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浅谈粉体性能指标在各工业的应用
王庆贺 合肥学院10化工系粉体1班
摘要：随着现代工业的发展，技术的要求越来越来高，粉体技术作为近年来备受瞩的新兴技术，在各工业领域的应用越来越广泛，也越来越重要，人们对粒度指标的要求越来越高，同时也出现了新型的，集多门现代科学于一体的粒度测量仪器，粉体粒度指标在工业各个方面都有应用，例如日化工业，医药制造，水泥，陶瓷材料等。粉体是粉体产业产品最重要的技术指标，随着科学技术的发展。

关键词： 粉体指标 日化工业 医药制造 水泥 陶瓷

一、粉体的基本概念和性质
1.1粉体的基本概念
粉体是指无数个固体粒子的集合体，粉体学是研究粉体的基本性质及其应用的科学。粒子是粉体运动的最小单元，通常所说的“粉”、“粒”都属于粉体的范畴，通常将≤100 μm 的粒子叫”，＞100 μm 的粒子叫“粒”。组成粉体的单元粒子可能是单体的结晶，称为一级粒子；也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子，称为二级粒子。在制药行业中，常用的粒子大小范围为从药物原料粉的1 μm 到片剂的10 mm。
1.2 粉体的性质
物态有3 种，即固体、液体、气体。液体与气体具有流动性，而固体没有流动性；但把固体粉碎成颗粒的聚集体之后则具有与液体相类似的流动性，具有与气体相类似的压缩性，也具有固体的抗形变能力，所以有人把粉体列为“第四种物态”来进行研究[2]。粉体的基本性质有：粒度及粒度分布、粒子的形态、比表面积、空隙率与密度、流动性与充填性、吸湿性等。在粉体的处理过程中，第2 期 崔福德等: 粉体技术在制药工业中的应用 69 即使是单一物质，如果组成粉体的各个单元粒子的形状、大小、粘附性等不同，粉体整体的性质将产生很大的差异。因此很难将粉体的各种性质如气体、液体那样用数学模式来描述或定义。但是粉体技术也能为固体制剂的处方设计、生产过程以及质量控制等诸方面提供重要的理论依据和试验方法.

二、粉体在化妆品总的应用
彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。
2．1. 化妆品用粉体的特性
化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。
有机颜料：以tar color为代表，可分为染料、色淀颜料、颜料等3个类别。
染料(Dye)：溶于水或者溶剂，具有染色功能的原料。按照发色团的化学构造分类（水溶性染料、油溶性染料）。
　　颜料(Pigments)：色素自身构造不携带可溶性基，不溶于水、油、溶媒等。按构造可分类为偶氮(Azo)系、靛蓝(indigo)系、酞花菁(Phthalocyanine)系颜料等。与色淀颜料相比，着色力、隐蔽力、耐光性能好。

　　色淀颜料(Lake)：在燃料上使用了沉淀剂，结合金属盐或特殊的有机酸，进行不溶性处理的色素。
随着合成技术的进步，不断有新色素被开发出来，但化妆品配方上只有那些安全性(Safety)得到充分验证的色素才可以使用。
　　无机颜料(Inorganic Pigment)：又称为矿物性颜料，以前是粉碎天然矿物当颜料使用，但现在多数是使用合成出来的无机化合物。优点是耐光、耐热性能良好，不溶于有机溶媒。缺点是鲜明感与着色力较有机颜料弱(Iron Oxides，Ultramarines，Chrom oxide greens，TiO2，ZnO，Chromium hydroxide green)。
虽然与有机颜料相比，无机颜料的颜色种类少，但也广泛应用在各种粉底液、粉、眼影等彩妆产品上。
　　天然色素：从动植物提取的色素，与合成色素相比着色力、耐光、耐热、耐药品性能弱。彩妆上广泛应用到的胭脂红(carmine)，因胭脂虫的栖息地——亚马逊被不断破坏而被迫减产。
珠光(Pearl Pigment)：应用于需要闪亮和光泽的唇膏、指甲油、眼影、腮红等产品，近来还应用到粉饼、隔离霜、粉底液、化妆水、面霜、睫毛膏等产品上。 　　 2.2 为了改善粉体特性而进行的表面处理
　　大部分的颜料表面都带有氢氧基，因为这种特性，化妆层很容易被人体的汗水或皮脂弄花。为了改善这种现象，可以使用表面处理物质与氢氧基进行化学结合，让颜料表面拥有疏水性。
　　对颜料进行表面处理的另外一个目的是，提升原料的分散性，改善原料的耐光性、耐溶剂性、抑制表面活性等方面问题，并赋予新的使用感或特性（见表4）。
颜料表面处理技术始于70年代中期的日本，在80年代以后普及全球。

