DẬP VIÊN Thiết bị dập viên: Máy dập viên tâm sai và máy dập viên quay tròn I. Quá trình dập và tạo viên: 1. Quá trình nén: Trong quá trinh dập, thể tích của khối nguyên liệu sẽ giảm dần, làm giảm thể tích của khí trong khối hạt. Quá trinh nén có thể được mô tả bằng nhiều cách, một trong số đó là tính toán sự thay đổi tương đối về thể tích VV Tại thời điểm nén diễn ra 3 kiểu biến dạng cơ bản: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng gây vỡ. Trong quá trình dập, lực nén cần phải vượt qua giới hạn đàn hồi để các liên kết được hình thành trong viên. Các lí thuyết tạo viên gồm: + Lý thuyết cơ học: Khi các tiểu phân bị biến dạng, bề mặt tiếp xúc giữa các tiểu phân bị móc vào nhau tạo thành các liên kết cơ học. + Lý thuyết lực tương tác giua các phân tử: lực van der Waals liên kết các phân tử với nhau tại các bề mặt mới trên danh giới các tiểu phân. + Lý thuyết lớp màng film chất lỏng trên bề mặt: lớp film chất lỏng mỏng tạo thành liên kết các tiểu phân với nhau tại bề mặt các tiểu phân. Nang lượng của quá trinh nén làm chảy hoặc hoà tan (do tang nhiệt độ) tại các bề mặt tiếp xúc và tiếp theo là sự hoá rắn hoặc tái kết tinh khi dừng nén và như vậy tạo ra các cầu liên kết hoặc mặt liên kết rắn. Lí thuyết cũng phù hợp với thực tế và có thể áp dụng để giải thích một loạt hiện tượng quan sát được như: +Tốc độ dập càng cao viên càng bở. + Dùng nhiều Mg.stearat hoặc trộn với tá dược trơn quá kỹ sẽ thu được viên không được chắc. + Các nguyên liệu khác nhau bị ảnh hưởng bởi Mg. stearat khác nhau + Dập viên ở nhiệt độ cao hơn sẽ thu được viên có độ bền cơ học cao hơn + nhiệt độ thường tang 4 30oC tuỳ công thức khi dập viên 2. Sự giải nén: + Sau khi dập và hoá rắn khối bột thuốc trong cối, viên phải có đủ khả nang chịu đựng ứng suất đột ngột trong quá trinh giải nén và đẩy viên ra khỏi cối + Tốc độ giải nén (phụ thuộc đường kính bánh nén và tốc độ máy) có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng viên. + Các đặc tính biến dạng trong quá trinh dập viên đóng vai trò chính trong quá trinh giải nén. +Sau khi nén với một lực cực đại, viên nén phải trải qua giai đoạn phục hồi do đàn hồi. +Trong khi viên nén bị nén trong cối, sự hồi phục đàn hồi chỉ xảy ra theo hướng trục (axial). +Nếu tốc độ và mức độ phục hồi đàn hồi lớn, viên nén có thể bị bong mặt hoặc phân lớp do sự dãn nhanh theo hướng xuyên tâm khi đẩy viên ra (radial). +Nếu trong viên nén diễn ra quá trinh đứt gẫy dòn trong giai đoạn giải nén, quá trinh dập có thể không thu được viên nhẵn phẳng do sự rạn nứt bề mặt. + Tốc độ giải nén có tác động đến khả nang tạo viên và hoá rắn (tạo các dây nối). +Theo lý thuyết màng film chất lỏng bề mặt, tốc độ kết tinh hoặc rắn hoá đóng vai trò tạo liên kết giua các bề mặt. Tốc độ của sự kết tinh bị ảnh hưởng bởi áp lực (và tốc độ rời bỏ lực tác động). +Tốc độ giải nén cao dẫn đến tốc độ kết tinh cao, thường thi tốc độ kết tinh thấp dẫn đến hinh thành các tinh thể bền hơn. Vi vậy, nếu các dây nối tạo thành theo cơ chế này, tốc độ máy thấp hơn (tốc độ giải nén và kết tinh thấp) sẽ tạo các viên bền hơn. 3. Đẩy viên ra khỏi cối: + Sau khi giải nén, viên