Прочность таблеток

Прочность таблетки характеризуется усилием, которое необходимо затратить на деформацию, и в зависимости от вида деформации, выражается как прочность на раздавливание, излом или истирание. В области малых давлений прессования прочность линейно зависит от логарифма усилий прессования, при высоких давлениях эта зависимость отклоняется от линейной.

Прочность определяется упруго-пластичными свойствами прессуемой смеси и ее увеличение в результате повышения давления прессования может привести к ухудшению распадаемости или растворения таблеток.

В то же время прочность обеспечивает способность таблеток к дальнейшим операциям, поэтому таблетки различных размеров должны иметь различное значение прочности для фасовки и для покрытия оболочками (табл. 1).

Таблица 1

Значения прочности для таблеток различного диаметра

Прочность таблеток существенна и для сохранения их целостности при фасовке, транспортировке и хранении.

На современных машинах для упаковки и отсчета таблеток, вследствие создаваемою давления или вибрации, недостаточно прочные края таблеток могут разрушаться, что приводит к ухудшению их товарного вида, частичной потере заданной дозировки, следовательно, к браку. Прочность таблетки зависит от свойств действующих и вспомогательных веществ, способа гранулирования, давления прессования и формы. Так, таблетки выпуклой формы или плоские с фаской значительно прочнее таблеток плоской формы. В последних, из-за остроты края, деформация наблюдается значительно чаще.

Теоретические основы прессования

Прочность таблеток, как уже отмечалось, обусловлена количеством и прочностью контактов между частицами в таблетке. Предложены три теории для описания связи между частицами.

По МЕХАНИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ частицы вследствие эластической, пластической и хрупкой деформации увеличивают взаимную поверхность контактов, что приводит к увеличению прочности. По этой теории, в результате приложенного давления, частицы сдвигаются, скользят относительно друг друга, что приводит к взаимным переплетениям, зацеплениям; при этом энергия давления распределяется на три составляющих: энергию деформации, нагрева и адсорбции. Влияние механического сцепления частиц на прочность таблетки подтверждено экспериментами, в которых показано, что чем сложнее поверхность частиц, тем прочнее таблетка.

Но все же эта теория не дает полного представления о механизме образования связей в фармацевтических композициях.

По ТЕОРИИ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ СИЛ при прессовании в точках контактов между частицами возникают межмолекулярные силы, вследствие остаточной энергии на поверхности частиц.

Под влиянием давления прессования происходит сближение частиц и создаются условия для проявления сил межмолекулярного и электростатического взаимодействия. Например, ацетилсалициловая кислота, благодаря наличию водородных связей ОН-групп на поверхности кристаллов, прессуется при малых давлениях и образует таблетки с высокой прочностью, несмотря на то, что кристаллы имеют большую эластичность и большие значения энергии фрагментации. Большинство лекарственных порошков имеют кристаллическую структуру, каждому типу которой соответствует свой уровень потенциальной энергии связи, от чего в основном и зависит прочность таблетки. Потенциальная энергия этих связей различна и изменяется от единицы до сотен кДж/моль. Силы межмолекулярного взаимодействия проявляются при сближении частиц на расстояние около 10^-6-10^-7 см. Величина этих сил пропорциональна поверхности контакта, суммарная площадь контакта реальных твердых тел даже при сравнительно высоких величинах давления не превышает 1% от номинальной. Кроме силы мсжмолекулярного взаимодействия, при технологической обработке таблеточной массы (измельчение, просеивание, таблетирование и т.д.) «следствие трения происходит поляризация и возникновение на поверхности частиц поверхностных зарядов. На границе возникает контактная разность потенциалов, с повышением которой увеличиваются силы сцепления. На некоторых таблетках поверхностный заряд может достигать до 20 В.

По КАПИЛЛЯРНО-КОЛЛОИДНОЙ ТЕОРИИ (теории П.А.Ребиндера) наличие в капиллярах сорбированных и молекулярных пленок воды обуславливает более высокую пластичность. Они играют роль поверхностной смазки и увеличивают подвижность частиц при прессовании, а также расплавление частиц в точках контакта при нагревании. При прессовании происходит относительно небольшое повышение температуры (порядка 10-20°С), недостаточное для плавления порошка; присутствие же молекулярных пленок воды делает эту энергию достаточной для образования расплавов в точках контактов. Связь между температурой плавления и давлением прессования может быть объяснена термодинамическими свойствами твердого и жидкого состояния.

Так как объем жидкой фазы меньше, чем твердой, а удельная теплота плавления твердых веществ положительна, в точках контакта происходит значительное уменьшение температуры плавления. По данным литературы, поверхность точек контакта составляет в ряде случаев до 0,1%- Таким образом, плавление всей поверхности таблеток и последующая кристаллизация в точках контактов оказывают большое влияние на прочность таблеток. Поэтому прессуемость порошков, содержащих низкоплавкие, скользящие и смазывающие вещества, увеличивается.

Капиллярно-коллоидная теория объясняет и влияние остаточной влаги прессуемого материала на прочность таблеток. При прессовании происходит значительное уменьшение диаметров и длин капилляров в таблетке; имеющаяся в них вода, при содержании ее в оптимальных количествах, образует тонкую равномерную, пленку, что увеличивает действие молекулярных сил сцепления. При содержании воды в больших количествах проявляется пластифицирующее действие влаги, приводящее к уменьшению прочности. Определенный вклад в теоретические вопросы прессования вносят экспериментальные и теоретические исследования, связанные с соединением различных материалов в твердой фазе ("холодная сварка").

Механизм соединения материалов в твердой фазе рассматривают протекающим в три основные стадии:

- образование физического контакта;

- активизация контактных поверхностей;

- развитие объемного взаимодействия.

Образование физического контакта происходит при сближении атомов соединяемых материалов на расстояние, при котором проявляются ван-дер-ваальсовы силы или слабое химическое взаимодействие. Активизация контактных поверхностей происходит при деформации, обусловленной пластическими свойствами частиц более твердого материала. Объемное взаимодействие наступает с момента образования активных центров. При этом оно происходит в местах физического контакта с образованием прочных химических связей. В этой стадии могут иметь место и активные диффузионные процессы.

Во всех случаях основными параметрами процесса холодной сварки являются давление, температура и длительность взаимодействия. В связи с этим считают механизм взаимодействия частиц при прессовании порошков адекватным механизму взаимодействия частиц при холодной сварке в твердой фазе.