淺析制藥粉碎方法及設(shè)備選型

文/趙庭

當下，藥品片劑的制備過程都離不開制粒工藝——制粒工藝大體分兩大類，濕法制粒和干法制粒。濕法制粒是目前制粒的主要方法，而粉碎是濕法制粒的首道生產(chǎn)工藝。本文將就粉碎方法及相關(guān)設(shè)備選型進行詳細分析，以期為制藥業(yè)同仁們提供參考。

藥品片劑是制藥行業(yè)中品種眾多、產(chǎn)量極大、使用廣泛的劑型之一。片劑的制造過程一般可分為原輔料粉碎、稱量、混合、制粒、干燥、壓?；旌?、壓片、包衣等過程，行業(yè)流傳著這樣一句話:制粒是龍頭，壓片是核心，包裝是鳳尾，可見制粒過程在整個片劑生產(chǎn)中起到舉足輕重的作用。制粒的方法大體分兩大類：濕法制粒和干法制粒。目前，濕法制粒工藝仍然是藥品生產(chǎn)中的主流工藝，具有生產(chǎn)工藝成熟、顆粒質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、壓縮成型性好等優(yōu)點，在醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。而粉碎是濕法制粒的首道生產(chǎn)工藝[1]。

粉碎是指用機械的方法克服固體內(nèi)聚力，將大塊固體碎成適宜大小的過程。粉碎的目的是減小粒徑，增加表面積。

一、粉碎方法的分類

根據(jù)受力的方式，粉碎方法可以分為：擠壓、折斷、剪切、撞擊、劈裂、研磨等[2]。

擠壓

將物料置于兩個工作構(gòu)件之間,然后逐漸對物料加壓,使之產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，直至破裂粉碎。這種粉碎方式適用于粉碎脆性物料,如果被處理物料是帶有韌性和塑性的,則可能產(chǎn)生片狀碎屑。

折斷

物料在工作構(gòu)件間承受彎曲應(yīng)力,當力超過其強度極限便折斷。這種方式一般用來處理較大塊的長或薄的脆性物料。

剪切

這是一種能耗較低的粉碎方式，可以粉碎脆性物料，新形成的表面比較規(guī)則而且易于控制粒度的大小。

撞擊

當工作構(gòu)件以極高的速度撞擊物料時,物料因在極短時間內(nèi)受到很大的載荷,而被擊碎。撞擊適用于粉碎多種物料，既適用于較大塊的破碎，又適用于精細粉碎。質(zhì)量較輕的脆性物料尤其適宜于這種粉碎方式。撞擊粉碎的生產(chǎn)率較高,粉碎后產(chǎn)生的粒徑相對均勻。

劈裂

劈裂是利用工作構(gòu)件表面銳利的齒，對物料顆粒進行鋸切而使其破裂的方法。它特別適用于粉碎有膠性的物料,它可以獲得各種不同粒度成品,而且粉末量也較少,但它不適于加工含油物料或含水量大于18%的物料。

研磨

物料在工作構(gòu)件表面下承受一定壓力，并與構(gòu)件發(fā)生相對運動和摩擦，導(dǎo)致物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞,而發(fā)生表面剝落。實際這是一個既有擠壓又有剪切的復(fù)雜過程。

一臺粉碎設(shè)備在工作時往往是聯(lián)合采用多種粉碎方法,很少會僅使用其中的一種方法。只不過在工作過程中，某種方法起了主要作用,起主要作用的粉碎方法是選擇合適設(shè)備的重要參考依據(jù)。

選擇合適的粉碎方法時,應(yīng)首先考慮被粉碎物料的物理特性：對于特別堅硬的物料,擊碎和壓碎方法很有效；對韌性物料，用磨研為好；對膠性物料，以鋸切和劈裂為宜；對于谷物粉碎，以擠壓及鋸切為佳；對含纖維的物料，以盤式磨為好?？傊?根據(jù)物料的物理特性，正確選擇粉碎方法對提高粉碎效率、節(jié)約能耗、改善產(chǎn)品質(zhì)量等具有非常重要的意義。

二、粉碎設(shè)備的選型

常見的濕法制粒粉碎機有：擠壓式制粒機、沖擊式粉碎機、離心式過篩機等[3]。

1.擠壓式制粒機

常見的擠壓式制粒機有錐式整粒機、搖擺式整粒機。二者的工作原理相同，都是通過轉(zhuǎn)子的擠壓和剪切物料，最終使物料經(jīng)過篩網(wǎng)擠出成粒。這種擠壓粉碎方式主要用于粉碎各種干、濕和熱敏性物料，特別適合用于塊狀物料的粉碎。

但二者的工作方式和應(yīng)用場景不同。錐式整粒機工作時，轉(zhuǎn)子沿單一方向旋轉(zhuǎn)。粉碎后顆粒形狀多為圓柱狀和角柱狀，粒徑分布較窄，粒徑范圍在0.1 ～30 mm 左右?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)篩網(wǎng)形狀、孔徑大小、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快慢等條件調(diào)節(jié)制粒的大小，錐式整粒機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。搖擺式整粒機工作時，轉(zhuǎn)子以恒定的速度左右搖擺，對產(chǎn)品均勻施加力。粒徑分布非常均勻，粉碎后粒徑細度可達到250 μm。設(shè)備工作時產(chǎn)生熱量小，但產(chǎn)量低于錐式整粒機[4]。

