Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Механическая прочность

Механическая прочность таблеток является также равнодействующей многих факторов. В случае веществ, таблетируемых непосредственно, механическая прочность таблеток будет зависеть от природных (физи­ко-химических) и технологических свойств таблетируемых веществ, а также от примененного давления.

Для образования таблеток необходимым условием является взаимосцепляемость частиц. В начале стадии прессования вещество уплотняется. При этом частично разрушаются кристаллы, беспорядочно ориен­тированные друг к другу. В дальнейшем происходит более тесное сбли­жение частиц с увеличением контакта между ними и проявлением си­лы сцепления достаточной величины, необходимой для взаимоподдер­жания частиц. При этом имеют значение:

- форма кристаллов;

- наличие кристаллизационной воды;

- химическая структура прессуемых веществ, т. е. расположение отдельных атомов, а также вытекающие из этого физические свойства.

При прессовании подавляющего большинства препаратов требуется высокое давление, которое может отрицательно вли­ять на качество таблеток и способствовать износу таблеточных машин. Необходимости применения высокого давления можно избежать при­бавлением веществ, обладающих большим дипольным моментом и обес­печивающих сцепляемость частиц при сравнительно небольших давлениях. В этом отношении вода, обладающая достаточным дипольным мо­ментом, может часто обеспечивать сцепляемость частиц, являясь как бы мостиком между ними.

Связыванию частиц труднорастворимых и нерастворимых лекарст­венных препаратов ввиду недостаточной смачиваемости контактируемой поверхности вода может даже препятствовать (для нерастворимых препаратов). В таких случаях требуется добавление веществ с более высокой силой сцепления (растворы крахмала, желатина и др.). Оче­видно, в одинаковых условиях между степенью смачиваемости препа­ратов и связывающей эффективностью добавляемых веществ имеется определенная зависимость. Частицы лекарственных препаратов в ре­зультате увлажнения связывающими веществами соединяются друг с другом. По мере улетучивания влаги эта связь усиливается, способ­ствуя сближению частиц. В большинстве случаев связывающие вещества способны к гелеобразованию.

Лекарственные вещества, включаемые в состав таблеток, обладают различной, индивидуальной степенью прессуемости. Например, натрия бензоат и натрия кофеин-бензоат обладают свойствами, обеспечиваю­щими высокую степень их прессуемости. Малую степень прессуемости имеет натрия гидрокарбонат. Это в основном и определяет величину давления для получения доброкачественных таблеток.

Увеличение давления прессования повышает механическую прочность таблеток. Однако большая прочность таблетки влияет на ее распадаемость: время распадаемости возрастает, что отрицательно сказывается на качестве таблетки. Для каждой таблеточной массы давление прес­сования должно быть оптимальным, т. е. при достаточной механичес­кой прочности необходимо обеспечить хорошую распадаемость таб­летки.

На пластичность материала прямое влияние оказывает его влаж­ность. Более влажные материалы, как правило, более пластичны. Су­хие материалы обладают большими упругими деформациями. Зависи­мость прочности таблеток от влажности гранулята может быть выра­жена в виде кривой. Как видно на рис. 2, количество влаги в грануляте должно быть строго определенным. Уменьшение или чрезмерное увеличение влажности гранулята влечет за собой понижение прочности таблетки. При содержании влаги в грануляте выше оптимальной наблюдается прилипание таблетируемой массы к пуансонам, а при содержании ниже оптимальной – отслаивание поверхности таблеток. Для каждого вида материала имеется своя опти­мальная степень влажности. Наиболее прочные таблетки кальция глюконата получаются при влажности гранул от 2 до 5%.

Рис. 2. Влияние влажности гранул на прочность таблеток

глюконата кальция при различных давлениях

прессования 1 – Р = 40 МН/м²; 2 – Р = 90 МН/м²

(И.А. Муравьев, 1980)

Для прочности таблеток весьма существенно, как будет развиваться давление при прессовании. Давление называют жестким, если оно возникает внезапно. Такое давление типично для ударных таблеточ­ных машин. Поверхность таблетки под ударом пуансонов сильно ра­зогревается (механическая энергия переходит в тепловую), вследствие чего вещества сплавляются и образуют сплошной цементированный слой.

