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运用粉体流动性表征支持生产

麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司  2020-12-18  点击1154次

粉体流变学广泛应用于各个行业,支持新产品的研发和制造。通过粉体流变学方面的投资,根据所测得的粉体特性与生产现场的加工表现进行关联,增进对生产工艺和单元操作的理解。即使粉体的常规特性,例如粒径分布等保持不变,供应商和设备的变更(例如,选用更低成本的原料和工艺放大设备)都可能导致粉体整体行为的变化。而这些变化也会对工艺造成挑战,造成堵塞、混合均匀度差、批次生产时质量或体积变化等一系列问题。

通过测量并理解粉体行为,克服这些挑战,并就原料和生产方式的变更做出经济、高效的决策。




FT4粉体流变仪™


FT4粉体流变仪™作为通用粉体测试仪,提供自动、可靠、全面的粉体性质表征。该信息可与加工经验进行关联,提高生产效率并有助于质量控制。FT4专注于测量粉体的动态流动特性,还可提供剪切盒测试,具有密度、可压性和透气性等整体特性的测试能力,全面表征与工艺相关的粉体性能。




FT4粉体流变仪™





案例研究1-生产地的影响



 

 


药物活性成分样品(API 1)在三个不同的地点A、B和C楼生产。其中B楼和C楼生产的API存在流动不连续和混合均匀度的问题,而A楼生产的API表现良好。来自三个不同生产地的样品使用FT4动态流动法进行评估。实验数据表明这三个样品之间存在明显的差异。A楼所得API 1基本流动能(BFE)和比流动能(SE)值最低,表明该粉体动态流动时阻力较小。B楼和C楼所得API 1的BFE和SE值较高,表明强制流动时阻力更大,具有更强的机械互锁和颗粒间摩擦作用,这两者都可能导致流动不连续和混合均匀度等上述观察到的问题。

基于以上这些理解,改进B楼和C楼所使用的工艺条件,并在加工前对这些生产地所得批次进行评估,确保API性能与A楼生产批次的相当,从而确保加工工艺的相容性。



案例研究2-填充过程中堵塞


    


第二种API(API 2)加工过程中采用填充操作。应用一系列FT4测试方法对该API的不同批次进行表征,由此发现可压性是该过程中可接受性能的关键指标。通过评估一系列样品,确定可接受的可压性限度。同时新工厂开始生产API 2,并在最初运行填充过程时也面临加工问题。首次生产的API样品具有较大的可压性,超出可接受的参数空间。此后,对生产工艺进行修改,之后的两批样品可压性都落于可接受的范围,如预期一样,粉体在填充过程中表现良好。

然而,随着气候条件的改变,尤其是相对湿度的变化,还发生了其他问题。在较高的湿度条件(48% RH)下,加工所得的粉体性能较差。在相同的环境条件下评价粉体,可压性随湿度的增大而增大,因此在某些湿度条件下,可压性超出了预先规定的界限。由此确定该操作下可接受的湿度范围。



案例研究3-API研磨工艺

 


某一API生产商考察选用新的研磨设备。备选的新设备所生产得到的材料,其粒径分布(PSD)与现有研磨机得到的近似。

每台研磨机上制备四个批次API,并使用FT4评价。在动态流动测试中发现明显差异,备选的研磨机所生产的API具有较高的流速指数(FRI),较低的基本流动能(BFE)、比流动能(SE)和预处理松装密度(CBD)。这些性能通常发生于粘性较强的材料,表明备选的研磨机所生产的粉体在生产过程中可能出现问题。

粉体流变学的研究有助于检测出粉体流动特性的差异,而非仅仅通过粒径来进行区分。引进新的加工设备有可能不利于生产。而粉体流变学的应用则规避了这一风险,并指导深入研究,采取预防措施。



结论


FT4粉体流变仪有助于成功排除故障并支持生产。常规的表征手段能够帮助用户或操作人员建立起知识数据库,确定生产问题的根本原因。通过理解粉体特性及其与加工结果的关系,用以评估原料供应商或生产方法变更所引致的风险。

FT4的多元测试方法适用于表征工艺相关的粉体性能,这些性能将影响不同加工过程中的流动性。尤其是通过测试低应力、动态条件下的粉体,所得到的性能与加工表现具有良好的相关性。这一相关性可用于构建粉体性能的设计空间,并与良好的加工表现相关联,从而评估新处方以及输入和输出批次,预测下游环节的行为。