Modul 1 - Farmaceutisk teknologi - Pulverteknologi Flashcards
(27 cards)
Pulverfysik:
Pulverfysik: Pulver uppvisar många intressanta beteenden
Pulverteknologi:
* Näst vatten är pulver det mest hanterade materialet.
* Läkemedelssubstanser och hjälpämnen hanteras ofta i pulverform, pulverform för stabilitet aspekten.
Definition av pulver:
Definition av pulver: Ansamling av partiklar med storlek mellan 1 μm och ca 1 mm (jmf dispersa system). Enskilda partiklar har kontakt med flera andra partiklar.
Partikel egenskaper påverkar hur pulver beter sig. Till vänster har pulvret dålig flytförmåga (Klumpig).
Kännetecken för pulver - Unika fysikaliska egenskaperna hos pulver jämfört med vätskor:
Kännetecken för pulver - Unika fysikaliska egenskaperna hos pulver jämfört med vätskor:
* Partikelrörelse orsakad av värme energi är försumbar:
Pulver består av diskreta partiklar, medan vätska består av molekyler. Vätska har därför mindre molekyler än partiklar i pulver.
Partiklar i pulver har mätbar diameter och massa (m) och påverkas av gravitation (m*g). I motsats till vätskor rör sig inte partiklarna spontant p.g.a. värme – termisk energi är försumbar.
mgd: Energi som krävs för att lyfta partikel med massan (m) en partikeldiameter (d) är alltså mycket större än kBT (Termisk energi) för pulver.
- Friktion och kollisioner leder snabbt till energiförluster.
- Pulvrets egenskaper därför beroende av hur det behandlats tidigare.
Pulver utsätts för olika rörelser
Pulver utsätts för olika rörelser, pulver kan bete sig som fast, gas eller vätska. Pulver kan bete sig olika beroende på hur mycket energi eller rörelse det utsätts för.
Y-axel: 𝜏 (skjuvspänning)
X-axel: 𝛾̇ (skjuvningshastighet): Hur snabbt rörs pulvret.
* Låg skjuvningshastighet → Pulver beter sig som ett fast material * Mellan skjuvningshastighet → Pulver beter sig som en vätska * Hög skjuvningshastighet → Pulver beter sig som en gas, krävs att man kontinuerligt tillför energi eftersom energin snabbt försvinner genom friktion och kollisioner → kräver konstant energitillförsel eftersom systemet annars snabbt tappar energi
Flödesregimer:
Flödesregimer:
Inre friktion: Motståndet när partiklar (ytor) rör sig mot varandra.
Fast fraktion: Andel av volymen som upptas av fast material —> Ju mer man rör pulvret snabbt, desto mer volym tar det upp (Gasform) = Lägre fast fraktion
Stockning:
Stockning: När ett oordnat system utvecklar en flytgräns och börjar bete sig som ett fast material.
Stockning sker när ett system av partiklar (som normalt kan flöda) plötsligt blir stel och slutar röra sig, ungefär som om det vore ett fast material.
Stockning orsakad av:
Stockning orsakad av:
1- Minskad temperatur: Dock är termiska effekter obetydliga för pulver. (Orelevant för pulver).
2- Ökad densitet (och därmed tryck)
3- Minskad skjuvspänning (hastighet)
Kraft/spänningskedjor (2D Couette-experiment)
Kraft/spänningskedjor (2D Couette-experiment)
Man har ett 2D-system (t.ex. glasskivor med runda partiklar mellan), där man kan rotera en yttre ring och skapa skjuvning. När partiklar trycker mot varandra, bildas “kedjor” av kontaktkrafter.
De är ojämnt fördelade – några partiklar bär mycket kraft (röda), andra nästan ingen (blå).
Kraftöverföring på partikelnivån:
* Slumpmässiga kontakter mellan partiklar →
– Vissa partiklar påverkas av mycket större krafter än andra → Kraftkedjor bildas
Hårda partiklar påverkas mest av ovan.
- Mycket inhomogen spänning på partikelnivå: Vissa partiklar får stor spänning, andra inte. Detta förklarar varför vid tablettering får vi olika hållfasthet. Vissa partiklar är mer belastade än andra.
“Normal” gas
“Granulär gas”
“Normal” gas: Molekyl stutsar runt, man förlorar ingen energi:
* Elastiska kontakter.
* Kinetisk energi bevarad (men kan fördelas mellan partiklar).
* Energin fördelar sig snabbt mellan partiklar. Rörelse energi är mått på hur varm gasen är.
“Granulär gas” - Pulver gas: Man förlorar energi:
* Inelastiska kontakter.