vẫn nằm trong cối, lực ép vào thành cối còn duy tri đóng vai trò giu viên trong cối. 1) Giai đoạn 1: Lực đẩy ban đầu đủ lớn để thắng được lực còn duy tri. Là lực lớn nhất, xảy ra trong thời gian rất ngắn. 2) Lực để đẩy viên lên mặt cối, lực này nói chung nhỏ hơn lực đã nêu trên. Tuy nhiên nếu tá dược trơn không đủ: viên tiếp tục dính, hỏng viên. 3) Lực giảm hết cỡ khi viên đã được đẩy lên trên mặt cối. Viên sẽ dãn nở khi bị đưa ra khỏi cối và không thể đưa viên đã đẩy ra trở lại cối được nua. +đẩy viên ra khỏi cối, tá dược trơn; Lực nhỏ hơn 200 N là tối ưu, (thường vào khoảng 400 N). Lực từ 400 – 800 N là cao, và nếu vượt quá 800 N sẽ làm nóng và có thể hỏng máy, sản phẩm sẽ bị xước cạnh, bong và dính. +Giảm lực đẩy là cần thiết và vi vậy tá dược trơn được sử dụng trong công thức thuốc viên với mục đính này. Mg.stearat dùng từ 0,5 – 1%. ngoài tác dụng có lợi cho quá trinh dập chúng có tác dụng bất lợi cho viên. + Các viên có dấu hiệu biến dạng đàn hồi khi giải nén có thể sẽ bị bong mặt trong lúc đẩy viên ra khỏi cối. Trong các trường hợp này viên sẽ tích luỹ ứng lực khi ở trong cối và ứng lực này chỉ được loại bỏ theo hướng trục, khi viên được đẩy lên mặt cối, phần mặt trên của nó dãn nở cả theo hướng trục và hướng xuyên tâm trong khi phần còn nằm trong cối thi bị giới hạn, ứng lực biến dạng phát triển theo miệng cối và kết quả là viên bị bong. 4. Gạt viên ra khỏi máy: + sau khi viên được đẩy ra khỏi máy. + lực gạt viên vào khoảng 2 N + lực lớn hơn 6 N có nghĩa là viên bị dính vào mặt chày dưới và hậu quả là viên bị lột mặt dưới, +Với tốc độ dập cao người ta thiết kế để sao cho viên được gạt ra khỏi mâm máy càng nhanh càng tốt. Lực trong quá trình dập viên: +Nam 1950, Higuchi và Busse đã phát triển dụng cụ đo lực đầu tiên trong máy dập viên. +Bằng phương tiện đo lực cang họ đã có thể kiểm soát được lực tác động đến chày trên, chày dưới và thành cối trong quá trinh dập. + điểm A tương ứng với giới hạn biến dạng dẻo, điểm B là điểm chết; điểm C tác động của chày trên lên viên nén dừng lại và viên dãn nở. Lý do của lực đo được trong khoảng B và C là do viên dãn nở nhanh hơn tốc độ nâng lên của chày trên, và vi vậy có lực cang giua chúng. + Chu trinh kết thúc tại điểm D và (OD) là áp lực còn lại trên thành cối + đẩy viên ra ngoài cối cần một lực thắng lực duy tri . E = D ; E là lực đẩy; D lực tác dụng vào thành cối; hệ số tỷ lệ + Một đại lượng để nghiên cứu quá trình dập viên: tỷ lệ higuchi : R R = FtFd Ft và Fd tương ứng là lực tác động ở chày trên và chày dưới. Ảnh hưởng của lực dập tới một số đặc điểm của viên: 1. Độ dày của viên ( độ xốp ): + Lực dập viên càng lớn, viên sẽ càng mỏng, tuy nhiên độ dày không thể nhỏ hơn độ dày tới hạn ( là độ dày khi viên được nén đạt tới khối lượng riêng của hạt ) 2. Độ cứng của viên: + Khi dập liên kết hinh thành (Nf), tỷ lệ với lực dập (P). Nf = P +khi chày trên nhấc lên một số liên kết bị phá huỷ (Nd), tỷ lệ với hàm số mũ của P (chẳng hạn như P2). Nd = P2 +Liên kết khi viên đã được đẩy ra khỏi cối là N = Nf – Nd = P P2 đồ thị là một hinh parabol có cực đại tại: dNdP = 0 = 2P, nghĩa là xảy ra tại P = 2 +độ cứng của viên tỷ lệ thuận với tổng số lượng các liên kết trong viên, Độ cứng viên phụ thuộc vào lực dập. Độ cứng của viên đạt cực đại tại một lực nén xác định khi lực nén cao quá giới hạn, viên sẽ bắt đầu bị bong mặt và độ cứng lại giảm. 3. Độ rã của viên: Dịch lỏng thấm vào các khoảng trống. Tá dược rã hấp thụ nước và trương nở. Sự trương nở này làm cho viên bị vỡ ra thành hạt. Hạt rã ra không có kích thước như hạt ban đầu, thường lớn hơn, nhiều liên kết hơn. kích thước hạt và số liên kết trong hạt càng lớn khi lực dập viên càng lớn. +lực nén rất thấp dịch lỏng thấm vào viên một cách tự do, nhưng các lỗ xốp lại quá lớn làm cho tá dược rã khi trương nở không gây được ứng lực trong viên. khi tang áp lực dập làm xuất hiện nhiều hơn các lỗ xốp có đường kính nhỏ hơn tiểu phân tá dược rã khi trương nở và thời gian rã sẽ giảm. +Khi lỗ xốp đã đủ nhỏ, sự thấm dịch lỏng vào viên trở thành bước giới hạn, vi vậy thời gian rã sẽ tang lên khi tang lực dập. 4. Sự hòa tan: ảnh hưởng của lực nén khó dự đoán, nhưng có thể hinh dung: nếu trong quá trinh nén xảy ra biến dạng gãy thi tốc độ tang khi tang nén; nếu hiện tượng tạo liên kết là vượt trội thi tốc độ hoà tan sẽ giảm khi tang lực nén Co 4 kiểu tương quan: Tộc độ hoà tan tang khi tang lực nén Tốc độ hoà tan giảm khi tang lực nén Lúc đầu khi tang lực nén, tốc độ hoà tan tang đến cực đại; sau đó khi lực nén tang tiếp, tốc độ hoà tan giảm Tốc độ hoà tan giảm đến cực tiểu khi tang lực nén sau đó khi lực nén tang tốc độ hoà tan lại tang Đặc tính nguyên liệu – phương pháp dập viên: Xu hướng thiết kế máy dập viên • Tang cường hệ thống cung cấp nguyên liệu. • Tang cường các thiết kế và vật liệu chế tạo cam. • Dập nhiều giai đoạn. • Dập viên nhiều lớp, viên bao. • Thiết kế riêng biệt để vệ sinh và thay đổi một cách nhanh chóng. • Tang cường kỹ thuật đo lực. • Thiết kế thêm các bộ phận điện tử để kiểm soát lưc dập. • Tốc độ tuyển chọn viên cao để có thể loại bỏ viên không đạt yêu cầu ra ngoài. • Bộ phận kiểm soát lực dập tiến hành đồng thời với kiểm soát khối lượng, độ dày, độ cứng nhờ đó chế tạo các máy dập tự động hoàn toàn.
DẬP VIÊN Thiết bị dập viên: Máy dập viên tâm sai máy dập viên quay tròn I Q trình dập tạo viên: Quá trình nén: Trong trinh dập, thể tích khối nguyên liệu giảm dần, làm giảm thể tích khí khối hạt Q trinh nén mơ tả nhiều cách, số tính tốn thay đổi tương đối thể tích V/V Tại thời điểm nén diễn kiểu biến dạng bản: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo biến dạng gây vỡ Trong trình dập, lực nén cần phải vượt qua giới hạn đàn hồi để liên kết hình thành viên Các lí thuyết tạo viên gồm: + Lý thuyết học: Khi tiểu phân bị biến dạng, bề mặt tiếp xúc tiểu phân bị móc vào tạo thành liên kết học + Lý thuyết lực tương tác giua phân tử: lực van der Waals liên kết phân tử với bề mặt danh giới tiểu phân + Lý thuyết lớp màng film chất lỏng bề mặt: lớp film chất lỏng mỏng tạo thành liên kết tiểu phân với bề mặt tiểu phân Nang lượng trinh nén làm chảy hoà tan (do tang nhiệt độ) bề mặt tiếp xúc hoá rắn tái kết tinh dừng nén tạo cầu liên kết mặt liên kết rắn Lí thuyết phù hợp với thực tế áp dụng để