滚圆法制造球形.doc

用挤出滚圆法制造球形微丸微粒
的基本方法和设备
潘家祯　孙晓明　朱大滨　房爱东
(华东理工大学化工机械研究所，上海，200237)
　　提要　由于球粒在造粒中有着优越的性能，开发用工业方法制备大小均一、圆球度好、表面光洁的球粒造粒方法有着巨大的应用前景。医药工业缓释、控释制剂的发展更迫切需要开发大规模制造球粒的方法和设备。本文介绍了用挤出滚圆方法制造球形微丸微粒的方法和设备。最新开发、研制的专利产品——球形微丸造粒机能够以工业规模批量制造球粒微丸。球粒造粒容易、效率高。本设备不但可以为医药缓释、控释制剂新品种的开发提供装备，也可为食品、化肥、催化剂、精细化工等工业球粒造粒提供合适的设备。

1　用挤出滚圆法制造球粒的特点
　　在医药、食品、化肥、精细化工等行业中，造粒是一种十分重要的工艺过程。它可减少物料表面积，使物料成分均匀，防止分离或偏析，防止物料凝集及变质；增加物粒的密度，使贮藏、包装、运输都比较方便。
　　在各种造粒方法中，由挤出滚圆法制造球形颗粒，已成为目前国际上十分流行的一种造粒方法。它有如下几个特点：
　　(1)生产能力大，设备费用较低；
　　(2)颗粒直径由孔板决定，容易控制，造粒范围广，可以制造0.3～30 mm的球粒，颗粒的直径大小相同，分散带小；
　　(3)造粒后球粒内的含量均匀；
　　(4)颗粒形状可为球形、柱形及不定形；以球形最好，容易包衣；
　　(5)可根据不同材料的物性，在物料最适合的条件下造粒。
　　近年来，由于药物控释、缓释制剂的发展，对球形微丸的要求骤增。药物释放系统的球粒不仅在治疗上有优点，例如：流动性能好，不易破碎，球粒的大小尺寸均匀，分布带窄，容易包衣和装填均匀，而且容易再现血药水平。制药工业制造的球粒，尺寸为500～1500 μm，通常装入明胶硬胶囊，也可以压成片。对肠胃的刺激作用以及服药初期由于浓度引起的副作用小，而且在技术也有优点。
2　用挤出滚圆法制造球粒的原理和方法
　　鉴于球粒颗粒的优良性能，医药制剂及精细化工等工业都迫切要求开发能以工业规模大量制造大小均匀，圆球度好的球形颗粒的制造设备。作者研制、开发了能满足这一要求的专利产品——球形微丸造粒机。
2.1　球形造粒的基本原理
　　球形造粒过程有两种不同的机理。根据文献［2］，从挤压机出来的条状物料被整齐地切断成圆柱形，其高度与圆柱体直径大体相等或略长一些。在造粒过程中圆柱体的棱角被墩圆，再被墩成哑铃形，然后墩成椭球形，在滚制过程中被墩成圆球。见图1(a)。文献［3］提出了另一种机理，经切断后的圆柱形物料被墩弯，在剪切力的作用下，中部受剪变细，然后破断，再被墩圆成圆球。见图1(b)。　

图1　球粒造粒的基本原理
2.2　球粒造粒的过程
　　球粒造粒一般经过以下几步：
　　(1)将配制混合好的粉料与适量的粘合剂捏合均匀；
　　(2)混合均匀的物料经挤出机挤成直径相等的条状；
　　(3)条状物料在球形微丸造粒机中切断并进行高速滚制；
　　(4)在高速滚制过程中将颗粒墩圆；
　　(5)在不断的滚制过程中将墩圆的颗粒修整成大小规一、圆球度好的圆球。
　　球粒滚制的过程是在球形微丸造粒机内自动完成。由于合理、巧妙的专利结构设计，使得球粒造粒过程十分顺利，它完全满足了工业化批量生产的球粒造粒要求。
　　图2是造粒机工作示意图，物料在高速旋转的转盘上滚制成圆球。图3是在物料在转盘上运动示意图，颗粒在转盘上作十分均匀、随机的滚动，迅速制成圆球。

