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影响包衣质量的因素-包衣技术指导


  包衣机是将聚合物包裹在片剂片芯外形成薄膜的设备。即用喷雾的方式将包衣溶液喷到滚动的片芯表面,通入热空气以使滚动片芯上的溶剂蒸发,使其表面形成一层连续的高分子薄膜。雾滴的形成,雾滴向片芯的移动,雾滴在片芯表面的撞击、铺展、聚结作用以及薄膜的干燥都是影响包衣的重要因素,这些需要设计者和操作者了解、控制,以达到高质量的包衣。
  
  包衣的特点:(1)克服片剂味道不佳不易吞服的缺点;(2)提高片剂稳定性,防止因光或空气等使之氧化变性;(3)调节药物的释放;(4)隔离易相容的药物;(5)较好的外观。
  
  1薄膜形成机理及影响因素
  
  经过包衣后的片芯上薄膜的结构并不均匀,外表也有差别。这种不均一性是由于有意加入的不溶性成分(如色料)引起的,同时在包衣过程中,薄膜不是连续地形成。多数包衣过程是将聚合物溶液通过喷雾粘附在固体片芯后经过干燥,再接受下一次喷雾,这个过程需要重复多次直至包衣完成。为了得到良好的包衣效果首先要了解薄膜的形成机理。
  
  1.1薄膜的形成机理
  
  水性聚合物分散体系的薄膜形成是很复杂的,研究得出:在润湿的阶段,聚合物以大量的不连续粒子存在,随着干燥的进行其水分减少,这些粒子间距离变小直至紧密接触、变形、凝聚,最后相互融化,形成一个不连续膜,这些过程中被包衣片芯的表面由稀分散体润湿。在此过程中,水以水蒸气的形式挥发而聚合物粒子则彼此相连,粒子周围的水膜的毛细管作用极大地加速了这个过程,当相邻粒子相互扩散时,出现了完全凝聚状态。
  
  在整个过程中包括以下几个重要阶段:(1)包衣溶液或混悬液的制备;(2)雾滴的产生;(3)雾滴从喷枪向片床的移动;(4)雾滴在片芯表面或颗粒表面上的撞击、湿润、铺展以及聚结;(5)干燥胶凝及粘附成膜。图1是上述阶段的示意图。
  
  图1包衣过程的5个阶段
  
  1.2包衣溶液或混悬液的物理性质对包衣过程的影响
  
  包衣溶液或混悬液的物理性质对包衣过程中的其他4个阶段都会产生影响。人们发现产生雾滴的粒径大小对成衣外观有直接影响,便总结出一些公式来描述对雾滴性质的影响,但公式之间存在差异,差异的原因是所选择雾化器之间有很大的差别,因而某个公式只能适用于各自条件下,而当外推至其他系统时会产生较大的偏差。
  
  Fair(1974)提出用公式描述液压喷雾中溶液性质对雾滴大小的影响:
  
  DVM溶液/DVM溶剂={γ溶液/γ溶剂}0.5×{μ溶液/μ溶剂}0.2×{ρ溶液/ρ溶剂}0.3
  
  式中DVM——雾滴的容积平均粒径;
  
  γ——溶液的表面张力;
  
  μ——溶液的黏度;
  
  ρ——溶液的密度。
  
  Nukiyama及Tanasawa(1939)提出描述气压雾化过程中所产生的雾滴的粒径公式:
  
  Ds={585×103/v}×{γ/ρ}0.5+1683μ0.45{γ×ρ}-0.225{1000/J}1.5
  
  式中Ds——雾滴的表面平均粒径;
  
  ν——喷液管出口处气体相对液体的速率(m/s);
  
  γ——液体的表面张力(N/m);
  
  ρ——液体密度(kg/m3);
  
  μ——液体的黏度(Pa•s);
  
  J——喷嘴处的气/液的体积比。
  
  以上公式表明:溶液的物理性质会影响到雾滴的粒径及粒径分布,进而决定雾滴在片芯表面的命运,最终影响包衣的质量。而在溶液物理性质中,黏度、表面张力、密度对包衣液处方喷雾影响最重要。
  
  如表面张力将会影响到雾滴的形成。雾滴向包衣片芯移动的时间越长越易影响当到达片芯表面后的润湿、铺展、渗透、粘附过程,进而影响包衣的完整、片芯表面的粘着力和表面光洁度;黏度影响溶剂蒸发速率,影响悬浮在空气中雾滴的聚结等。然而,在实际工程中通过喷头和距离等参数的调整可将实际张力对质量的影响降低。
  
