Stemple wielokrotne(MULTI-TIP) i ich wpływ na siły kompresji

Stemple wielokrotne to opłacalny sposób na zwiększenie wydajności tabletkowania bez konieczności stosowania dodatkowych tabletkarek. Stosowanie stempli wielokrotnych w tabletkarce rotacyjnej działa na podobnej zasadzie jak używanie stempli
pojedynczych, ale aby proces tabletkowania zakończył się sukcesem, należy znać właściwe techniki ich instalacji. W tym artykule i studium przypadku omówiono krytyczne etapy procesu tabletkarki rotacyjnej oraz opisano wpływ stempli wielokrotnych
na każdym etapie i doradzono jak pokonać typowe wyzwania spotykane w branży farmaceutycznej. Dostarczone zostaną również
dane dotyczące wpływu stempli wielokrotnych na siły kompresji. Sześć obszarów budzących obawy podczas procesu tabletkowania
ma bezpośredni wpływ na stemple wielokrotne. W przypadku przejścia z konfiguracji stempla pojedynczego na konfigurację stempla
wielokrotnego może zaistnieć potrzeba zwrócenia uwagi na każdy z wymienionych obszarów.

1. Poziom leja zasypowego
   Produkt jest początkowo ładowany do leja zasypowego tabletkarki, który musi mieć odpowiednie właściwości aby skutecznie dostać się do systemu podajnika. Ilość produktu w zbiorniku określi ciśnienie proszku, które może mieć wpływ na wagę tabletki. Utrzymywanie stałego ciśnienia może pomóc zminimalizować te problemy. Gdy w tabletkarce zamontowane są stemple wielokrotne, pobór produktu znacznie wzrasta i wymaga częstszego dosypywania proszku do leja zasypowego.
2. Prędkość podajnika
   Podajnik rozprowadza produkt z leja na stół matrycowy. W przypadku stosowania stempli wielokrotnych konieczne będzie pobranie większej ilości produktu z podajnika, co wymaga większej prędkości łopatek podających niż w przypadku stempli pojedynczych.
3. Proces napełniania matrycy
   Dolny stempel jest ściągany w dół z krzywki napełniającej, aby umożliwić napełnienie otworu matrycy. Następnie nadmiar proszku
   jest wypychany, gdy stempel dotrze do krzywki dozującej. Zużyte narzędzia lub narzędzia niskiej jakości, które są niezgodne ze
   specyfikacją mogą powodować problemy z wagą i zakleszczeniem stempla w wyniku gromadzenia się materiału na ściance matrycy. Stemple wielokrotne mogą zaostrzyć te problemy i wymagają zwrócenia szczególnej uwagi na jakość narzędzi. Wybór właściwej krzywki napełniającej ma kluczowe znaczenie w przypadku narzędzi pojedynczych i wielokrotnych. Nadmierne mieszanie produktu jest częstym problemem. Po obrocie tabletkarki nadmiar proszku trafia z powrotem do podajnika co powoduje jego ponowne mieszanie za pomocą podajników łopatkowych. Taka sytuacja jest spowodowana niewłaściwym doborem rozmiaru krzywki napełniającej i aby zminimalizować to ryzyko należy wybrać rozmiar krzywki dostosowany do liczby końcówek stempli wielokrotnych.
4. Krzywka opuszczająca
   Bezpośrednio za krzywką napełniająca znajduje się zgarniak albo krzywka obniżająca. Obydwie są zaprojektowane tak, aby utrzymać proszek w otworze matrycy przed obniżeniem stempla górnego. W przypadku stosowania stempli wielokrotnych konieczne jest użycie zmodyfikowanej krzywki obniżającej tak aby końcówki stempla dolnego zawsze pozostały w matrycy (dotyczy to podcięcia w matrycy). Odnosi się to również do krzywki napełniającej.
5. Kompresja wstępna
   Wstępna kompresja to etap odpowietrzania. Umożliwia to usunięcie powietrza i wstępną konsolidację cząstek, co wspomaga w główną kompresję. W przypadku stosowania stempli wielokrotnych korzystne będzie zastosowanie wstępnej kompresji, która może być wypadkową ustawionych parametrów tabletkarki i samego użycia narzędzi wielokrotnych. Przy zwiększonej liczbie produkowanych tabletek prędkość prasy musi zostać zmniejszona co jednocześnie zwiększy czas nacisku i całkowity czas kompresji prawdopodobnie eliminując potrzebę wstępnego nacisku.
6. Kompresja główna
   Końcowa siła kompresji w tabletkarce rotacyjnej jest wypadkową ilości proszku w otworze matrycy oraz odległością pomiędzy górnym i dolnym stemplem. Zakładając, że rolka kompresji i stemple mieszczą się w tolerancji długości roboczej, uzyskana siła kompresji będzie podobna dla każdej stacji rotora, jeśli proszek będzie równomiernie wypełniony. Szczególnie ważne jest, aby długości robocze stempli wielokrotnych mieściły się w granicach tolerancji, ponieważ w ich przypadku, nie wiadomo która końcówka powoduje problem.