图2　造粒机工作示意图
3　球粒质量分析
3.1　分析方法［4］
3.1.1　粒子直径的表示方法　设球粒的长轴

图3　颗粒在圆盘上滚动轨迹
径为dl，短轴径为dw，它的算术平均值dlw=(dl+dw)/2；它的等值直径(即外接矩形的等直径)
3.1.2　粒群的平均直径　设粒群中某一微分区段(或窄级别)的粒径为di，其相应的颗粒数(或产率-相对数量的百分比，%)为γi，则其平均粒径的计算主要有以下几种：

　　平均粒径虽然反映了物料的平均粒度大小，但仅有平均粒度还不能完全说明物料的粒度分布特性。因为会出现这样的情况：两批物料的平均粒度相等，但它们各相同粒级的颗粒数(或产率)却不同。为了能对物料的粒度特性有较完全的描述，除了平均粒级外，还须用偏差系数k来说明物料的均匀程度。
偏差系数按下式计算：k=(σ)/(Da)
式中，Da为算术平均法求得的平均粒级；σ为标准差，常用的表示粒度频率分布的离散程度的特征数，其值越小，说明粒度分布越集中。σ的计算公式如下：

3.2　分析过程
　　从球形微丸造粒机的产品中随机抽取100粒球粒进行粒度质量分析，分析其粒度和圆度。在光学放大投影仪上放大20倍测量经1 mm国内外新技术　New Technology Domestic and International

孔板挤出后造成的球粒的质量。对每一颗粒寻找一个最小的外切矩形，测量矩形的长轴和短轴直径，作为原始数据记入表格，然后利用Excel软件计算颗粒的真实轴径。计算每颗球粒的算术平均直径和等值直径，及粒群的标准差和偏差系数。
　　分析结果标绘于图4。图4(a)按长轴径标绘，图4(b)按短轴径标绘，图4(c)按算术平均直径标绘，图4(d)按等值直径标绘。从中可见，直径的分散带很小，在1.2～1.6 mm之间。

(a)大径

(b)小径

(c)算术平均直径

(d)等值直径
图4　粒度分析的直方图
3.3　与市场产品的比较
　　取市场有售的芬必得胶囊中的球粒与作者研制的球形微丸造粒机的球粒进行比较结果列于表1。
表1　本机造粒质量的比较

芬必得
本机产品
偏差/mm
百分比/%
偏差/mm
百分比/%
0
22
0
6
0.015
31
0.03
13
0.03
36
0.06
14
0.045
0
0.09
19
0.06
2
0.12
20
0.075
6
0.15
9
0.09
0
0.18
3
0.105
2
0.21
7
0.12
0
0.24
8
0.135
1
0.26
1

0.30
0
粒度标准差
0.1029
粒度标准差
0.1227
离散系数
8.85%
离散系数
8.60%

　　从表1中看出，除粒度差的绝对值比芬必得稍大外，粒度标准差和离散系数都和芬必得基本一致。
　　但是要说明的是：
　　(1)芬必得是已经经过包衣后的成品，本机取样分析的只是造粒后的芯粒，经过缓释、控释浆液包衣后，由于浆液、胶液的表面能力，其圆度还会进一步改善；
(下转第49页)(上接第46页)
　　(2)本机取样，由于时间仓促，仅是试机中的试验产品，尚未进行过工艺优选，若对操作工艺进行最优化方法优选，质量还可进一步提高；
　　(3)本次试验数据，是在整批产品中随机取样，未作任何筛选，代表了生产过程中的真实情况。
4　结论
　　最新研究开发成功的球形微丸造粒机，能够以工业规模批量制造球粒微丸。球粒造粒容易，效率高；球粒直径分散带小，圆度高，表面光滑；球形微丸造粒机是医药控释、缓释微丸制剂的有效工具，可为发展制剂新品种提供设备保障，也可为食品、化肥、精细化工等工业球粒造粒提供合适的设备。