* Kinetisk energi bevaras inte (rörelsen avstannar om inte energi tillförs).
* Mycket långsammare utbyte av energi mellan partiklar. Vi behöver hela tiden tillföra energi för att rörelse ska fortgå.
Pulver är ett material som beter sig i olika faser beroende på hur man behandlar dem.
Krafter och (mekaniska) spänningar
Krafter och (mekaniska) spänningar
1- Normalspänning: När en kraft verkar vinkelrätt (normalt) mot en yta.
σ = N / A
Där
σ = Normalspänning (N/m² eller Pascal, Pa)
N = Kraft (i Newton, N)
A = Tvärsnittsarea (i m²)
Om du drar i ett block i dess längdriktning → blocket sträcks ut, och dess längd ökar. Volymen på blocket ökar.
2- Skjuvspänning (τ): När en kraft verkar längs med ytan.
τ = T / A
T = Kraft (i Newton, N)
Föreställ dig en kub där toppen skjuts i sidled medan botten hålls fast. Då deformeras kuben → vinklarna i hörnen förändras (inte 90° längre). Volymen blir konstant. Det kallas skjuvning.
Deformationer:
Deformationer:
1- Normaltöjning (ε): Normaltöjning uppstår när ett material förlängs eller förkortas i en riktning pga. en normal kraft.
ε = u / L
* u = Förlängning eller förkortning
* L = ursprunglig längd
* ε = Normaltöjning
2- Skjuvtöjning (γ): Skjuvtöjning uppstår vid skjuvning, där materialets form förändras utan att volymen gör det.
γ = u / H = tan θ ≈ θ
* γ = Skjuvtöjning
* u = Horisontell förskjutning i toppen
* H = Höjd på kroppen
* θ = Vinkel mellan sidor som tidigare var 90°
Modellering av pulver:
Modellering av pulver:
* Enkelt i princip, komplext i praktiken på grund av många partiklar och interaktioner.
* Svårt att förutsäga pulveregenskaper baserat på egenskaper hos enskilda partiklar
Flerskaliga processer
Flerskaliga processer
* Tabletter: En enda enhet.
– Hela systemet: Porositet på tabletten, hela tabletten ska ha samma porositet. Att pulver sitter ihop.
- Pulver
– Kontinuerlig beskrivning: Fast material som har olika densitet i olika ställen i pulver. Porositet kan skilja sig. - Partiklar: Sitter inte ihop (Separata enheter):
– Diskret beskrivning
Farmaceutisk tillverkning:
Farmaceutisk tillverkning:
* Stegvis omvandling av råvaror till slutlig produkt.
* Denna omvandling beskrivs i en produktionslinje med en serie processteg.
* De ingående processtegen benämns ofta enhetsoperationer.
Ex.: Tillverkning av tabletter - Tablettering:
Ex.: Tillverkning av tabletter - Tablettering:
1. Blanda API + fyllnadsmedel
→ Jämn fördelning av den aktiva substansen.
2. Granulering i intensivblandare: Granulering är en process där fina pulverpartiklar binds ihop till större, mer hanterbara granulat.
→ Bindemedel i lösning tillsätts, bildar granulat.
3. Torkning (t.ex. bäddtork)
→ Avlägsna fukt från granulatet.
4. Hammarkvarn (malning)
→ Krossar klumpar
5. Tillsats av hjälpämnen: Som ska hjälpa med tabletteringen för att förbereda det inför maskineri, t.ex. Låg friktion är viktig för tabletteringsmaskin.
→ T.ex. glidmedel, smörjmedel, disintegrant.
6. Tablettering
→ Pressning i maskin till fasta tabletter.
Vanliga enhetsoperationer
Vanliga enhetsoperationer
1. Vattenrening: Rening av vatten
2. Filtrering
3. Torkning
4. Findelning (malning): Pulver kan vara grovt.
5. Torrblandning av pulver
6. Granulering
7. Tablettering
8. Dragering
9. Kapselfyllning
+ Pulverflöde (Pulver ska ha flytförmåga)
Torrblandning av pulver
Typer av blandningar:
Torrblandning av pulver
Typer av blandningar: 2 huvudtyper:
1. Slumpvisa (randomiserade): Partiklar är ungefär lika stora.
- Adhesiva (även kallade ordnade eller interaktiva blandningar): En typ av blandning för att hantera små partiklar (t.ex. API) som binder till större bärarpartiklar. Denna typ av blandning för små partiklar (API) möjliggör bättre dosnoggrannhet samt ger förbättrad flyktighet (flytförmåga) för inhalations läkemedel.