STUDIUM PRZYPADKU
Przeprowadzono serię eksperymentów w celu zbadania siły kompresji wywieranej przez narzędzia z jednym tipem, dwoma i czterema tipami dla tabletki okrągłej o średnicy 6,35 mm. Do badania zastosowano mieszankę do bezpośredniego kompresowania składającą się z 25% wag. APAP i 74,5% SMCC 50 z 0,5% stearynianu magnezu. Badanie profilu zagęszczania przeprowadzono na tabletkarce rotacyjnej przy prędkości obrotowej 25 obr./min. Tabletki pobierano przy różnych poziomach siły dla każdej konfiguracji narzędzi. Otrzymane tabletki zmierzono pod względem grubości, masy i twardości.

Rysunek 1 przedstawia profil zagęszczania dla trzech rodzajów narzędzi. Oczywistym jest, że siła kompresji narzędzia wielokrotnego
musi wzrosnąć, aby osiągnąć tę samą twardość, w miarę zwiększania się liczby tipów. Można by pomyśleć, że skoro powierzchnia stempla uległa podwojeniu, to do osiągnięcia takiej samej twardości tabletki potrzeba dwukrotnie większej siły co nie jest prawdą i widoczne jest to na Rysunku 2.

Rysunek 3 przedstawia profil zagęszczenia znormalizowany dla geometrii tabletki i powierzchni końcówki stempla. Daje to przejrzysty
obraz wytrzymałości tabletek przy zastosowaniu różnych ciśnień kompresji.

Jeżeli w rzeczywistości siła kompresji zostanie podwojona przy dwukrotnym zwiększeniu się tipów, wówczas wykresy nałożą się na siebie. Przy tym samym ciśnieniu zagęszczania konfiguracja stempla z dwoma tipami spowoduje wzrost wytrzymałości tabletki o 19%. Narzędzia z czterema końcówkami spowodują kolejny wzrost o tę samą wartość. W tym przypadku zastosowana siła kompresji będzie mniejsza niż dwukrotnie, dla tej samej twardości tabletki.

WYPYCHANIE TABLETEK Z MATRYCY
Po kompresji tabletki krzywka wypychająca uniesie dolny stempel w górę, aby wypchnąć tabletkę. Siła wyrzutu jest kombinacją współczynnika tarcia pomiędzy powierzchnią boczną tabletki a ścianką matrycy. Zbyt duża siła wyrzutu spowoduje przedwczesne
zużycie dolnych stempli i krzywek oraz może spowodować widoczne prążki na ściankach bocznych tabletki. Stemple wielokrotne zwiększają powierzchnię tarcia z uwagi na większą ilość produkowanych tabletek. To z natury zwiększa poziom siły wyrzutu i prawdopodobieństwo wystąpienia wyżej wymienionych problemów. Typowymi sposobami, które mogą pomóc zmniejszyć siły wyrzutu są:

• zwiększenie zawartości sproszkowanego
  środka smarnego w produkcie
  (tj. stearynianu magnezu),
• zastosowanie matryc z wejściami jedno lub dwustronnymi
  i matryc z wkładkami z różnych materiałów (węglik lub ceramika).
  