Давление называют прогрессивным, если оно нарастает постепенно. Такое давление свойственно ротационным таблеточным машинам.

Давление называют ступенчатым, если применяется несколько жест­ких последовательных сдавлений: слабое, более сильное и максималь­ное. Таким образом, ступенчатое давление является сочетанием первых двух и встречается у машин промежуточного типа.

Прогрессивное дав­ление во всех случаях дает лучшие результаты, поскольку обеспечива­ет более длительное воздействие давления на таблетируемую массу. Чем оно длительнее, тем полнее из массы будет удален воздух, кото­рый потом, после снятия давления, расширяясь, не сможет оказать раз­рушающее влияние на таблетки. При этом значительно ослабляется разогреваниетаблетки у поверхности, что исключает побочное, вред­ное его влияние на вещества, входящие в состав таблетки. Жесткое давление совершенно непригодно при объемистых и пылевидных порошках, а также при весьма упругих растительных материалах, поскольку сравнительно громоздкие частицы их не успевают уложиться как можно плотнее друг к другу.

Давление может быть односторонним и двусторонним. В первом случае прессующим является только верхний пуансон, во втором – прессуют одновременно оба пуансона. Одностороннее давление, которое обычно бывает жестким (эксцентриковые машины), пригодно только для легкопрессующихся масс. Из труднотаблетируемых масс при односто­роннем давлении получаются неоднородные расслаивающиеся таблетки.

Таблетка будет прочна, если давление достаточно велико, но не переходит известного предела, после которого начинает сказываться уп­ругость материала. Этот предел дав­ления называется критическим давлением. При увеличении дав­ления выше критического прочность таблетки уменьшается, так как бу­дут разрушаться зерна гранулята. Величина критического давления для каждого материала имеет определенное значение; она зависит от насыпной массы материала и его влажности.

В случае если природные свойства лекарственного вещества не мо­гут обеспечить необходимой прочности таблеток при непосредственном таблетировании, данный показатель достигается гранулированием. При грану­лировании в таблетируемую массу вводят связывающие вещества, с помощью которых повышается пластичность лекарственного вещества. Сила сцепления одинаковых молекул, определяющая прочность таблетки, – когезия при этом оказывается недостаточной. С введением связывающих веществ появляется сила взаимодействия разнородных ве­ществ, т. е. свойство адгезии, обусловливающее прилипание частиц друг к другу. Очень важно, чтобы количество связывающих веществ было оптимальным: превышение их приводит к излишней твердости таблеток, которая ухудшает их распадаемость, а при недостатке этих веществ не достигается необходимая пластичность гранулята. На проч­ность таблеток оказывают влияние скользящие вещества. При неуме­ренном их добавлении к таблетируемой массе уменьшается пластичность материала и прочность таблеток.

Распадаемость и «растворение» таблеток

Распадаемость это свойство таблеток при соприкосновении с водой или пищеварительными соками превращаться в частицы лекарственных и вспомогательных веществ.

Тест «растворение» оценивает способность лекарственных веществ, входящих в состав лекарственного препарата, переходить в окружающую среду с определенной полнотой и скоростью.

Распадаемость и «растворение» таблеток зависит от многих причин:

- количест­ва связывающих веществ (таблетки должны содержать их столько, сколько необходимо для достижения требуемой прочности);

- сте­пени прессования (чрезмерное давление ухудшает распадаемость таб­летки);

- количества разрыхляющих веществ, способствующих распадаемости таблеток;

- свойств веществ, входящих в таблетку, от их способности растворяться в воде, смачиваться ею, набухать; таблет­ки с легкорастворимыми веществами будут распадаться быстрее, и по­требуется меньшее количество разрыхляющих веществ.

