剪切机械

粉末混合的影响因素探讨粘附力的影响

发布时间:2024/10/20 13:35:45   

混合的基本条件是外力作用下颗粒之间产生相互移动,显然粒子之间的相互作用力对颗粒之间的相互作用有重要影响。很多对混合影响的物料因素,例如粒径和表面形态,会通过影响粒子间的粘附力来影响混合过程。对于定向混合过程而言,粉体之间的相互作用力的调节更是混合过程的关键影响因素。

具有粘附力的粉末在混合过程中,粒子间的相互作用更强,运动中的粒子更容易带动周围的粒子一并发生相对移动。在合适的混合动力作用下,一般对于中等粘附力的粉末,在合适的混合动力作用下,混合效率会得到较大改善。

如果两个粒子间的粘附力相对于粒子本身的重力不可忽略(至少大于1~2个数量级),而是形成聚团运动。这些聚团运动,对于由对流机理控制的混合过程是较为有力的。如果这些团聚在混合过程中剪切、碰撞中能够分散聚团,则能够极大提高混合效率。但是如果这些聚团不能分散,那么需要提供更大的混合动力提高剪切和碰撞作用,以破坏团聚。如果不同种类的粒子之间的粘附力大于同种粒子的团聚力,延长混合时间,增加粒子与团聚体的接触概率,则可以从表面不断侵蚀团聚体,减小团聚体并降低团聚体的强度,进而实现粉末混合均匀。如果这些团聚不能破坏,则可能无法实现均匀混合。

粒子间的粘附力来源于范德华力、静电作用、机械结合、粒子间的表面张力和毛细管作用等,其大小与粒子的化学成分、粒径、形态密度等相关,也与环境湿度、温度和设备情况等相关。针对物料的粘附趋势,有研究者提出了粘附因子常数:π=σ/(ρgR),粘附因子越小,物料的凝聚趋势越小。其中σ是流动状态下的有效粘附力;ρ流动状态下的密度;g是重力常数;R是容器尺寸。显然,粒子之间的粘附力越大,粘附因子越大。

正如前文所述,粒子间的有效粘附力主要与粒子的表面状态有关。粒子的表面状态可能与制备工艺相关,例如一般辊压乳糖和喷雾干燥的乳糖的表面存在巨大差异。一些粒径极小的粒子可以粘附在大粒子表面,进而改变粒子的表面性质。当然,这需要选择合适的辅料配伍。例如二氧化硅是最为常用助流剂,粘附在原料药表面可以增大原料药的粒径、也可以作为桥架连接另外两个小粒子粒径;在干粉吸入剂的处方中,在载体与低粒径原料药(通常小于5μm)混合之前,先与微分乳糖混合,可以调节载体与原料药之间的结合强度。很多环境因素也是通过影响粒子的表面性质来影响粒子间的粘附力。例如湿度较低时,粒子表面的吸附水较低,容易产生静电,进而产生吸附;湿度较大时,表面的吸附水一方面可以提高粒子的导电性能,进而降低静电作用,但是也可以通过毛细作用而使粒子之间粘附作用增强。对于一些结晶性颗粒而言,表面结晶不完善,缺陷较多,容易在温度升高是发生融化,进而粘附力增加,对于熔点较低的药物需要注意混合时(尤其是采用搅拌式混合设备)温度升高带来的影响。

设备也是影响粒子粘附的重要因素,也就是粘附因子公式中的容器尺寸。简单来说,混合过程中能够提供的剪切力越大,团聚越容易分散,固体粉末更容易出现流体化现象,粉末之间存在空气间隔,间距增加,粘附趋势也相应减小。尺寸越大混合桶往往能够更大的剪切力,其粘附的影响也越小。



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