JAKI WPŁYW MAJĄ STEMPLE WIELOKROTNE NA SIŁĘ WYPYCHANIA?
Jak wspomniano wcześniej, w miarę zwiększania się liczby tipów stempla zwiększa się także liczba wyrzucanych tabletek co może
się przełożyć na wzrost siły wypychania. Jeśli powierzchnia kontaktu narzędzi zostanie podwojona, można założyć, że siła również zostanie podwojona. Wyniki przedstawiono na rysunku 4.

Wyniki wyraźnie wskazują znaczny wzrost siły wyrzutu wraz ze zwiększaniem liczby tipów, jednak nie jest on podwojony ani liniowy.
Właściwości produktu odgrywają główną rolę w siłach wypychania. Gdy smarowanie jest zbyt duże to siła wyrzutu nie zwiększy się wraz
ze wzrostem siły kompresji a dodatkowo jest zmniejszone tarcie. Omawiane zagadnienie jest idealnym przykładem do badań przez
działy R&D w celu optymalizacji ilości środka smarnego w produkcie. Niższe poziomy środka smarnego mogą zmniejszyć problem
wieczkowania, poprawić wytrzymałość tabletek oraz czas rozpadu czy rozpuszczenia.

KOŃCOWY ETAP – ZGARNIANIE TABLETEK
Ostatnim krokiem w tabletkarce rotacyjnej jest usunięcie tabletki z powierzchni stempla dolnego. Typowymi wyzwaniami związanymi z wyjmowaniem tabletki są problemy z ich przyklejaniem się. Dostępnych jest wiele technik rozwiązywania tych problemów takich jak dobór właściwego składu stali, odpowiedniej powłoki stempla i optymalizacja czaszy w tym grawera. W przypadku narzędzi wielokrotnych szczególne znaczenie ma całkowita długość stempla. Większość tabletkarek jest zaprojektowana w taki sposób, że dolna końcówka stempla jest spasowana na płasko z górną częścią matrycy, co zapewnia płynny proces usuwania tabletek.
Niektóre maszyny produkujące tabletki są zaprojektowane tak, aby tipy dolnego stempla wystawały na 0,5 mm lub więcej. Jeśli całkowite długości w zestawie stempli nie są spójne, w procesie usuwania tabletek mogą wystąpić problemy, ponieważ może wystąpić
ryzyko uszkodzenia zgarniacza lub nawet przedniej krawędzi podajnika. Jeśli końcówka stempla znajdzie się nieco poniżej powierzchni
stołu matrycy, tabletka może pęknąć na zgarniaczu. W przypadku stempli wielokrotnych bardzo ważne jest dokładne ustawienie wysokości tipów względem poziomu matrycy aby tabletki bezpiecznie zostały usunięte z otworów matrycowych.

WNIOSEK
Badanie dostarcza wiele intrygujących informacji na temat sił kompresji w przypadku narzędzi wielokrotnych. Producenci tabletek często dążą do obniżenia kosztów i zwiększenia produktywności wtedy problemem może być zużycie tabletkarek i ich oprzyrządowania. Dzięki możliwości zmniejszenia sił kompresji niezbędnych do wyprodukowania tabletek wysokiej jakości, przeciwnicy stempli wielokrotnych mogą mieć o jeden powód do zmartwień mniej. Pełne zrozumienie dostępnych opcji i ich wpływu na tabletkarkę rotacyjną jest kluczem do udanej produkcji. Jeśli zastanawiasz się nad stemplami wielokrotnymi, koniecznie nawiąż współpracę z renomowanym producentem narzędzi, aby omówić wszystkie opcje i określić, które rozwiązania będą najlepsze dla Twojej firmy.