Randomiserade blandningar:
Randomiserade blandningar:
* I enklaste två komponenter: Aktiv substans och hjälpämne
* 𝑝 = Proportionen aktiv substans (till exempel 𝑝 = 0,1 = 10%): Alltså att av 10 partiklar, 1 är API.
* 𝑞 = Proportionen hjälpämne
* 𝑞 = 1 − 𝑝 (till exempel 𝑞 = 1 − 𝑝 = 0,9 = 90%)
Randomiserade blandningar:
* Proportioner 𝑝 och 𝑞 = 1 − 𝑝
* 𝑛 = Totalantalet partiklar i stickprovet
* 𝑋 = Antalet partiklar av aktiv substans i stickprovet
* 𝑋 ∈ Bin (𝑛, 𝑝) : Väntevärde 𝑛𝑝 och varians 𝑛𝑝𝑞
* 𝑃 = 𝑋 / 𝑛
* Väntevärdet för proportion aktiv = 𝑝
* Standardavvikelse för proportion aktiv 𝑆R = Ruten ur (𝑝𝑞 / 𝑛)
* Variationskoefficient för proportion aktiv 𝐶v𝑝 = 𝑆𝑅 / 𝑝
Pulverflöde
Rasvinkel:
Pulverflöde
Rasvinkel: Den brantaste vinkel mot horisontalplanet som ett pulver kan bilda utan att rasa. Pulver börjar glida när lutningen överstiger rasvinkeln.
* Skiljelinje mellan statik och dynamik
* Relaterad till inre friktion i pulvret: Rasvinkel är direkt mått på inre friktion.
Rinningshastighet:
Rinningshastighet: Den tid det tar för pulvret att rinna genom öppning (Alternativt bestämning av kritisk öppningsstorlek).
Kritisk öppningsstorlek: Den minsta öppning genom vilken ett pulver kan flöda fritt utan att fastna eller bilda ett valv.
Granulering:
Granulering: Sätta samma små primära partiklar (t.ex. LM) i större sekundära partiklar (granulatkorn), eller binda två partiklar för att bilda en enhetig partikel:
* Primärpartiklarna kan i allmänhet fortfarande identifieras i granulatkornen.
* Granulatkorn har därför ofta viss porositet: Granulat är inte helt kompakta → Har inre porositet
Hur kan man åstadkomma granulering?
Två huvudmetoder:
Hur kan man åstadkomma granulering?
Två huvudmetoder:
1. Våtgranulering: Tillsätter vätska till pulver, vätskan skapar kapillärkrafter, då dras partiklar samman → bildar granulat, alltså att kapillära krafter utnyttjas för att binda samman partiklar.
Bindemedel som löser sig i vatten hjälper till att limma ihop partiklarna. När vatten avdunstar/torkar har vi bindemedel som håller ihop partiklarna.
- Torrgranulering: Pressar ihop pulvret, liknar tablettering, skillnaden är lägre tryck krävs för torrgranulering än tablettkomprimering. Ett presstryck leder till att partiklarna binder till varandra
Tillverkning av tabletter
Tillverkning av tabletter
Tabletter tillverkas genom formpressning av pulver:
* Matrisfyllning: Pulver fylls i en matris (formhål i stansen). Undre stansen är på plats och bestämmer volymen.
* Komprimering: Övre stansen trycks ner mot pulvret.
* Utskjutning: Övre stansen dras upp. Undre stansen pressas uppåt → tabletten skjuts ut ur matrisen.
Komprimeringssteg (Heckelplot):
Komprimeringssteg (Heckelplot): En Heckelplot visar sambandet mellan komprimeringstryck och porositet/täthet i pulvret under tablettkomprimering:
Olika regioner:
1- Ompos./fragmentering: Initialt steg vid lågt tryck. Partiklar packas tätare. Vissa partiklar fragmenterar (går sönder). Mellan ompos./fragmentering och plastisk deformation har vi stockning. Stockning kan ske när partiklar hindrar varandra från att röra sig fritt.
2- Plastisk deformation: Partiklar deformeras. Tätheten ökar linjärt med tryck → Linjär del av Heckelploten. Partiklar “låser” fast i varandra, då spänningskedjan av pulver kan bildas här. Mellan plastisk deformation och elastisk deformation har vi geometriskt hårdnande.
3- Elastisk deformation: Ytterligare tryck ger elastisk respons. När trycket släpps → Pulvret/täta korn fjädrar tillbaka, kan orsaka sprickor om deformationen är för stor.
