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    粉体、没你想的那么简单
    时间:2019/7/29

     零下274℃ 药事纵横

    粉体是药物研制过程中始终无法规避的一个话题,也是片剂生产过程中关键的中间体物料,制剂制备的成功与否与粉体性质有着千丝万缕的关联。本文系对粉体关键属性的总结,以期大家在研发以及生产过程中能更好的理解其性质并运用其性质。

     

    通常说起粉体脑海中最直接的反应应该是一系列颗粒状物质的混合体,但若从其物质组成的根本出发粉体并非看上去那么简单。粉体是什么?粉体是固、液、气三相互相作用而产生的一个复杂体系。面对复杂体系当然也无法采用某一个参数或方程来表征其性质,因此产生了形形色色的表征粉体性质的参数,例如:粒度分布(PSD)、密度、形状、晶型、水分、表面形态、表面面积、静电力、毛细管作用力、氢键、孔隙率、弹性、脆性、引湿性、脱气性……等不同维度的描述参数。

     


    基于对粉体固、液、气三相交互作用的理解,粉体的表观性能可主要分为如下六种:


    一:流动性,表征粉体流动能力的性质

    二:成形性,表征粉体在外力作用下的结合成形的性质

    三:再分散性,表征粉体间结合力强弱的性质

    四:引湿性,表征粉体对环境湿度的敏感性质

    五:透气性,表征气体透过粉体的难易的性质

    六:粘结性以及黏附性,表征粉体间以及粉体与接触表面的作用性质

    对上述每一种粉体性质亦可通过多种参数来表达。


    流动性


    流动性是固体制剂开发者时常面对的一项粉体特性,该特性也直接影响着工艺可行性,然而如何才能更好的描述的粉体流动特性可参考如下几项参数


    参数1:休止角(Angles of repose)通常也成为崩溃角,是国内较为常用的粉体流动性模型参数,系通过计算粉体因重力作用垂直流动时形成的圆锥形结的平面夹角而得,一般情况下可粗糙的认为该角度小于40°即可满足工业化生产过程中对粉体流动性的要求。

     


    参数2:卡尔指数(Carr Index),是国外较为常用的一项参数,系通过粉体的压缩度来表征其流动性

    Carr Index=(DT-DB)/DT*100%

    参数3:豪森纳比(Hausner ratio)也是国外较为常用的一项参数,系通过粉体的压缩度来表征其流动性

    Hausner ratio=DT/DB

    注:DT:粉体的振实密度、DB粉体的堆密度


    参数4:基本流动能(Basic flow energy)系通过计算粉体流动阻力做功大小来判断的粉体流动性质的一项参数,流动能越小代表流动阻力越小即流动性越好,是目前最为科学的一项表征粉体流动性质的参数。


    友情提示:压缩性是表征在应力存在作用下粉体压缩比的一项参数,而非应力移除后的压缩比。因为在一定的压缩范围内压缩过程存在弹性形变、当应力移除会发生弹性回复作用(例如:不同应力施加于皮球其压缩比显然不同,而当应力移除后皮球复原表现处相同的压缩比,故而压缩度是一个应力存在状态下的参数)


    影响粉体流动性的因素是多种多样的,我们通常可从粉体组成三个相态进行探索,例如:固相的物理化学属性PSD、表面形态、密度,水相的含水量以及气相的脱气性等等方向。


    成形性(Compatibility),也通常称为可压性


    成形性是片剂制备过程中工艺可行性的重要考核指标,系指在粉体压缩成一定尺寸物理形状的能力。就片剂而言成形性通常用抗张强度来表示,该强度为通常通过不同压力条件下片剂硬度,相同压力条件下不同粉体的硬度差异可以体现其成形性的差异。

     


    影响粉体成形性的根本原因也应从固、液、气三个角度出发,固态性质中晶型、粒度分布、形状以及密度均会影响成形性、液态含水量会影响颗粒压缩界面的粘结性能、由于气体压缩的弹性形变属性脱气的速度以及彻底程度也会显著影响压片的成形性。


    再分散性


    该性能在DPI中较为关键,系指在气流作用下原本结合在一起的混合粉体彼此再度分离的过程。该性能的优劣主要受粉体间各种作用力的影响。故而粒子间结合形式决定其再分散能力,静电力、氢键、范德华力、毛细管作用力等多种力的强弱可依据粉体的表面形态、表面积、含水量以及载电荷性来综合分析。


    引湿性


    引湿性也是粉体的重要特性之一,实际研发过程中通常会被人忽视。然而由于混合粉体的引湿性会显著于单一粉体,根据临界湿度乘积原理:RH=RH1*RH2,产品设计阶段应尽可能避免对环境湿度存在较为严苛的挑战,以控制后期放大的可行性风险。粉体的引湿能力与粉体的固相性质相关,通常情况下无定型较晶型对湿度更敏感。

     


    气体透过性


    如前文所述气体透过性会影响粉体的流动性以及成形性,系通过气体贯穿整个粉体时所受阻力来表征。气流通常则所受阻力就小即表明粉体间的聚集粘连行为较弱故而流动性就会较好,于此同时压缩过程中排气性就会优良故可提高成形性。粉体的透气性与固态的颗粒表面形态、PSD、表面积、形状,液相的含水量(含水量高毛细管作用增强、静电作用减弱)等相关。

     


    粘结性以及黏附性


    该性能也会影响制剂的工艺可行性,粘结性是粉体能否混合均匀的关键属性同时也会影响粉体的流动性,粉体间黏附性可改变粉体的表面性能而改善粉体的物理性能。例如,助流剂由于其优良的黏附性可改善颗粒表面的粗糙程度进而改善流动性,润滑剂采用其黏附与颗粒表面以及设备表面而减少颗粒与颗粒之间以及颗粒与设备之间的摩擦力来提高粉体的流动性能。粉体的表面性能、形状、粒度分布以及水分等属性均会影响其粘结性和黏附性。

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