Nowsze konstrukcje maszyn tabletkujących

Transkrypt

1 2 Kongres Świata Przemysłu Farmaceutycznego Nowsze konstrukcje maszyn tabletkujących - aspekty techniczne i technologiczne Jerzy Lasota lasot@onet.pl

2 Ruch stołu W tabletkarce rotacyjnej: Dla danego rozstawu (dystansu) rolek dociskowych, siła nacisku na produkt zależy od ilości tegoż produktu w matrycy. A więc: Produkt jest ściskany z taką siłą, jaką w y m u s i poprzez swoją obecność w matrycy. Ile produktu, taki nacisk.

3 Powietrze (olej) Odczyt [kn] nastawionej siły nacisku nacisk kn 9 5 Detektor przemieszczenia (liniał optoelektr.) czas Pracujemy stemplami Ø7R6, dla których maksymalna siła nacisku (odczytana z tabeli) wynosi 9kN. Sytuacja 1: jako siłę podpierające rolkę ustawiamy 9kN, a dystans między rolkami (dolna tu niewidoczna) - tak żeby naciski wynosiły około 5kN. To jest tabletkowanie tradycyjne (linia czerwona). Do regulacji napełnienia matryc służą sygnały sił z tensometru. Sytuacja 2: Jeżeli zależy nam na tym, żeby tabletki zostały sprasowane dokładnie siłą 5kN, to ustawiamy ją jako podparcie rolki, a dystans między rolkami musi być taki, żeby każde przejście stempla powodowało niewielkie przemieszczenie rolki ruchomej. Te właśnie przemieszczenia służą tym razem do regulacji napełnienia matryc. Siły nacisków nie wzrosną nigdy ponad nastawione 5kN (linia czarna).

4 pomiar siły nacisku [kn] Praca tabletkarki - opisowo: Brak produktu w matrycy - nie ma nacisku pomiar przemieszczenia [µm] Mało produktu - mały nacisk -małe odsunięcie rolki lub brak odsunięcia Dużo produktu - duży nacisk -duże odsunięcie rolki Za dużo produktu - za duży nacisk -za duże odsunięcie Zasada wykorzystana do regulacji napełnienia Odrzucenie tabletki albo zatrzymanie maszyny Dotyczy nowszych maszyn, ale tylko gdy pracują w reżimie stałego nacisku. Wówczas sygnałem regulującym napełnienie jest wielkość odsunięcia rolki (sygnał przemieszczenia), a nie wartość nacisku.

5 Ręczny regulator położenia rolki (tu niewidoczny) Tensometryczny czujnik siły Nastawianie zagłębienia stempli (strefa prasowania) Wysokość napełnienia ZASADA DZIAŁANIA Odczyt rzeczywistej siły nacisku Zagłębienie (zanurzenie) Wielkość przesunięcia Czujnik przesunięcia (liniał optoelektroniczny) kn Dystans Nastawiona siła nacisku Nastawianie ciśnienia podparcia dolnej rolki, czyli: -siły nacisku (gdy praca elastyczna ) -siły zabezpieczającej stemple (gdy praca sztywna ) Nastawianie dystansu między rolkami Akumulatory ciśnienia Pompa hydrauliczna Rys. Jerzy Lasota

6 Tabletkowanie do ustalonej grubości (tradycyjne, sztywne ). Napełnienie a naciski. nacisk na rolki [N] Zależność nacisków od ilości produktu w matrycy (granulat Groprinosin, matryca Ø12) y = 109,31x - 57, ,610 0,620 0,630 0,640 0,650 0,660 0,670 9,700 masa tabletki [g] Różne nachylenie prostej, widoczne na rysunkach, wynika z różnic w skalowaniu. Matematyczne zależności są zachowane prawidłowo. 1mg i 1N -to są najmniejsze jednostki wykrywane w tym procesie. nacisk na rolki [N] 10,000 9,900 9,800 9,600 9,500 9,400 okoł 1mg o 100N y = 109,31x - 57,743 0,615 0,620 masa tabletki [g] Różnica 1mg w napełnieniu matrycy powoduje różnicę ok.100n w naciskach Ten przykład ilustruje tylko skalę problemu. Dokładne dane będą się nieco zmieniać dla konkretnego produktu, w zależności od: -masy właściwej produktu (tzw. ciężar nasypowy), im większa tym mniejsze odchylenie prostej od osi X), - średnicy matrycy (=tabletki). Duża średnica, to mniejsze różnice w wysokości słupa produktu, czyli mniejsze nachylenie prostej.

7 Tabletkowanie z dokładnie ustalonymi naciskami. Napełnienie a przesunięcie. Grubość tabletki [mm] Zależność grubości tabletki od ilości produktu w matrycy (granulat z proc. mokrego, matryca Ø10, naciski: 10kN) 9,00 8,00 7,00 6,00 Avicel PH-101 (dla porównania) y = 16,8x - 0,5 Typowy granulat 5,00 4,315 4,00 y = 9,07x + 0,75 3,00 4,310 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 Masa tabletki [g] Różne nachylenie prostej, widoczne na rysunkach, wynika z różnic w skalowaniu. Matematyczne zależności są zachowane prawidłowo. 1mg i 1µm -to są najmniejsze jednostki wykrywane w tym procesie. Różnica 1mg w napełnieniu matrycy powoduje różnicę ok. 9 mikrometrów w przesunięciu rolki ruchomej. (dla granulatu typowego i matrycy Ø10) Ten przykład ilustruje tylko skalę problemu. Dokładne dane będą się nieco zmieniać dla konkretnego produktu, w zależności od: -masy właściwej produktu (tzw. ciężar nasypowy), im większa tym mniejsze odchylenie prostej od osi X), y = 9,07x + 0,75 4,300 0,390 0,395 0,400 Masa tabletki [g] - średnicy matrycy (=tabletki). Duża średnica, to mniejsze różnice w wysokości słupa produktu, czyli mniejsze nachylenie prostej. Grubość tabletki [mm] 4,320 4,305 okoł 1mg o 9µm 1 9