  1.3雾化方法及原理
  
  雾滴的产生就是将液体破碎成由小液滴组成的雾。理想的雾滴要求其在到达片芯表面后均匀散布,并形成一层厚度均匀的光滑连续的薄膜。实际包衣设备中常使用气压和液压制造雾粒。下面是4种雾化方法及原理:
  
  1.3.1超声波雾化
  
  超声波雾化法是使液体受到强烈的高频率的振荡而雾化的方法。优点是雾化效率高,消耗的能量大部分用来增加雾滴表面积,而不像其他两种雾化方法仅有不到1%用来增加表面积。缺点是此技术很难控制液体流动的速率,因此无法使生产出的雾滴具有足够的动量或易使喷嘴堵塞。
  
  1.3.2液压无气喷雾
  
  液压无气喷雾是在液压喷雾器中,包衣液在高压下穿过一个小孔,静压能转变成动能,包衣液分散为雾滴。改变液体的压力或液体流入小孔的方向或使用不同的喷嘴,都会导致雾滴形态的改变。可以形成带状或锥形的雾幕,当用有机溶剂溶解聚合物时,往往会选择液压喷雾法,这是由于在雾化过程中不使用气体可以避免雾滴过早的干燥。要使用一定黏度的溶液雾化,需要较高的压力,需要用非常小的孔径,以保证液体流动速度。
  
  1.3.3气压喷雾
  
  气压喷雾是利用高速气流与溶液相撞、磨擦,以形成雾滴。高速高压气流产生的相对剪切力将溶液雾化,因为气体密度小,需要高速气体的体积很大才能产生足够的能量将有一定黏度和张力的溶液雾化。
  
  1.3.4离心式喷雾
  
  离心式喷雾是包衣液在离心盘高速转动,获得较高的离心力而被高速甩出,形成薄膜、细丝或液滴,同时受到周围气流的磨擦、撕裂等作用形成雾滴。
  
  以上4种方法在包衣设备中常用的为气压喷雾和液压喷雾,研究发现,影响雾滴形成和移动的有关因素:(1)雾化气体压力;(2)液雾的形状;(3)喷枪到片床的距离;(4)液体喷嘴直径;(5)液雾中心的径向距离;(6)雾化器的设计,包衣液的性质以及雾化过程产生时的条件;(7)溶液的黏度、表面张力和密度越大,形成雾滴粒径越大;(8)包衣液流动速率、雾化气体和液体之间的相对速率也在很大程度上决定着雾粒的大小,这是由于这一相对速率不同所产生的剪切速率也不同;(9)气/液质量比增大,雾滴的粒径随之减小,但增大到4︰1后,质量比再增加雾粒不再减小;(10)预先加热被雾化的液体会减小它的黏度,雾粒也随之减小;使用不同的雾化器以及蒸发和聚结的程度不同,将会导致整个液雾轴向和径向上雾滴的差异。
  
  1.4包衣液雾逐渐接近并最终撞击片芯表面的过程
  
  包衣液雾逐渐接近并最终撞击片芯表面的过程如图2所示。
  
  a)粘附润湿情形一示意b)粘附润湿情形二示意
  
  c)浸入润湿示意d)铺展润湿示意
  
  图2包衣液雾逐渐接近并最终撞击片芯表面的过程
  
  图2-a是粘附润湿的示意图,图2-b是粘附润湿的另一种情形。在一个颗粒表面粘附着一个没有完全干燥的雾滴,这时,另一个颗粒向这个雾粒靠近,并与之相撞,于是又发生一次粘附润湿,这种粘附对包衣很不利,因为当弯液状的雾滴干燥后,这两个颗粒仍然被连接在一起,然而随着片芯在包衣锅中的滚动,这两个片芯会被分开,这时,膜就会从某个片芯上扯裂下来,造成这个片芯上出现一块未包衣的区域,而另一个片芯表面所形成的膜也会变得不规整,出现局部过厚的现象。这种包衣缺陷叫粘结。治本的方法可以通过改善雾滴的润湿能力或改善片芯的可润湿性(比如使用表面活剂),从而使这一过程得到改善;治标的方法可以通过控制喷雾时间(喷雾量)、干燥时间和滚筒转速三者关系以克服。图2-c是浸入润湿的示意图,浸入润湿对包衣是很有利的,它可以使干燥薄膜与片芯的粘附作用更强。这不仅是因为增加了包衣液与片芯的接触面积,而且当毛细孔中的膜干燥后,会像“根”一样将薄膜衣牢牢地固定在片芯表面。图2-d是铺展润湿示意图,是雾滴在片芯表面铺展开来的过程,也是图2-a粘附润湿过程的延续,铺展润湿对于包衣来说是很有利的,它会增加每一个雾滴的覆盖面,并使干燥后的薄膜光滑平整。
  