giải thích loạt tượng quan sát như: +Tốc độ dập cao viên bở + Dùng nhiều Mg.stearat trộn với tá dược trơn kỹ thu viên không + Các nguyên liệu khác bị ảnh hưởng Mg stearat khác + Dập viên nhiệt độ cao thu viên có độ bền học cao + nhiệt độ thường tang - 30oC tuỳ công thức dập viên Sự giải nén: + Sau dập hoá rắn khối bột thuốc cối, viên phải có đủ khả nang chịu đựng ứng suất đột ngột trinh giải nén đẩy viên khỏi cối + Tốc độ giải nén (phụ thuộc đường kính bánh nén tốc độ máy) có ảnh hưởng định đến chất lượng viên + Các đặc tính biến dạng q trinh dập viên đóng vai trò trinh giải nén +Sau nén với lực cực đại, viên nén phải trải qua giai đoạn phục hồi đàn hồi +Trong viên nén bị nén cối, hồi phục đàn hồi xảy theo hướng trục (axial) +Nếu tốc độ mức độ phục hồi đàn hồi lớn, viên nén bị bong mặt phân lớp dãn nhanh theo hướng xuyên tâm đẩy viên (radial) +Nếu viên nén diễn trinh đứt gẫy dòn giai đoạn giải nén, trinh dập không thu viên nhẵn phẳng rạn nứt bề mặt + Tốc độ giải nén có tác động đến khả nang tạo viên hoá rắn (tạo dây nối) +Theo lý thuyết màng film chất lỏng bề mặt, tốc độ kết tinh rắn hố đóng vai trò tạo liên kết giua bề mặt Tốc độ kết tinh bị ảnh hưởng áp lực (và tốc độ rời bỏ lực tác động) +Tốc độ giải nén cao dẫn đến tốc độ kết tinh cao, thường thi tốc độ kết tinh thấp dẫn đến hinh thành tinh thể bền Vi vậy, dây nối tạo thành theo chế này, tốc độ máy thấp (tốc độ giải nén kết tinh thấp) tạo viên bền Đẩy viên khỏi cối: + Sau giải nén, viên nằm cối, lực ép vào thành cối tri đóng vai trò giu viên cối 1) Giai đoạn 1: Lực đẩy ban đầu đủ lớn để thắng lực tri Là lực lớn nhất, xảy thời gian ngắn 2) Lực để đẩy viên lên mặt cối, lực nói chung nhỏ lực nêu Tuy nhiên tá dược trơn khơng đủ: viên tiếp tục dính, hỏng viên 3) Lực giảm hết cỡ viên đẩy lên mặt cối Viên dãn nở bị đưa khỏi cối đưa viên đẩy trở lại cối nua +đẩy viên khỏi cối, tá dược trơn; Lực nhỏ 200 N tối ưu, (thường vào khoảng 400 N) Lực từ 400 – 800 N cao, vượt 800 N làm nóng hỏng máy, sản phẩm bị xước cạnh, bong dính +Giảm lực đẩy cần thiết vi tá dược trơn sử dụng cơng thức thuốc viên với mục đính Mg.stearat dùng từ 0,5 – 1% tác dụng có lợi cho trinh dập chúng có tác dụng bất lợi cho viên + Các viên có dấu hiệu biến dạng đàn hồi giải nén bị bong mặt lúc đẩy viên khỏi cối Trong trường hợp viên tích luỹ ứng lực cối ứng lực loại bỏ theo hướng trục, viên đẩy lên mặt cối, phần mặt dãn nở theo hướng trục hướng xuyên tâm phần nằm cối thi bị giới hạn, ứng lực biến dạng phát triển theo miệng cối kết viên bị bong Gạt viên khỏi máy: + sau viên đẩy khỏi máy + lực gạt viên vào khoảng N + lực lớn N có nghĩa viên bị dính vào mặt chày hậu viên bị lột mặt dưới, +Với tốc độ dập cao người ta thiết kế để cho viên gạt khỏi mâm máy nhanh tốt Lực trình dập viên: +Nam 1950, Higuchi Busse phát triển dụng cụ đo lực máy dập viên +Bằng phương tiện đo lực cang họ kiểm soát lực tác động đến chày trên, chày thành cối trinh dập + điểm A tương ứng với giới hạn biến dạng dẻo, điểm B điểm chết; điểm C tác động chày lên viên nén dừng lại viên dãn nở Lý lực đo khoảng B C viên dãn nở nhanh tốc độ nâng lên chày trên, vi có lực