Технологические свойства

Технологические свойства порошкообразных лекарственных веществ зависят от их физико-химических свойств.

Фракционный (гранулометрический) состав, или распределе-_аие частиц порошка по крупности, оказывает определенное влияние на степень сыпучести, а следовательно, на ритмичную работу таблеточных машин, стабильность' массы получаемых таблеток, точность дозировки лекарственного вещества, а также ла качественные характеристики таблеток (внешний вид, распа­даемость, прочность и др).

Наиболее быстрым и удобным методом определения дисперсности является ситовой анализ. Техника его заключается в том, что 100,0 г исследуемого порошка просеивают через набор сит (диаметр отверстий 2,0, 1,0, 0,5, 0,25 и 0,1 мм). Навеску материала помещают на самое крупное (верхнее) сито и весь комплект сит встряхивают (вручную или на виброустановке) в течение 5 мин, а затем находят массу каждой фракции и ее процентное содержание.

Исследования фракционного состава фармацевтических порошков, подлежащих таблетированию, показали — большинство из них содержит в подавляющем количестве мелкую фракцию (менее 0,2 мм) и поэтому обладают плохой сыпучестью. Они плохо дозируются по объему на таблеточных машинах, таблетки получаются неодинаковыми по массе и прочности. Фракционный состав порошков можно изменить с. помощью направленного гранулирования, позволяющего получить определенное количество крупных фракций.

Очень важно определение таких объемных показателей порошков, как насыпная и относительная плотность и пористость.

Насыпная (объемная) плотность — масса единицы объема свободно насыпанного порошкообразного материала. Насыпная Плотность зависит от формы, размера, плотности частиц порошка (гранул), их влажности. По значению насыпной плотности можно прогнозировать объем матричного канала. Определение насыпной Плотности порошка проводят на приборе модели 545Р-АК-3 Мариу­польского (бывшего Ждановского) завода технологического оборудования

Взвешивают 5,0 г порошка с точностью до 0,001 г и засыпают ^его в измерительный цилиндр. Устанавливают амплитуду Колебаний (35—40 мм) посредством регулировочного винта и после температурной метки по шкале фиксируют положение контргайкой. Частоту колебаний устанавливают при помощи трансформатора в пределах 100—120 кол/мин по счетчику. Далее включают прибор тумблером и следят за отметкой уровня порошка в цилиндре. Когда уровень порошка становится постоянным (обычно до 10 мин), прибор отключают.

Относительная плотность — отношение насыпной (объемной) _ плотности к истинной плотности:

Пористость — объем свободного пространства (пор, пустот) между частицами порошка.

От этих объемных характеристик зависит способность порошка к сжатию под давлением.

Коэффициент уплотнения (сжатия) -- отношение высоты порошка в матрице (Я,) к высоте полученной таблетки (Н₂):

Определение проводят в матрице. Матричный канал Выполняют порошком и осуществляют давление прессования 200 кг/см². Полученную таблетку выталкивают пуансоном и •замеряют высоту.

На способность порошкообразных препаратов к сжатию оказывают влияние форма частиц, их способность к перемещению 10 деформации под воздействием давления. Коэффициент уплотнения является существенным технологическим фактором; в частности, чем больше он, тем больше времени тратится на прессование. При этом расходуется больше усилий и на выталкивание таблетки из глубины матричного канала.

При таблетировании наиболее важными технологическими свойствами являются сыпучесть, прессуемость и скольжение, дозволяющие легко выталкивать таблетку из матрицы.

Текучесть (сыпучесть) -- способность порошкообразной системы высыпаться из емкости воронки или «течь» под силой собственной тяжести и обеспечивать равномерное заполнение матричного канала. Материал, имеющий плохую сыпучесть в воронке, прилипает к ее стенкам, что нарушает ритм его поступления в матрицу. Это приводит к тому, что заданная масса и плотность таблеток будут колебаться.

Сыпучесть определяют на вибрационном устройстве для взятия характеристик сыпучих материалов ВП-12А.

В приборе предусмотрена вибрация конусной воронки жесткого соединения его с электромагнитным устройством работающим от сети переменного тока. Навеску порошка (гранул) массой 50,0 г (с точностью до 0,01 г) засыпают в воронку ггр_и закрытой заслонке, включают прибор и секундомер. После 20с утряски, необходимой для получения стабильных показаний открывают заслонку и фиксируют время истечения материала из воронки. Точность времени истечения — до 0,2 с.

При определении сыпучести порошков с малой насыпной плотностью допускается использование навески массой 30,0 г. С помощью прибора ВП-2А определяется также угол естественного откоса — угол между образующей конуса сыпучего материала и горизонтальной плоскостью. Угол естественного откоса изменяется в широких пределах -- от 25 до 30 °С для хорошо сыпучих материалов и 60—70.°С — для связанных материалов.

