在處理粉體時(shí)，工藝性能和成品質(zhì)量將會(huì)受到原料特性的影響?？刂圃?，從而可靠地預(yù)測(cè)工藝性能的能力是確保成品屬性和質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，精確測(cè)量入廠原料過(guò)程相關(guān)屬性的方法對(duì)于在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用都大有益處。該應(yīng)用涉及了對(duì)壓片用輔料的評(píng)估，以及存儲(chǔ)和處理?xiàng)l件的影響。
過(guò)程性能和產(chǎn)品質(zhì)量差異
生產(chǎn)片劑時(shí)使用山梨醇作為輔料。當(dāng)使用供應(yīng)商此前歸為同類的兩批山梨醇時(shí)，生產(chǎn)商的終產(chǎn)品質(zhì)量卻出現(xiàn)了差異。其中一個(gè)批次的片劑相比另一批次的偏軟，穩(wěn)定性也較差。應(yīng)客戶要求進(jìn)一步調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)輔料供應(yīng)商無(wú)法使用其現(xiàn)有的技術(shù)區(qū)分批次之間的差異。
根據(jù)記錄，批次間發(fā)現(xiàn)的唯一差異是輔料供應(yīng)給客戶前存儲(chǔ)的地點(diǎn)：性能好的批次存儲(chǔ)在靠近裝載區(qū)域的筒倉(cāng) (筒倉(cāng)1) 中，而性能差的批次存儲(chǔ)在遠(yuǎn)離裝載區(qū)域的筒倉(cāng) (筒倉(cāng)2) 中，因此不得不在加工之前進(jìn)行額外運(yùn)輸。
使用FT4 粉體流變儀™對(duì)兩個(gè)批次的輔料進(jìn)行分析。
測(cè)試結(jié)果
動(dòng)態(tài)測(cè)試：基本流動(dòng)能
筒倉(cāng)2的樣品基本流動(dòng)能 (BFE) 比筒倉(cāng)1的高，表明了在狹小空間 (例如螺旋輸送或混合的過(guò)程) 中，動(dòng)態(tài)流動(dòng)的阻力更大，要實(shí)現(xiàn)相同的產(chǎn)出需要更多的能量。
整體測(cè)試：可壓性
筒倉(cāng)2樣品的可壓性比筒倉(cāng)1要高，說(shuō)明粉體內(nèi)部包覆更多空氣，通常是粘性粉體的屬性。粉體在受到外力作用時(shí) (例如，在機(jī)械進(jìn)料器、壓片機(jī)中或大量存儲(chǔ)時(shí))，較高的可壓性會(huì)導(dǎo)致過(guò)程中的性能變差。
整體測(cè)試：透氣性
類似地，在通氣量恒定的情況下，筒倉(cāng)2的樣品粉床產(chǎn)生的壓降更大，說(shuō)明該樣品的透氣性比倉(cāng)筒1的更低。當(dāng)加工過(guò)程中需要粉體釋放內(nèi)部夾帶的空氣 (例如，沖模填充和壓片)，并且通常還會(huì)對(duì)重力主導(dǎo)的流動(dòng)造成負(fù)面影響，透氣性較低會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)表現(xiàn)不佳。
剪切盒測(cè)試
與直覺(jué)相反的是，在9 kPa條件下固結(jié)之后，筒倉(cāng)2的樣品產(chǎn)生的剪切應(yīng)力值比筒倉(cāng)1的樣品稍小。這顯示它更容易從靜止、固結(jié)的狀態(tài)進(jìn)入流動(dòng)狀態(tài)，如料斗流出。這說(shuō)明剪切盒測(cè)試結(jié)果并非始終最相關(guān)，因?yàn)闇y(cè)試條件不代表粉體在加工過(guò)程中受到的影響。即使在評(píng)估料斗流動(dòng)時(shí)，僅剪切特性并不足以完全描述性能，透氣性也具有影響。
兩種樣品的屈服軌跡并非線性，筒倉(cāng)2的粉體在低固結(jié)水平下可能產(chǎn)生較高的剪切應(yīng)力值。而且，由于屈服軌跡的位置和形狀，線性擬合線與Y軸交點(diǎn)位于負(fù)半軸，數(shù)據(jù)的莫爾圓應(yīng)力分析無(wú)法完成。
結(jié)論
對(duì)于過(guò)程性能各異的兩種相似材料，F(xiàn)T4能夠識(shí)別出明確且可重復(fù)的差異。筒倉(cāng)2的樣品表現(xiàn)出受迫流動(dòng)的阻力更大 (高BFE)、高可壓性和低透氣性，這些都是粘性較強(qiáng)的標(biāo)志。這些信息可用于篩選原料，鑒別適合加工的類型以及可能出現(xiàn)問(wèn)題的原料。此外，相關(guān)結(jié)果表明，由于應(yīng)力不同以及存在流動(dòng)指數(shù)區(qū)，僅剪切盒測(cè)試不能有效表征該過(guò)程中粉體特性。
粉體流動(dòng)性不是材料的固有屬性，而是粉體在特定設(shè)備中以其所需要的方式流動(dòng)的能力。成功的加工需要粉體與過(guò)程的完美匹配，相同的粉體在一個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)良好，而在另一個(gè)過(guò)程中卻不佳的情況并不罕見(jiàn)。也就是說(shuō)，需要多種特性表征方法，得出的結(jié)果能夠與過(guò)程評(píng)估相聯(lián)系，從而構(gòu)建對(duì)應(yīng)于可接受的過(guò)程行為的參數(shù)設(shè)計(jì)空間。FT4的多變量方法并非依靠單一的表征來(lái)描述所有過(guò)程特性，而是模擬一系列單元操作，以便直接研究粉體對(duì)各種加工過(guò)程和環(huán)境條件的響應(yīng)。
作者簡(jiǎn)介:
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
Tim Freeman是粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，他自20世紀(jì)90年代末便效力于該公司。他在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測(cè)試儀的設(shè)計(jì)和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機(jī)構(gòu)合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對(duì)促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
Tim擁有英國(guó)薩塞克斯大學(xué)的機(jī)電一體化學(xué)位。他是美國(guó)結(jié)構(gòu)化有機(jī)微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項(xiàng)目組的導(dǎo)師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會(huì)議。作為美國(guó)藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會(huì) (AAPS) 的"過(guò)程分析技術(shù)"焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問(wèn)委員會(huì)的成員，以及《歐洲藥物評(píng)論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會(huì)"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會(huì)成員、ASTM負(fù)責(zé)粉體和散裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會(huì)副主席，以及美國(guó)藥典 (USP) 通論-物理分析專家委員會(huì) (GC-PA EC) 的成員。
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