cang giua chúng + Chu trinh kết thúc điểm D (OD) áp lực lại thành cối + đẩy viên cối cần lực thắng lực tri E = D ; E lực đẩy; D lực tác dụng vào thành cối; hệ số tỷ lệ + Một đại lượng để nghiên cứu trình dập viên: tỷ lệ higuchi : R R = Ft/Fd Ft Fd tương ứng lực tác động chày chày Ảnh hưởng lực dập tới số đặc điểm viên: Độ dày viên ( độ xốp ): + Lực dập viên lớn, viên mỏng, nhiên độ dày nhỏ độ dày tới hạn ( độ dày viên nén đạt tới khối lượng riêng hạt ) Độ cứng viên: + Khi dập liên kết hinh thành (Nf), tỷ lệ với lực dập (P) Nf = P +khi chày nhấc lên số liên kết bị phá huỷ (Nd), tỷ lệ với hàm số mũ P (chẳng hạn P2) Nd = P2 +Liên kết viên đẩy khỏi cối N = Nf – Nd = P - P2 đồ thị hinh parabol có cực đại tại: dN/dP = = - 2P, nghĩa xảy P = /2 +độ cứng viên tỷ lệ thuận với tổng số lượng liên kết viên, - Độ cứng viên phụ thuộc vào lực dập Độ cứng viên đạt cực đại lực nén xác định lực nén cao giới hạn, viên bắt đầu bị bong mặt độ cứng lại giảm Độ rã viên: Dịch lỏng thấm vào khoảng trống Tá dược rã hấp thụ nước trương nở Sự trương nở làm cho viên bị vỡ thành hạt Hạt rã khơng có kích thước hạt ban đầu, thường lớn hơn, nhiều liên kết kích thước hạt số liên kết hạt lớn lực dập viên lớn +lực nén thấp dịch lỏng thấm vào viên cách tự do, lỗ xốp lại lớn làm cho tá dược rã trương nở không gây ứng lực viên tang áp lực dập làm xuất nhiều lỗ xốp có đường kính nhỏ tiểu phân tá dược rã trương nở thời gian rã giảm +Khi lỗ xốp đủ nhỏ, thấm dịch lỏng vào viên trở thành bước giới hạn, vi thời gian rã tang lên tang lực dập Sự hòa tan: ảnh hưởng lực nén khó dự đốn, hinh dung: trinh nén xảy biến dạng gãy thi tốc độ tang tang nén; tượng tạo liên kết vượt trội thi tốc độ hoà tan giảm tang lực nén Co kiểu tương quan: Tộc độ hoà tan tang tang lực nén Tốc độ hoà tan giảm tang lực nén Lúc đầu tang lực nén, tốc độ hồ tan tang đến cực đại; sau lực nén tang tiếp, tốc độ hoà tan giảm Tốc độ hoà tan giảm đến cực tiểu tang lực nén sau lực nén tang tốc độ hồ tan lại tang Đặc tính nguyên liệu – phương pháp dập viên: Xu hướng thiết kế máy dập viên • Tang cường hệ thống cung cấp nguyên liệu • Tang cường thiết kế vật liệu chế tạo cam • Dập nhiều giai đoạn • Dập viên nhiều lớp, viên bao • Thiết kế riêng biệt để vệ sinh thay đổi cách nhanh chóng • Tang cường kỹ thuật đo lực • Thiết kế thêm phận điện tử để kiểm sốt lưc dập • Tốc độ tuyển chọn viên cao để loại bỏ viên khơng đạt u cầu ngồi • Bộ phận kiểm soát lực dập tiến hành đồng thời với kiểm soát khối lượng, độ dày, độ cứng nhờ chế tạo máy dập tự động hoàn toàn ... lực dập tới số đặc điểm viên: Độ dày viên ( độ xốp ): + Lực dập viên lớn, viên mỏng, nhiên độ dày nhỏ độ dày tới hạn ( độ dày viên nén đạt tới khối lượng riêng hạt ) Độ cứng viên: + Khi dập liên... phương pháp dập viên: Xu hướng thiết kế máy dập viên • Tang cường hệ thống cung cấp nguyên liệu • Tang cường thiết kế vật liệu chế tạo cam • Dập nhiều giai đoạn • Dập viên nhiều lớp, viên bao •... để đẩy viên lên mặt cối, lực nói chung nhỏ lực nêu Tuy nhiên tá dược trơn khơng đủ: viên tiếp tục dính, hỏng viên 3) Lực giảm hết cỡ viên đẩy lên mặt cối Viên dãn nở bị đưa khỏi cối đưa viên đẩy