Сыпучесть порошков является комплексной характеристикой, определяемой дисперсностью и формой частиц, влажностью масс, гранулометрическим составом. Эта технологическая характерис­тика может быть использована при выборе технологии таблетирования. Порошкообразные смеси, содержащие 80—100% мелкой фракции (размер частиц меньше 0,2 мм), плохо дозируются, поэтому необходимо проводить направленное укрупнение частиц таких масс, т. е. гранулирование. Если мелкой фракции содержится до 15%, возможно использование метода прессования.

Прессуемость — способность частиц порошка к когезии под давлением, т. е. способность частиц под влиянием сил электро­магнитной природы (молекулярных, адсорбционных, электри­ческих} и механических зацеплений ко взаимному притяжению и сцеплению с образованием устойчивой прочной прессовки.

Непосредственных методов определения прессуемости нет.

Прессуемость характеризуется прочностью модельной таблетки после снятия давления. Чем лучше Прессуемость по­рошка, тем выше прочность таблетки. Если Прессуемость низкая то таблетка получается непрочной, а иногда полностью разрушается при выталкивании из матрицы.

При определении прессуемости порошка (гранулята) навеср массой 0,3 или 0,5 г прессуют в матрице с помощью пуансон' диаметром 9 мм и 11 мм на гидравлическом прессе при давлея 120 МПа. Полученную таблетку взвешивают на торсионных вес

Прессуемость может быть оценена по прочности таблетки на сжатие. Прочность определяют на приборах ХНИХФИ или ТВТ фирмы «Эрвека» и выражают в килограммах или ньютонах. Чем выше прочность таблетки, тем лучше. Прессуемость и формуемость таблеточной массы.

Установлено, что для веществ с прочностью таблеток:

— выше 7 кг/см² применяются чистые растворители для процесса грануляции; если же это крупнодисперсные порошки с хорошей сыпучестью, то они прессуются непосредственно, т. е. прямым прессованием;

— 4—7 кг/см² достаточно применение обычных связывающих веществ:

— 1—4 кг/см² необходимо применение высокоэффективных связывающих веществ.

По результатам определения прессуемости таблеточных масс делают заключение о технологии таблетирования.

Сила выталкивания таблеток из матрицы. Для выталкивания запрессованной таблетки из матрицы требуется затратить силу, чтобы преодолеть трение и сцепление между боковой поверхностью таблетки и стенкой матрицы. С учетом величины силы выталкивания прогнозируют добавки антифрикционных (скользящих или смазывающих) веществ. При определении силы выталкивания навеску порошка массой 0,3 или 0,5 г прессуют в матрице с диаметром 9 или 11 мм соответственно на гидравли­ческом прессе при давлении 120 МПа. Выталкивание запрес­сованной таблетки производят нижним пуансоном. При этом на Манометре пресса регистрируется выталкивающее усилие.

Природа связи частиц в таблетках. Таблетирование основано на использовании свойств порошкообразных лекарственных веществ уплотняться и упрочняться под давлением. При этом слабоструктурный материал превращается в связнодисперсную систему с определенной величиной пористости. Такая система во многом близка по свойствам к компактному телу, в котором действуют определенные силы сцепления.

Прессуемость порошка — это способность его частиц к когезии и адгезии под давлением, т. е. способность частиц вещества под влиянием сил различной природы и механических зацеплений к взаимному притяжению и сцеплению с образованием прочной компактной таблетки. Под давлением частицы порошка как бы спаиваются, слипаются, сцепляются между собой, и слабоструктур­ная дисперсная система превращается в однородное твердое тело.

Предложены три теории прессования (или таблетирования): механическая, капиллярно-коллоидная и электростатическая.

Механическая теория. Прессование является определяющей операцией при изготовлении таблеток. В современных промышленных прессах производится двустороннее сжатие порошка верхним и нижним пуансонами. При движении пуансонов в матрице происходит ступенчатое изменение состояния порошка.

Весь процесс прессования разбивается на три стадии:

1) уплотнение (подпрессовка);

2) образование компактного тела;

3) объемное сжатие образовавшегося компактного тела.

В каждой стадии протекают характерные для нее механи­ческие процессы. В начале сжатия происходит перераспределение частиц: малые частицы укладываются в промежутках между большими и ориентируются в направлениях, обеспечивающих максимальное сопротивление сжатию (участки А и В). Усилий'

Прилагаемые при этом, незначительны, уплотнение становится заметным уже при минимальных давлениях. Энергия в основном расходуется на преодоление внутреннего (между частицами) и внешнего (между частицами и стенками матрицы) трения.

