【原创】基于粉体流动性的中药粉体改善策略


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  药物生产过程中,粉体的转移如粉体从漏斗中通过、在混合器中混合和倒出以及充填胶囊和压片机冲模都与药物粉体的流动有关。

中国粉体网讯  固体制剂开发过程中,在实验室小规模能够顺利流动的粉体,一旦进行中试放大和实际生产中常发生流动不佳的问题,导致质量不一致,严重时甚至无法生产。药物生产过程中,粉体的转移如粉体从漏斗中通过、在混合器中混合和倒出以及充填胶囊和压片机冲模都与药物粉体的流动有关。粉体流动性是其性能重要指标,提高粉体流动性,对其生产工艺、运输、储存和填充具有重要意义。



(图片来源:pixabay)


一、影响粉体流动性的因素


粉体流动性决定于物质本身的特性 (如粒子大小、形态、表面状态、密度等 )及环境的温度、湿度等。


1、粒度 


粒径越小,粉粒比表面积越大,粉体分子引力、静电引力作用增大,影响粉粒的流动;粒径越小,粒子间越容易吸附,结团,黏结性增大,导致休止角增大,流动性变差;粒径越小,越容易形成紧密堆积,透气率下降,压缩率增大,同样使流动性变差。


2、形态


即使粉体粒径大小相等,不同形态粉体也具有不同的流动性。球形粒子因其相互间的接触面积最小具有最好的流动性, 片状或枝状的粒子表面有大量的平面接触点和不规则粒子间的剪切力, 故流动性差。


3、粉粒间相互作用


粉粒间的摩擦和内聚性质对粉体流动性有一定的影响。对于不同粉体粒径和形态,摩擦和内聚性对粉体流动性的影响也不同。颗粒较大时,颗粒之间内聚力远小于体积力,粉体的流动性主要取决于粉粒形貌,具有粗糙表面的粉粒或形状不均匀的粉粒通常流动性差;颗粒很小时,颗粒之间内聚力远大于体积力,粉体的流动性则主要取决于粉粒间的内聚力。


4、温度


随着温度升高,粉体流动性呈现先增加后降低趋势。在低温下条件下,粉体颗粒的致密度随着温度升高而增加;温度过高时,粉粒受高温作用后黏附性增加。此外,温度过高会使中药粉体的有效成分发生改变,特别是对于含挥发性成分的粉体不能采取升高温度的办法改善粉体流动性。对于软化点低的中药颗粒剂、胶囊剂等,升高温度容易使其软化,引湿性增强,降低粉体的滚动性。


5、水分


一般来说,粉体的湿含量很低时,水分被吸附在其表面,这种吸附水对粉体的流动性影响不大,随着水分的增加,在吸附水的周围形成了薄膜水,此时颗粒间相对移动不容易发生,限制了颗粒整体的流动,当水分增加到超过最大分子结合水时,粉体流动性变差,甚至会失去流动性。


二、改善粉体流动性方法


1、粉体表面改性


改性技术是通过物理或化学方法来改变粉体的表面或界面物理化学性质(如表面原子层的结构或官能团,极性和带电性质)以改善粉体性能的一项技术。


物理改性技术主要是改变粉体粒子形态和大小,改变的方法如Comilling表面包裹技术得到普遍应用。表面包覆技术又称为表面涂层或涂覆技术,通过物理方法或者范德华力使改性剂与粉体粒子相连接,而不会引起其他化学反应,此类改性剂主要有超分散剂、表面活性剂等,常用方法有机械磨压和混合、粉末沉积等。


化学改性是指利用改性剂与粉体粒子之间发生的化学反应,使粉体性能得到有效改变的方法,此法在食品原料和中药学等领域研究相对深入。


2、载体的应用


针对粉体的自身特性,选用合适的载体或者助流剂可在一定程度上改善粉体的易吸湿性和流动性。在粉体中加入适量的合适助流剂,助流剂会附着在粉体的表面,会将其表面的凹面填平使其表面变得平滑,粉体间的摩擦力变小,在一定程度上可以改善粉体的流动性。


根据载体特点,可有针对性地对其性能进行改善,改善单一载体或者助流剂缺陷。


三、改善中药粉体流动性方法


不同改性技术、改性剂种类和用量均对粉体流动性的改善具有重要影响,其改性机制主要包括:


①粒子结构的改善。通过干法包衣技术,加入合适的改性材料,可有效改善粒子结构和表面形态,使其形状更接近球形、表面更光滑、粒径更均一,

从而提高粉体流动性。


②加入SiO2等助流剂进行干法包衣,可减少粒子间的摩擦,提高粉体流动性。


③粒子的粒径及粒径分布的改变。通过流化床包衣、共喷雾干燥、干法包衣、超微粉碎共处理技术,制备得到的复合粒子的粒径增加,且粒径分布更均匀。


④颗粒间的范德华力降低。采用改性剂PVP、HPMC、SiO2等对中药原粒子进行包衣得到的复合粒子,由于PVP、HPMC、SiO2有效包覆在原粒子表面,增加了原粒子间的距离,降低了原粒子间的接触面积,从而降低了原粒子间的范德华力。


⑤晶形的变化。在液体中加入晶型诱导剂,通过喷雾干燥法制备样品时,物料的结晶习性或结晶形态会发生改变,从而改变物料的流动性。


⑥粉末的黏附性降低。如采用SiO2改性后的粉体的堆密度、振实密度通常显著减小,从而降低粒子间的黏附性。


⑦包衣材料的疏水作用。改性前,中药粒子表面易吸湿形成水膜或粒子间凝结,阻碍粉末的流动,采用疏水性Nano SiO2等材料进行包衣处理时,可阻止空气中水分在粒子间的扩散。


结语


药物粉体的流动性不仅能影响到药物制剂正常的生产过程,而且能够影响到制剂的质量,因此在固体颗粒等相关制剂的制备过程中必须考虑并改善粉体的流动性,从而预测粉体物料从料斗中流出的能力、包装与分装的难易程度、重量差异和含量均匀度等。深入理解粉体流动性影响因素的“结构-性质”的关系有助于科研人员使用工程工艺手段改善粉体流动,并为制药企业实施“质量源于设计”提供坚实的基础。


参考来源:

1、刘苑琳,张凤兵等.改善易吸湿粉体流动性的研究进展

2、王晨光,方建国等.药物粉体流动性的测量方法和应用

3、吴福玉.粉体流动特性及其表征方法研究

4、章波, 冯怡等.粉体流动性的研究及其在中药制剂中的应用

5、李毅斌,沈静.粒度分布及助流剂对药物对乙酰氨基酚粉体流动性的影响

6、朱卫丰,陈富财等.基于粒子设计原理的中药粉体改性研究进展


(中国粉体网编辑整理/青黎)


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作者:青黎

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