Объяснение в тексте.

Исследованиями установлено, что характер уплотнения гранул и частиц порошков при прессовании зависит от их прочности. Так, уплотнение гранул сульфадимезина (величина разрушающих усилий равна 5,7 Н) происходит в основном за счет деформации, определяемой упругими и пластическими свойствами материала. При давлении свыше ТОО мПа гранула, не разрушаясь, заполняет все свободное пространство около себя и образует непрерывную контактную поверхность с соседними гранулами. При давлении прессования свыше 200 мПа происходит объемное сжатие гранул. Форма гранул при этом изменяется незначительно, несколько уменьшаются их размеры.

Иной характер уплотнения при прессовании гранул пнперазина и уросала - смесь гексаметилентет-рамина и фенилсалицилата (величина разрушающих усилий гранул равна 3,9 и 1,2 Н соответственно).

До величины давления, равной 150-160 мПа, процесс уплотнения гранул пиперазина идет за счет деформации, обусловленной упругими и пластическими свойствами материала, и частичного разрушения гранул, свыше 160 мПа - разрушается большинство гранул. При прессовании уросала уже при давлении около 60-80мПа начинается процесс интенсивного разрушения гранул.

Таблетирование лекарственных веществ обычно происходит при величинах давления, равных 25 - 250 мПа; более высокое давление применяют крайне редко. На рис. 9.20 показана зависимость относительного уплотнения от давления прессования, представленная двумя кривыми: АБ - кривая прессования; БВ - кривая снятия давления. После снятия давления происходит некоторое расширение таблетки, обусловленное упругостью материала

Рис. 9.20. Кривая зависимости относительного уплотнения от давления прессования.

АБ - прессование; ББ - снятие давления; АБ₁ - предварительное уплотнение (стадия 1);

Б₁Б₂ - упругопластическая деформация (стадия 2), Б₂Б - сжатие (стадия 3).

.

Какие же силы обеспечивают сцепление частиц при таблетировании? Существует несколько гипотез, объясняющих механизм превращения сыпучего материала, состоящего из отдельных, не связанных между собой частиц, в твердое тело - таблетку.

Под влиянием давления прессования происходит сближение частиц и создаются условия для проявления сил межмолекулярного и электростатического взаимодействия. Большинство лекарственных порошков имеет 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 килоджоулей на моль. Силы межмолекулярного взаимодействия проявляются при сближении частиц на расстояние около 10^-6-10^-7 см. Величина этих сил пропорциональна поверхности контакта, а поскольку суммарная площадь контакта реальных твердых тел даже при сравнительно высоких величинах давления не превышает 1% от номинальной, то в связи с этим возможны другие гипотезы о механизме прессования.

Прочный контакт может образоваться в- результате механического зацепления частиц или их вклинивания в межчастичные пространства. Влияние механического сцепления частиц на прочность таблетки подтверждено экспериментами, в которых показано, что чем сложнее поверхность частиц, тем прочнее спрессованная таблетка.

Образование контактов может происходить в результате сплавления под давлением - свойства ряда веществ плавиться под действием давления при пониженной температуре. Таким свойством обладает фенилсалицилат, гексаметилентетрамин, бромкамфора, натрия хлорид и ряд других соединений. При развитии давления в процессе прессования частицы этих веществ сплавляются в точках наибольшего сжатия, а при весьма высоких величинах давления могут образовывать прочный поликристаллический агрегат, который, как правило, долго не распадается в жидкой среде.

Существенное влияние на процесс прессования оказывает влага, находящаяся в прессуемом материале. С увеличением влажности гранул (порошка) ухудшаются сыпучесть и точность дозы. Уменьшение влажности до критического значения (значительно меньшее оптимальной влажности, необходимой при таблетировании) может снизить прессуемость порошков. В соответствии с теорией П.А.Ребиндера силы межчастичного взаимодействия определяются наличием жидких фаз на поверхности твердых частиц. В гидрофильных веществах адсорбционная вода с толщиной пленки до 3 мкм является плотной и прочно связанной. Она не может свободно перемещаться и не ослабляет ван-дер-ваальсовы силы молекулярного или ионного притяжения. При увеличении влажности и образовании более толстого слоя ван-дер-ваальсовы силы уменьшаются, а вместе с ними уменьшается механическая прочность таблетки.

Таблетки обладают наибольшей прочностью при оптимальном количестве остаточной влаги, которая соответствует влаге, связанной с материалом адсорбционными силами с образованием полимолекулярных связей. Возникновению контактов способствуют связывающие вещества. Частицы более подвижного связывающего вещества, деформируясь при меньшем давлении, заполняют пространство между частицами прессуемого вещества.

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-вааль-совы силы или слабое химическое взаимодействие. Активация 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 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.

Длительность процесса прессования лекарственных порошков на роторных машинах даже при средних частотах вращения ротора {30-40 об/мин) составляет в лучшем случае десятые доли секунды. Таким образом, характер уплотнения порошков во многом может быть подобен таковому при сварке взрывом.