При увеличении давления в области ВСпроисходит интенсивное уплотнение материала за счет заполнения пустот и эластичная деформация частиц, которая способствует более сжатой упаковке частиц. На этой стадии прессования из сыпучего материала образуется компактное пористое тело, обладающее достаточной механической прочностью.

После того как частицы будут плотно сжаты в точках контакта, наблюдают пластическую- деформацию (отрезок CD ). На этой стадии при высоких величинах давления, когда механическая срочность таблеток изменяется незначительно, происходит, возможно, объемное сжатие частиц и гранул порошка без [заметного увеличения контактных поверхностей.

В действительности между тремя стадиями нет резких границ, как как процессы, протекающие во второй и третьей стадиях и можно говорить только о преиму­щественной роли отдельных процессов в каждой из них.

Дальнейшее увеличение давления приводит к разрушению кристаллов и образованию новых плоскостей и поверхностей контактов.

Многие исследователи считают, что механическая связь в таблетке обусловлена площадью контактирующих поверхностей, а также взаимным переплетением и зацеплением поверхностных выступов и неровностей частиц под давлением. В результате приложенного давления частицы сдвигаются, скользят по Отношению друг к другу и вступают в более тесный контакт; симметричные скользят легче, чем шероховатые и анизодиаметрические, но последние создают большее количество зацеплений и поэтому придают прессованной таблетке большую прочность. Следствием уплотнения порошка под давлением является Увеличение контакта между частицами, вызванного необратимой Деформацией частиц. Необратимые деформации могут быть плас­тическими и хрупкими. При пластической деформации изменяется форма частиц, но не нарушается их структурная целостность, при узких деформациях обламываются выступы на поверхности частиц или сами частицы дробятся на более мелкие. В этом случае, прочнее и эластичнее частица, тем больше вероятность, что е при высоких давлениях она сохранит свою целостность. Прочность связей частиц в структуре таблеток из мягких Цементов значительно ниже прочности из твердых. В первом случае после деформации частиц ярче проявляются тиксотропные явления, т. е. тиксотропное восстановление разрушенных связей "°Д давлением интенсивного броуновского движения. 'Во втором –

прочность сцепления определяется зацеплениями и переплетениями при пластической деформации твердых частиц, обусловливающих жесткий каркас таблетки с меньшим кинетическим уравнением тиксотропного восстановления связей.

Механическая теория не дает полного представления о механизме образования связей в фармацевтических композициях.

К механической теории структурообразования таблеток примыкает теория «спекания». Согласно этой теории некоторые вещества обладают низкой температурой плавления. В результате разогревания пресс-инструмента в процессе прессования и трения частиц между собой эти вещества частично подплавляются, что способствует слипанию частиц.

Капиллярно-коллоидная теория. Согласно теории П. А. Ре-биндера силы межповерхностного взаимодействия во многом определяются характером твердых и наличием жидких фаз. Прочность структурированных систем зависит от количества воды и ее расположения. В гидрофильных веществах адсорбционная вода с толщиной пленки до 3 нм вследствие наличия на поверхности частиц ненасыщенного молекулярного силового поля является прочно связанной. Она не может свободно перемещаться и не обеспечивает адгезии между частицами, но и не препятствует силам сцепления. При увеличении влажности образуется более толстый, но менее прочный слой воды, так как через него действуют ван-дер-ваальсовы силы молекулярного притяжения, в различной степени ослабленные расстоянием. Прослойки воды в местах контакта играют также роль поверхностно-активной смазки и определяют подвижность частиц структуры и ее пластичность в целом, под давлением. Чем тоньше слой жидкости, обволаки­вающей твердые частицы, тем сильнее проявляется действие молекулярных сил сцепления. В таком случае оказывается, что в пористой структуре таблеток капиллярная система заполнена водой. Так как в таблетках диаметр капилляров составляет 10"⁶—10~⁷ см, то после снятия давления сжатые капилляры стремятся расшириться и, по закону капиллярного всасывания, поглотить выжатую воду. Поскольку всасывающая сила в капиллярных системах с радиусом 10"⁶см равняется примерно 14,7 мН/м² (150 кг/см^а), то при малой длине капилляров в них создается отрицательное давление, приводящее к сжатию стеиок капилляров, а следовательно, к увеличению сил адгезии.

Электростатическая теория сцепления частиц. Капиллярно-коллоидная теория предполагает также наличие молекулярных сил сцепления, имеющих электрическую природу и слагающихся из совместного электростатического взаимодействия разноимен­ных зарядов и квантово-механического эффекта притяжения.