Особенно важен подбор связывающих и разрыхляющих веществ для нерастворимых в воде лекарственных веществ. По физической струк­туре таблетки представляют собой пористое тело; при погружении их в жидкость в силу капиллярных явлений жидкость проникает во все капилляры, пронизывающие толщу таблетки. Если в таблетке будут иметься хорошо растворимые или высоко гидрофильные добавки, то они будут способствовать быстрой ее распадаемости. Например, добавляемый к таблетируемой массе крахмал увеличивает пористость, уменьша­ет прочность и, являясь капиллярообразующим средством и высокогидрофильным веществом (теплота смачивания 23 кал/г), улучшает водопроницаемость таблеток и тем самым способствует их быстрой распадаемости. По графикам зависимости физико–механических свойств таблеток от содержания крахмала (рис. 3) можно определить необ­ходимое количество крахмала, отвечающее наилучшим условиям пори­стости, водопроницаемости и прочности таблеток.

Рис. 3. Физико-механические свойства таблеток

бромизовалав зависимости от со­держания крахмала

(И.А. Муравьев, 1980)

Однако крахмал не может служить универсальным разрыхлителем. При прессовании гидрофобных веществ лучше прибегать к добавкам поверхностно-активных (например, твин – 80), или других высокогидрофильных веществ (Н-карбоксиметилцеллюлоза, альгиновая кислота и ее соли индивидуально или в сочетании с крахмалом и др.).

Таким образом, для изготовления точно дозированных, легко распадающихся и растворяющихся, а также достаточно прочных таблеток необходимы следующие условия:

- таблетируемая масса наряду с основными веществами должна содержать вспомогательные (связывающие, скользящие, разрыхляющие) в оптимальных количествах;

- гранулят по способности скольжения, равномерности и абсолютной величине зерен должен обеспечивать максимальную точность дозирования;

- давление прессования должно быть подобрано так, чтобы скорость распада таблеток оставалась нормальной при достаточной прочности таблеток.

В зависимости от индивидуальных свойств лекарственных средств необходимость применения вспомогательных веществ может отпасть или могут потребоваться только некоторые из них. Точно так же гранулирование в ряде случаев может оказаться излишним.

3. Физико-химические свойства

порошкообразных лекарственных средств

Форма и размер частиц. Порошкообразные лекарственные препараты являются грубодисперсными системами и состоят из частиц различных форм и размеров. Большинство их является кристаллическими системами; аморфное состояние встречается редко. Отдельные частицы кристаллических порошков представляют собой кристаллы или конгломераты кристаллов. У большинства препаратов частицы анизодиаметрические (несимметричные, разноосные). Они могут быть удлиненной формы, когда длина значительно превышает поперечные размеры (палочки, иголки и т. п.), или пластинчатыми, когда длина и ширина значительно больше толщины (пластинки, чешуйки, таблички, листочки и т. п.). Меньшая часть порошковидных препаратов имеет частицы изодиаметрические (симметричные, равноосные); это шаровидные образования, глыбки, многогранники и т. п.

Форма и размер частиц порошков зависят: у кристаллических ве­ществ (химико-фармацевтические препараты) – от структуры кристал­лической решетки и условий роста частиц в процессе кристаллизации, у измельченных растительных материалов – от анатомоморфологических особенностей измельчаемых органов растений и типа измельчаю­щей машины.

Размеры частиц могут варьировать в широких пределах: например, кристаллы норсульфазола по длине от 39 до 5 мкм и по ширине от 46 до 3 мкм, кристаллы амидопирина по длине от 196 до 31 мкм и по ши­рине от 143 до 25 мкм.

Плотность порошка. Численно равна массе, заключенной в единице объема, т. е. представляет собой отношение массы к объему в кило­граммах на метр кубический. Знание плотности (массовой) порошкооб­разных лекарственных веществ крайне важно, поскольку от нее зависят объемные (технологические) характеристики этих препаратов.

Удельная поверхность порошков. Выражается в суммарной поверхно­сти всех частиц (в квадратных метрах), отнесенной к единице массы (в килограммах). Определяется методом воздухопроницаемости на при­боре, называемом поверхностномером. Удельная поверхность находится в прямой зависимости от степени дисперсности порошков и может варь­ировать в широких пределах. Удельная поверхность помогает в процес­се гранулирования определить расчетным путем количество увлажните­ля – связывающего вещества.

