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问题分析:我遇到的几类干法制粒工艺事故
干法制粒技术是通过滚筒平压完成制粒。可将具一定相对密度的经喷雾干燥得到的中药干浸膏粉、化药原料及其辅料混合后,施加一定的压力,将物料通压辊之间的间隙,物料通过干挤压辊后被压成薄片,再粉碎成颗粒。该操作法所需辅料少,有利于提高颗粒的稳定性、崩解性和溶散性。
干法制粒的目的有以下方面:改善物料流动性、防止各成分的离析、防止粉尘飞扬及器壁上的黏附、调整堆积密度、改善产品溶解性能、改善片剂生产中压力的均匀传递、便于服用和携带、因制粒主要利用物料本身的结晶水,克服对水和温度敏感物料的制粒问题,提高产品价值等。
在干法制粒过程中,粉末通过施加外力而压紧为密实状态,产生稳定团聚的力、絮团的桥连力、低粘度液体粘结力、表面力和互聚力。颗粒团聚成功与否,一方面取决于施加外力的有效利用和传递,另一方面也取决于颗粒物料的物理性质。
本文将从干法制料机在工艺过程中的通常会遇到的一些共性的问题展开讨论。讨论一下在干法制粒过程中经常出现的技术问题:
情形一:
以前遇到一化药品种,工艺为干法制粒后直接压片,全为内加辅料,辅料主要有无水磷酸氢钙、微晶纤维素、二氧化硅、硬脂酸镁等,干法制粒后到压片时每批都会出现一些腰裂的片子,腰裂的片子有时多有时少,但每批都有。
片子是椭圆型异形片,厚度在5.3mm左右。之前压片时的硬度不能加大,压片主压力一旦加的多了,产品质量要么片子硬度不够,要么就会出现裂片,后来把干法制粒的压力减小了,再把压片的硬度加上去,最后腰裂的片子已经不多见了,片子硬度问题也得到改善,经过技术人员分析是由于干制粒制得颗粒过硬,干法制粒过程中压辊压力过高,使压得的颗粒过硬,导致颗粒的可压性降低,在接下来的压片工序需要较大压力才能压制成形,或制得的片剂硬度较小。
当部分颗粒过硬时,也易产生裂片、花片现象。干颗粒过硬,还会使得颗粒难以溶于水,影响到颗粒的崩解。
情形二:
一个干法制粒的工艺,主要的辅料是乳糖和HPMC,一制出颗粒就感觉颗粒比较“抛”,也就是颗粒的堆密度低,一上压片机压片,发现颗粒的流动性较差,加大转速时颗粒不能充填。片子外观不完整,片重低。经调查是由于干法制粒设备本身或参数设置的原因导致颗粒的堆密度偏低,颗粒的圆整度低,而颗粒的圆整度直接影响颗粒的流动性。
对于干法制粒制得的颗粒的圆整度相对于湿法制粒要稍差,但制粒过程中可通过调节干法制粒机压片的片厚和整粒机的结构来控制颗粒的圆整度。因为干法制粒机不同于湿法制粒,湿法制粒时,由于有水或乙醇的加入,一些可溶性成分溶解,干燥时又析出形成固体桥,会使得颗粒的堆密度偏大;
或者加入粘合剂,干燥时粘合剂析出与其它粉末共同形成固体桥,这样制得的颗粒堆密度也会比较大。而干法制粒时没有这些过程,因此颗粒堆密度偏低。
物料流动性差,制粒过程中送料不连续导致压出的薄片不连续,如原辅料混匀后流动性太差,更换流动性好的物料或物料中添加助流剂。采用多次制粒的方式(注意有些物料如微晶纤维素不适合反复制粒),应先对辅料或其中部分物料进行制粒,增加物料的流动性。
情形三:
这次是一中药产品,浸膏干粉加20%MCC干法制粒时制得颗粒细粉较多,干法制粒后颗粒进行灌装胶囊,药柱比较松,装量不稳,胶囊填充质量差,物料损失多,最终成品率低,不可接受。
此现象一方面由于物料的可压性差,中药提取物压不成颗粒的问题,主要是因为物料的特性,用干法制粒机制粒时,密度越低的物料越难制粒。另一方面对于密度低的物料,可以通过开启抽真空系统(一般水平干法制粒机厂家设备都有)来实现制粒或提高成粒率。
是否需要开启真空系统,一般物料以密度0.3g/cm3为界,0.3g/cm3以上的物料比如黄芪、丹参、地黄等不需要开启抽真空系统,而密度低于0.3g/cm3的物料开启抽真空系统效果就非常明显。还有一些物料比如海金沙、薏苡仁等密度很低的药品成粒率很低,很难制出颗粒,需要加一些辅料来解决,这个需要工艺人员以实际试验得出的结果来决定。
如在设计开发阶段可考虑更换可压性好的物料如微晶纤维素、预胶化淀粉,增加粘合剂的用量。增加压辊的压力或送料速度。切忌不要过量填加粘合剂,那样会导致新的问题出现,就是制粒时物料粘压辊现象。
刚形始无上述可压性差的问题时如果出现物料粘压辊,可考虑原因为物料中润滑剂的用量较少,应增加润滑剂的含量,但应注意润滑剂的总用量,在能改善或解决物料粘压辊的前提下,能少加则少加。物料中有吸湿性物料,也会引起物料粘压辊的现象。注意保证制粒间工作环境的低湿度。
此外,在干法制粒活动中大家都遇到过的共性问题,压辊间隙与片状物不成正比,有时候调整压辊间隔仍不能得到我们所期望的薄片,笔者在进行工艺验证时也遇见了这个问题,下表是我曾经在工艺验证过程中所做的干法制粒的测试记录:
液压压力60bar,  批号xxxxx
压辊间距
片状物厚度
初段
中段
末段
平均值
1mm
厚度mm
2.22
2.35
2.40
2.32
密度g/ml
1.3344
1.3412
1.3528
1.3428
2mm
厚度mm
1.81
1.82
1.81
1.81
密度g/ml
1.3259
1.3310
1.3311
1.3293
3mm
厚度mm
2.31
2.26
2.32
2.30
密度g/ml
1.6419
1.6366
1.6537
1.6441
如图表所示,从数据来看,压轮间距设定后,压片的厚度并不与压轮间隙一致,从理论上讲压片的实际厚度应该比压轮间距设定值略微大一些才对,实际上却不是,那是因为国内所有厂家的压轮间隙这一个设置值都是假的(话有点绝对,但实际情况就是这样,问其它老师也出现过这个问题),即使你设置了压轮间隙,但是压片的实际厚度却不是你所要的设定值,因为压片的厚度是由输料螺杆转速、压轮转速、液压压力三个参数主要决定的。
关于压辊间隙,无论中药还是化药,压片的厚度一般在2mm左右,厚度区间1.5mm~2.5mm,大部分的物料压片的厚度都在这个区间。至于设置的2mm间隙,压片厚度却比1mm和3mm小,那是因为输料转速,压轮转速和液压压力三个参数没有匹配好导致的。
在液压压力和压片速度一定的情况下,送料速度越快,作用在压轮间的压力越大,反之越小,同样在液压压力和送料速度一定的情况压片速度越慢,作用在压轮间的压力越大,反之越小。故在使用干法制粒机时要根据物料的实际情况选择一个最佳的压力和速度,这样在保证产品质量基础上提高产品的一次成品率。
本文作者:博普智库作者-A001
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