  2国内常见包衣机基本操作参数对包衣质量的影响
  
  2.1影响雾滴产生和形成的因素
  
  对雾滴产生、形成有影响的为喷枪的设计,液/气压力所产生的雾化压力、流速、喷嘴孔径和几何形状、蠕动泵的定量参数、滚筒压力及包衣液的物理性质。喷枪的设计影响着雾化分散度、雾化均匀度。
  
  液/气压力影响着包衣液流经喷嘴时的流速、流量,而流速的高低将使包衣液粒径发生变化。任何溶液,在外界动能作用下,在单位时间内都可以克服表面张力而获得分散,形成新的表面和雾粒。图3为各种喷雾法制得雾粒的大致范围。
  
  图3各种喷雾法制得雾粒的大致范围
  
  包衣液从单一孔中经加压后获得雾化,其演变过程如图4所示。液体从管孔中滴下时,管端液滴质量增加,并克服表面张力,出现滴下现象,当管端流量增大时,形成液柱,这种状态称为平滑流。
  
  柱端部发生径向分速度引起纵向振动,使液柱分裂,液柱长度随液流速度增加而变化,当达到一定程度时,由于液流的纵向振动反而使液柱长度变短,这种液流的不安定状态叫迁移流;当压力增加流速再增大时,液柱端部即呈波状流;若继续加大流速,即发生喷雾流。
  
  图4包衣液雾化的演变过程
  
  在实际应用中,由于周围空气的作用,液流与空气之间有相对速度存在,因而可用喷射数je来表示雾化程度。
  
  je=va2×ρ1×de/σ×{ρa/ρ1}0.55
  
  式中va——液流与空气的相对速度,m/s;
  
  ρa——空气的密度,kg/m3
  
  de——喷嘴的孔径,mm
  
  ρ1——液体的密度,kg/m3
  
  σ——液体的表面张力,N/m
  
  je<0.1,滴下;je≈0.1~10,平滑流;je≈10~400,波状流;je>400,喷雾流。
  
  为了得到良好的雾滴,在设计使用之初应当选择与包衣液相适合的喷枪及喷雾压力。这时在使用中调节蠕动泵喷雾速度和喷雾量与片芯及干燥参数相匹配。同时在设备中当包衣液温度过低时蠕动泵须停机。
  
  2.2雾滴移动过程的影响因素
  
  对雾滴移动过程有影响的参数为:雾化压力、包衣液本身的物理性质和喷枪相对于片床的位置及距离,喷枪在包衣滚筒内的位置,一般对着滚筒下方或内壁的某一位置。
  
  在移动过程中因黏度、距离不同,聚结和蒸发影响雾滴粒径的大小。工程实际中喷枪相对于片床的位置和喷射方向,可由外围电气控制系统控制相应机构做调节,以改变雾滴形成后再往片床移动过程中的聚合和粒径大小。
  
  2.3润湿及干燥过程中的影响因素
  
  此过程是雾滴与片芯接触润湿及水分蒸发后成衣的过程,在完成第一、二步后雾滴的形成及移动为最优的前提条件下,调整滚筒转速,既保证片芯有效地翻动,又使片芯不会因为过速移动飞出片床或造成碎片。进风温度、湿度、进风量,进风量保证干燥过程中所需空气流通,使水分及时从滚筒内排出,并且通常设定排风量大于进风量,使滚筒内呈负压。
  
  操作中包衣溶液的雾化程度直接影响外观质量,喷液的雾化效果直接由雾化压力以及雾化系统决定。雾化开始时,雾化速度和干燥热风温度的控制原则为:使片面略带湿润,又要防止片面粘连,温度不宜过高或过低。过高,则干燥太快,成膜容易粗糙,片色不均;过低或雾化量过大,则会使包衣滚筒内湿度过高,很快出现片芯的粘连现象。
  
  此外,滚筒的转速与包衣操作之间的关系:转速低,衣膜附着力强;转速高,衣膜附着力差,易剥落。包衣过程中,一旦干燥温度过低,雾化量过大或片子流动滞留的话,很有可能会出现粘片现象。
  
  3结语
  
  综上所述,要了解并根据包衣液、片芯物理性质、包衣环境的物理参数和设备设计制造后可控参数处理,优化影响包衣质量的条件,根据相互制约关系设置好设备运行参数。
  
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