Плотность (истинная). Под истинной плотностью порошков понима­ется отношение массы препарата к его объему при нулевой пористости порошка. При определении истинной плотности из по­рошка на гидропрессе при удельном давле­нии 680 МН/м² прессуют таблетки массой в пределах 0,3-0,5 г. При этом достигается практически нулевая их пористость. Далее произво­дят следующие расчеты по формуле:

ρ = g/υ, κг/м³,

где g – масса таблетки; υ – объем таблетки.

Внутреннее (контактное) трение. По коэффициенту трения косвенно судят об абразивности таблетируемых масс (порошки, препараты, гра­нулированный материал). Чем больше величина коэффициента трения (f), тем более стойким к износу должен быть пресс–инструменттабле­точных машин. Наибольшей абразивностью (f = 0,2 – 0,4) обладают неор­ганические соли, крупно-кристаллические органические вещества, рас­тительные порошки. Наименьший коэффициент трения (f<0,2) у ве­ществ с низкой температурой плавления, с длинной углеродной цепью, у гранулированных масс со смазывающими веществами.

Смачиваемость. Под смачиваемостью порошкообразных лекарствен­ных препаратов понимается их способность взаимодействовать с раз­личными жидкостями (лиофильность) и прежде всего с водой (гидрофильность). На поверхности твердых частиц лекарственных веществ со­держится то или иное количество гидрофильных групп (—ОН, —СОН, —СООН и др.) или кислородных атомов, являющихся структурными элементами их кристаллической решетки, поэтому смачиваемость по­верхности порошков имеет разную величину в зависимости от интен­сивности взаимодействия межмолекулярных сил. Визуально склонность поверхности порошков к смачиванию водой проявляется:

а) полным смачиванием – жидкость безгранично растекается по поверхности порошка;

б) частичным смачиванием – вода частично расте­кается на поверхности;

в) полным несмачиванием – капля воды не рас­текается, сохраняя форму, близкую к сферической.

Гидрофобные (не смачиваемые водой) препараты могут прекрасно смачиваться другими жидкостями (например, органическими растворителями).

Лиофильность таблетируемых порошкообразных препаратов опреде­ляется коэффициентом фильности, который представляет собой отноше­ние удельной теплоты смачивания полярной жидкостью (вода) к удель­ной теплоте смачивания неполярной жидкостью. Известно, что образо­вание на поверхности твердой частицы мономолекулярного слоя смачи­вающей жидкости всегда сопровождается выделением так называемой теплоты смачивания – величины, вполне измеряемой.

Практическое значение смачиваемости заключается в том, что в таб­летку, полученную прессованием хорошо смачиваемых водой веществ, легко проникает вода, что ускоряет распадаемость таблетки.

Гигроскопичность. Если упругость паров в воздухе больше, чем их упругость на поверхности твердых частиц, тогда порошкообразная масса, приготовленная к таблетированию, начнет поглощать пары воды и воздуха и расплываться в поглощенной воде. Такие вещества требуют особых ус­ловий хранения и подготовки к таблетированию таких препаратов.

Кристаллизационная вода. Молекулы кристаллизационной воды опре­деляют механические (прочность, пластичность) и термические (отно­шение к температуре воздушной среды) свойства кристалла и оказы­вают существенное влияние на поведение кристалла под давлением. Явление «цементации» также тесно связано с наличием кристаллиза­ционной воды в таблетируемых препаратах.

Электрические свойства. Факты явления электризации порошкообразных лекарственных препаратов при их обработке и прессовании дают основание сделать вывод, что при рассмотрении природы связи частиц в таблетках наряду с деформационными необходимо принимать во вни­мание также диэлектрические характеристики. При механическом воз­действии будут склонны к поляризации все асимметрические кристаллы, содержащие полярные группы в своей структуре или в адсорбционной водной пленке. Для неполярных веществ образование поверхностных зарядов исключается.