圖1 錐式整粒機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.沖擊式粉碎機

常見的沖擊式粉碎機有錘式粉碎機、釘盤磨、氣流粉碎機等。其工作原理是顆粒與顆粒之間或顆粒與轉(zhuǎn)子之間發(fā)生沖擊性碰撞、摩擦和剪切等作用，從而粉碎物料[3]。

但是這三者之間的工作方式和應(yīng)用場景也是不同的。

錘式粉碎機主要由轉(zhuǎn)子、篩網(wǎng)、加料器等部件組成。物料由加料器進入粉碎機后，受到轉(zhuǎn)子的沖擊并在粉碎腔內(nèi)發(fā)生碰撞和摩擦，粉碎后的細料通過底部的篩網(wǎng)出料，粗料則被篩網(wǎng)攔截，重復(fù)得到粉碎。錘式粉碎機廣泛用在各種結(jié)晶狀纖維狀物料的細磨和研磨中，其粉碎粒徑細度可達到30 μm，但不適用于高硬度物料和粘性物料的粉碎。

釘盤磨由兩個帶鋼齒的圓盤（即釘盤）和一個環(huán)形篩板組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。兩個釘盤分別為定子和轉(zhuǎn)子，相互交錯、高速旋轉(zhuǎn)，在其中的物料會因受到鋼齒的高速沖擊而被粉碎。通過調(diào)節(jié)釘盤轉(zhuǎn)速、釘盤和篩網(wǎng)的規(guī)格可調(diào)節(jié)最終粒徑的細度。由于兩塊釘盤相對運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生向心力，因而即使是濕料，低粘性物料同樣也可以用其處理，所以釘盤磨又稱為萬能磨。釘盤磨研磨后的顆粒精細度通常大約在30 ～1500 μm。但由于釘盤磨在粉碎過程中會發(fā)熱，所以不適用于粉碎有揮發(fā)性、軟化點低和粘性較高的物料。

圖2 釘盤磨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

氣流粉碎機是利用空氣或其他氣體通過一定壓力的噴嘴噴射，產(chǎn)生高速的湍流和能量轉(zhuǎn)換流，通過氣流作用懸浮輸送物料，使物料相互間發(fā)生劇烈的沖擊、碰撞和摩擦，加上高速氣流對顆粒的剪切作用，最終使物料得到充分的研磨而粉碎。在保證氣源潔凈的前提下，氣流粉碎的過程中沒有其他物質(zhì)摻入，物料不會被污染，因此它適用于不允許被金屬和其他雜質(zhì)污染的物料的粉碎。由于氣流粉碎后物料能保持原有的天然性，所以它也適用于生物活性制品的超細化粉碎。而氣流粉碎過程中的溫升很低，使它同樣適用于對熱敏物料的粉碎。氣流粉碎后，顆粒表面光滑，形狀規(guī)整，粒徑均勻，但它的缺點是能耗比較大。

氣流粉碎機根據(jù)結(jié)構(gòu)又可分為扁平式（圓盤式）、循環(huán)管式、單噴式（靶式）、對噴式、流化床對噴式等?，F(xiàn)對扁平式（圓盤式）、循環(huán)管式兩種氣流粉碎機作簡單介紹。

扁平式氣流粉碎機是應(yīng)用最早和最廣泛的氣流粉碎機，也稱為圓盤式氣流磨，其工作原理如圖3 所示。

圖3 扁平式氣流粉碎機工作原理

循環(huán)管式氣流粉碎機又稱為立式環(huán)形噴射式氣流磨。其又可分為等圓截面和變截面循環(huán)管式氣流磨。其中應(yīng)用最多的是變截面循環(huán)管式氣流磨，其工作原理和外形如圖4 所示。

圖4 變截面循環(huán)管式氣流磨的工作原理和外形

3.離心式過篩機

離心式過篩機工作部分的主要結(jié)構(gòu)由定子和篩網(wǎng)組成。其工作原理是，給予結(jié)團物料外力作用，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，致使結(jié)團物料發(fā)生松散并解體，最終破碎后的顆粒會從篩網(wǎng)孔通過。其主要用于物料結(jié)團后的松團和物料的篩分。過篩后物料粒徑細度可達到150 μm。離心式過篩機的特點是工作時幾乎不產(chǎn)生熱量。

三、結(jié)語

在制藥粉碎生產(chǎn)過程中，當需要大批量和連續(xù)生產(chǎn)時，選擇合適的粉碎設(shè)備顯得尤為重要。在了解粉碎的方法和常見制藥粉碎機工作原理后，再根據(jù)物料物理特性和最終的粒徑要求，我們才能選擇出合適的粉碎方法，確定出恰當?shù)姆鬯闄C類型。 ●