以上简述了粉体的基本特性。我们在进行化妆品配方研发时，应充分理解各种粉体的特性，按照不同国家或地区消费者喜好的彩妆流行，选用不同的粉体原料。目前，随着科技的进步，粉体的开发已经开始结合地质学、光学、食品工程、医药等其他领域的技术，展现出新的生命力。
三、粉体性质对制剂工艺的影响
3.1 对混合均匀度的影响
固体药物制剂产品往往由多种成分混合而成，如复方制剂或加入的药用辅料等。

为了保证制剂中药物含量的均匀性，需对各个成分进行粉碎、过筛使成一定粒度的粉末之后进行混合。从粉体性质的角度考虑，影响混合均匀度的因素有：a.粒子的大小：粉体的混合虽然达不到像溶液的分子混合程度，但只要各组分的粒径足够小，且粒子间作用力足够小时就可达到较理想的均匀度；b.各组分间粒径差与密度差：在混合过程中，粒径较大的颗粒上浮，粒径较小的颗粒下漏；密度较大的颗粒下沉，密度较小的颗粒上浮。不仅给混合过程带来困难，而且已混合好的物料也能在输送过程中再次分离。因此混合过程中应尽量使混合物料的密度和粒度相接近；c.粒子形态和表面状态：形态不规则、表面不光滑的粒子混合时虽不易混合均匀，但一旦混合后不易分离，易于保持均匀的混合状态；但在混合物中混有表面光滑的球状颗粒时其流动性过强而易于分离出来；d.静电性和表面能：混合过程往往在粉末状态下进行，如果空气状态比较干燥（如相对湿度小于40%）就容易产生静电而聚集；粉末状态的表面能较大也易于聚集，使混合带来较大的困难。这种情况发生时宜采用过筛混合法，使聚集的粉末团在过筛过程中破碎，并加入润滑剂或表面活性剂以防止粉末聚集。
3.2 对固体制剂分剂量的影响
片剂、胶囊剂、冲剂等固体制剂在生产中为了快速而自动分剂量一般采用容积法，因此固体物料的流动性、充填性对分剂量的准确性产生重要影响。
3.2.1 流动性影响
粉体的流动性与粒子大小、粒度分布、粒子形态、表面状态、堆密度等有关，可用休止角[ α]、内部摩擦角[ θ]、剪切粘着力[ C] 、久野—川北方程的参数[ K、a、b] 、流动指数综合指数[ I]法等评价。常用的方法是测休止角，一般认为休止角α＜30°时流动性很好， α＞45°时流动性差。但实际生产中α＜40°就可满足分剂量的生产要求。通常可以采用以下方法改善粉体的流动：a.造粒：粉体过细，分散度和表面自由能很高，容易发生自发的附着和凝聚从而影响其流动性，造粒后表面能小、不易聚集，可以改善流动性。一般情况下，粒径小于100 μm 时流动性差，大于200 μm时流动性较好，如粉末状乳糖，粒径小于74 μm 时，休止角为60°、堆密度为0.34 g·cm-3，流动性很差；但制成粒径在149～420 μm 的颗粒后其堆密度变为0.5 g·cm-3、休止角为38°，大大改善了乳糖的流动性；b.增大颗粒密度：颗粒自重大于粒子间粘着力时可以流动，粘着力大于颗粒自重 时不易流动，显然密度大的粒子群其流动性好。如果采用不同造粒方法或不同种类、不同量的粘合剂，就可以改变物料的堆密度，从而改善流动性。生产时堆密度大于0.4 g·cm-3 可满足较好的流动性；c.加入助流剂：滑石粉、微粉硅胶等粉末附着在颗粒表面可以大大改善物料的流动性，但不能 加入过多，过多反而降低流动性，常用范围为0.1%～2%。优质微粉硅胶的粒径极细，其比表面积高达200 m2·g-1 以上，用量仅为颗粒量的0.1% 即可取得满意的效果。另外，加入药物或辅料的细粉也可以产生助流剂的作用。
但是关于装量均一性与粉体流动性之间的关系，有不同的看法。流动性差的粉体由于密度差异，装量差异会较大；流动性好的粉体不能充分振实，也能会导致较大的装量差异；也有人认为粉体的流动性与装量差异无关。Linda A.Felton 等[3]考察了微晶纤维素（MCC）和硅酸化微晶纤维素（SMCC）填充硬胶囊的载药量和装量差异。结果表明，密度较大、流动性好的SMCC 载药量大，装量差异小，但发现流动性不同的几种处方装量差异并不显著。