8 Oto formulacja: Bezsensowna, nieudana i niepotrzebna próba wykonania tabletki o kontrolowanym uwalnianiu. Około połowa zaznaczonych substancji była granulowana na sucho wraz z pozostałymi, reszta dodana do granulatu. Znany i stosowany sposób, tutaj na nic się nie zdał. Przesadzono z ilością dezintegratorów! A to są efekty: Albo tabletka, celowo niedoprasowana, rozpadała się w czasie 3 minuty, albo nie rozpadała się wcale, nawet nazajutrz. Po wyglądzie grawera na powleczonej tabletce nauczono się wnioskować czy się rozpadnie, czy nie. Grawer musiał być lekko starty, ale jeszcze czytelny, a pozostałe wżery - nieduże, żeby tabletka była choć trochę ładna... min. Czas rozpadu Tak było by znacznie lepiej kp Twardość tabletki Tabletki dobrze się rozpadające, ale brzydkie Tabletki ładne, ale się nie rozpadają Czas rozpadu tabletki nie może w taki sposób zależeć od jej twardości! Tu różne twardości wynikają z drobnych różnic w naciskach, które są nieuniknione podczas produkcji, a spowodowane - różnym napełnianiem matryc (niejednorodność granulatu). Wartości nacisków nie są znane, gdyż maszyna nie miała komputera. Tylko te tabletki można uznać za poprawne, ale utrzymanie tak wąskich parametrów bez komputera i przy niejednorodnym granulacie, to wielkie ryzyko. Pomóc może tu tylko maszyna o stałych naciskach. Domniemana przyczyna klęski: Słabe rozeznanie cech substancji, zbyt mało prób w laboratorium.

9 Elementarne zagadnienia z dziedziny tabletkowania: Reakcja produktu na działanie maszyny Twardość [N] Jaka spoistość produktu? Nacisk [kn] Reakcja maszyny na obecność produktu Nacisk [kn] albo Przesunięcie rolki [µm] Wartości wymuszone obecnością produktu. Służą do sterowania napełnianiem matryc. Kiedy odrzucić tabletkę? Napełnienie matrycy [mm] albo Ciężar tabletki [g]

10 Maszyna dla produktu, czy produkt dla maszyny? Konstrukcje dawniejsze: Obecny kierunek: Inny przykład dostosowania konstrukcji tabletkarki do cech przetwarzanej substancji. Aclar Avicel 10g 2. Corn starch 20g 3. Lactose 30g 4. Rice starch 40g Docisk wstępny nie tylko usuwa powietrze. Zadawany w dużych wartościach, aż do równych głównemu, wywołuje niekiedy korzystne defekty struktury krystalicznej (np. rozmnażanie się dyslokacji), które są ośrodkami nagromadzenia energii odkształcenia. W efekcie występuje tzw. umocnienie przez zgniot. Wpływ docisku wstępnego na efekt tabletkowania

11 Opinia autora n/t tabletkarek laboratoryjnych: Zewnętrzne podobieństwo tabletkarki laboratoryjnej do maszyny produkcyjnej, czy nawet identyczność narzędzi - to cechy zupełnie drugorzędne dla potrzeb laboratoryjnych. A jakie są pierwszorzędne? Łatwość uruchomienia dla j e d n e j tabletki, z precyzyjnie zadanym naciskiem (także wstępnym, o znacznej wartości!), bez obawy o konsekwencje zatarcia narzędzi produktem. Uwypuklono słowo zadanym, w odróżnieniu od uzyskanym, jak to ma miejsce w maszynach rotacyjnych, gdzie nacisk jest parametrem wynikowym, zależnym od ilości substancji w matrycy więc nie można go zadać i trzeba trafiać. Gwoli ścisłości, trzeba dodać, że niektóre maszyny rotacyjne umożliwiają zadawanie nacisków na życzenie. Cecha ta jest jednak bardziej przydatna podczas produkcji, bo w laboratorium, przy pracy jednostemplowej, mogą dojść do głosu czynniki dynamiczne (bezwładność rolki). Nacisk niezależny od napełnienia matrycy, dozowany precyzyjnie jako parametr zadany - oto co znakomicie służy badaniom substancji oraz projektowaniu formulacji. Przydatność takiej maszynki dla celów laboratoryjnych jest niekwestionowana, ale raczej dla formulacji łatwych, bezproblemowych.

12 2 Kongres Świata Przemysłu Farmaceutycznego Nowsze konstrukcje maszyn tabletkujących - aspekty techniczne i technologiczne Dziękuję za uwagę Jerzy Lasota lasot@onet.pl