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圖3為壓縮性曲線圖,該圖評估壓縮時物料發(fā)生體積變化的難易程度。隨著施加的壓力的增加,物料的固體比例也增加。在壓力一定的條件下,MCC的固體比例最低,而乳糖和3:1的乳糖與MCC混合物固體比例非常相似。

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現(xiàn)在我們知道了輔料的可成形性,我們在混合中添加一個API。圖4描繪了1)3:1乳糖與MCC混合物;2)3:1的乳糖與MCC混合物中加入10%對乙酰氨基酚(APAP)3)3:1的乳糖與MCC混合物中加入20%APAP。如果拉伸強(qiáng)度的目標(biāo)是2MPa,沒有APAP的3:1的乳糖與MCC混合物僅需要90MPa的壓實(shí)壓力,而10%APAP混合物需要120MPa,20%APAP混合物需要180兆帕。顯然,APAP會降低片的強(qiáng)度,因此制備含有APAP的片需要更高的壓片壓力才能達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度。

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圖5顯示了3:1乳糖與MCC混合物的可成形性曲線,以及它如何隨著APAP的加入而改變。在固體比例一定的條件下,加入APAP會降低片劑強(qiáng)度。最后,圖6中的壓縮性曲線顯示了相似的結(jié)果。



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