3.2.2 充填性影响
粉体的充填性是粉体集合体的基本性质，在胶囊、片剂的装填过程中具有重要的意义。物料颗粒的大小、形状、粒度分布、堆密度及空隙率等可直观地反映出其充填性。当颗粒的粒度分布很宽时，由于大、小粒子易发生分离现象而使堆密度产生差异，充填不均匀，容易造成分剂量的差异；
3.3 对压缩成形性的影响
压缩成形性表示粉体在压力下减少体积、紧密结合形成一定形状的能力。压缩成形性的评价方法很多，如压痕硬度、径向抗张强度、轴向强度、弯曲强度、破碎功等，也有在粉末的压缩过程中测定应力缓和值、粘结指数、脆碎指数、可压性参数等，其中最常用而简便的方法是测定其径向破碎力——硬度，与单位面积的破碎力——抗张强度。
四、粉体性质对制剂质量的影响
4.1粉体性质对制剂质量的影响
固体制剂的最终命运是崩解、释药和被人体吸收，其中崩解是药物溶出及发挥疗效的首要条件，而崩解的前提则是药物制剂必须能被水溶液所润湿。因此水渗入片剂内部的速度与程度对崩解起到决定性作用，而这又与片剂的孔隙径、孔隙数目以及毛细管壁的润湿性等有关。片剂的孔隙率不但与物料性质有关，即易产生塑性变形的物质压片后孔隙率小难以崩解，弹性变形的物料压缩后孔隙率较大易于崩解；还与压缩过程有关，在一定压力范围内，压力越大，压缩时间越长，片剂的孔隙率越小，越难以崩解。物料的润湿性很差，将很难使水通过毛细管渗入到片剂内部，则片剂难以崩解。常用于润滑剂的硬脂酸镁具有较强的疏水性，用量不当会严影响片剂的崩解度，必要时可加入表面活性剂以改善片剂的润湿性，促进水的渗入而加快崩解速度和溶出度。如用阿拉伯胶作粘合剂，喷雾干燥，可提高水杨酸的溶出度；磺胺药物加泊洛沙姆可显著增加溶出度；脂溶性药物同乳糖混合，也可提高药物的溶出度[4]。
4.2对生物利用度和疗效的影响
临床上，药物不论以何种形式给药，药物粒径的大小都会影响药物从剂型中的释放，进而影响到疗效。如前所述，在改善药物崩解和溶出的同时，药物的吸收增加，生物利用度和疗效均可得到较好的提高。对气雾剂而言，雾化后药物粒子的大小是药效的主要决定因素。气雾剂混悬液中粒径在μm 以上的粒子存在时限很短，无法达到有效的局部治疗效果；但若粒子太小则不能沉积于呼吸道，易于通过呼气排出。所以一般认为，起局部作用的气雾剂粒子范围以3～10 μm 为宜；欲发挥全身作用，则粒子宜在1～45 μm。Florence 等人[7]研究了3 种不同粒度的双香豆素胶囊抑制正常凝血酶原的活性作用时间面积和血药浓度-时间面积之间的关系，发现粒度、溶解速度与疗效三者之间有一定的关系：即粒度小，溶解速度快，疗效好。Liversidge 等[8]研究了非甾体类抗炎药萘普生的不同粒径对大鼠胃肠道的刺激性及吸收的影响。结果表明，将萘普生的粒径从20 μm 减小到270 nm时，避免了大粒子在黏膜粘附而导致的局部药物浓度过高，可以显著地降低药物对胃肠道的刺激并能有效的提高药物的疗效。
五、展望
随着现代科学的进步和GMP 规范化的广泛实施，粉体技术受到人们越来越多的重视，为现代给药系统的研究提供了新的方法和途径；同时，制药工业的不断发展也对粉体技术提出了更高、更新的要求。伴随着当前中药现代化和纳米技术的发展高潮，粉体技术也有了更广阔的发展空间，必将得到更完善的发展和提高，从而促进制药工业的发展。(end)

六、参考文献
〔1〕 中国粉体技术2000年专辑
〔2〕 罗秉江等译, 粉体工程学, 武汉:武汉工业大学出版社,1991.11
〔3〕 现代超细粉碎及超细分级技术, 北京矿冶研究总院学报,1993,2(4):51～58
（4） 田明等 ，无机材料学报,1998,(2):129-137
（5） 郑水林， 超细粉碎原理、工艺设备及应用，北
京:中国建材工业出版社,1993
（6） 刘新宽等， 无机材料学报,1999,(4):689-691