Энергия адгезии как одна из форм межмолекулярного взаимодействия особенно проявляется при наличии полярны соединений. На поверхности частиц порошкообразных мекарс т венных веществ имеются активные кислородсодержащие группы, свободные радикалы и другие функциональные группы, обладающие определенной силой взаимодействия. Поэтому в процессе формирования таблеток сцепление частиц под действием ван-дер-ваальсовых сил и величина адгезии будут максимальными в том случае, если молекулы соприкасающихся поверхностей могут вступить в максимальное число контактов.

Современная молекулярная физика разделяет молекулярные |силы на дисперсионные, индукционные и электростатические. На долю дисперсионных приходится около 100% общей величины когезионных сил, но они являются неполярными и не зависят от наличия или отсутствия электрического заряда. Индукционные Вилы рассматриваются как полярные, и если полярность вещества невелика, то ими можно пренебречь. Электростатические силы характеризуются активностью положительных и отрицательных варядов на поверхности молекул вещества. Они особенно активизируются при обработке поверхности проводящими электричество материалами (вода, поверхностно-активные вещества), в результате чего образуется двойной электрический слой ионов противоположного значения. Для неполярных веществ электрический механизм адгезии исключается.

Сцепление различных веществ с металлом пресс-инструмента и точки зрения электростатических сил обусловлено тем, что с приближением электрического заряда к поверхности металла он шоляризуется и образующееся электрическое поле приводит сильнейшему сцеплению. Отсюда следует, что полярные вещества дают особенно прочное сцепление с металлическими поверхностями. Электрические свойства твердых дисперсных систем определяются их физико-химическими свойствами. Диэлектри­ческая проницаемость большинства порошкообразных лекарст­венных веществ невелика и находится в пределах 4,12—6,85, что говорит о сравнительно малой их поляризации и проводимости. По этим значениям таблетируемые вещества можно отнести к.категории характерных твердых диэлектриков — асимметричных. кристаллов с молекулярной связью и определенным содержанием ^.полярных групп, в частности гидроксилов ОН~, входящих в структуру молекулы или в состав адсорбционной пленки воды. Такие вещества в какой-то мере поляризуются при механическом воздействии и на поверхности их частиц образуются заряды. Факты явления электризации порошкообразных лекарственных веществ при их обработке и прессовании позволяют сделать вывод, Что диэлектрические характеристики наряду с деформационными также необходимы при рассмотрении механизма связи частиц в Таблетках. При изучении электрических свойств порошко­образных лекарственных веществ оказалось, что в процессе прессо- вания одновременно с ориентацией частиц, трением поверхностей сжатием в каком-либо направлении происходит их поляризация и возникновение поверхностных зарядов. При соприкосновении частиц между собой или со стенкой матрицы электрические заряды, находящиеся на поверхности, притягивают равные по величине и обратные по знаку заряды. На границе возникает контактная разность потенциалов, величина которой зависит от электропроводимости поверхностей контактирующих частиц и плотности зарядов. Увеличение контактной разности потенциалов неизменно влечет и увеличение сил когезии. Когезионная способность гидрофильных веществ значительно больше, так как они обладают большей поверхностной электропроводимостью гидрофобных — меньше.

Литература:

основная:

1. Технология лекарственных форм. (Под ред. Л.А. Ивановой). – М., Медицина.– 1991. – 2-й том.– 544 с.

2. Чуешов В.И. и др. Промышленная технология лекарств.– Харьков.– 2002.– в 2-х томах: 1-й том 716 с., 2-й том 557 с.

3. Руководство к лабораторным занятиям по заводской технологии лекарственных форм.– (Под ред. А.И. Тенцовой).– М., 1986.– 271 с.

дополнительная:

1. Государственная Фармакопея Республики Казахстан. – том 1 – Алматы. – Издательский дом: «Жибек жолы».– 2008.– 592 с.

2. Государственная Фармакопея Республики Казахстан.– том 2. – Алматы.– Издательский дом: «Жибек жолы».– 2009. – 792 с.

3. ГФ СССР Х издания М., Медицина.– 1968.

4. ГФ СССР ХI издания М., Медицина.– 1987.– том 1.– 1988.– том 2.

5. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина.– 2008.– Изд. 15.

Заключительный контроль (вопросы):

5. Таблетки как лекарственная форма.

6. Характеристика таблеток по ГФ ХI издания.

7. Перспективы развития таблеток как лекарственной формы.

8. Виды и номенклатура таблеток.

9. Значение физических характеристик порошков.

10. Объемные и технологические свойства порошков.

11. Определение сыпучести (текучести) порошков.

12. Способы улучшения сыпучести порошков.

13. Определение насыпного веса порошков.

14. Факторы, влияющие на насыпной вес порошков.

15. Прессуемость порошков и ее определение.

16. Фракционный (гранулометрический) состав порошков. Характеристика.

17. Определение степени сжатия и пористости порошков, их взаимосвязь и обусловленность.