粉碎与筛分(片剂进阶)

﹡李绍安﹡广东﹡ 《片剂基础知识》 《片剂进阶》 粉碎与筛分

PARTICLE SIZE REDUCTION/SEPARATION

通常药粉是多分散的，如含有不同大小的颗粒，多分散性使得药物的制剂生产困难。单一大小的颗粒（即颗粒大小相等）用于制剂是最理想的。实际上粒径分布很窄的粉末也可以避免生产过程中的困难。粉碎并不足于形成单一粒径或粒径分布很窄的粉末。因此粉碎和筛分结合才能达到目的。许多的工业需要靠粉碎来提高功效和满足要求。化工、食品、制药、矿业都要用到粉碎。如粉碎塑料以便回收处理、从矿石中提取有价值的成份，从谷物中分离纤维、提高药物的生物利用度等。有许多粉碎设备，依一定的经验来处理特定的物料，然后将这些物料作其它用途。

一、定义

粉碎（Particle Size Reduction）：用机械的方法靠一种或多种机理将颗粒变成小片。所有的机械方法通常指磨。

颗粒（Particle）：指单独的结晶或通常称为团结的多个结晶的组合。

筛分（Particle Separation）：按颗粒的大小进行分类。

二、粉碎的机理：

粉碎是不同应力作用的结果。不同的应力作用于颗粒，颗粒就会产生形变，应力与形变的关系见图1。

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图1 应力与形变

图1中开始的线性部分由Hookers 定律定义，应力与形变成正比。线性部分的斜率代表杨氏模量。用刚度或软度表示，单位为MPa 。 如果应力没有超过弹性形变的限度 (Hooke 定律区域), 物料就可以复原。当应力消去时，颗粒变为原来的形状。弹性形变限度也称为yield point 。作用于形变颗粒的应力的能量转为热。塑料是最好的例子。当应力达到yield point 时应力-形变曲线不再呈线性。 超过了yield point 就会产生不可逆的塑性形变。曲线下面积代表断裂韧度（fracture toughness 或or modulus of toughness). 这是物料冲击强度的近似测量。当作用力超过弹性限度时，颗粒就会断裂。

常见的粉碎模式如下：

表1 粉碎的模式

冲击（Impact）：外力瞬间作用于颗粒/团块的表面而粉碎。外力来源于颗粒与颗粒或颗粒与磨之间的碰撞。

摩擦（Attrition）：外力平行作用于颗粒的表面。

挤压（Compression）：外力向颗粒中心方向缓慢（与冲击相比）作用于颗粒的表面。

剪切：向物料施加剪裁切力。

粉碎过程适用的理论如下：

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粉碎的过程

大颗粒因为断裂或磨控形成小颗粒

– 小的裂隙

– 颗粒越小所需的能量越多

断裂

磨擦

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粉碎与表面能

三、粉碎常用的设备

1、设备原理

a. 流能磨（Fluid Energy Milling）

由于颗粒与颗粒之间的高速碰撞与磨擦而粉碎。也称为微粉化（micronizing）。

b. 冲击磨（Impact Milling）

受高速机械冲击或其它颗粒的高速冲击而粉碎。也称为milling, pulverizing, 或Comminuting。

c.剪切Cutting

靠机械切而粉碎。

d. 挤压磨（Compression Milling）

告两个表面的挤压和过筛而粉碎。

e. 过筛（Screening）

靠过筛时的磨擦而粉碎。也称为milling或deagglomeration。

f. 滚转磨（Tumble Milling）

由于研磨介质的磨擦而粉碎。

g. 筛分（Separating）

仅靠颗粒的大小分离而不存在明显的粉碎。也称为screening或bolting。

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B. 设备的分类

1. 流能磨

按转动部分和腔室的外形、管嘴、分类器进行细分。Tangential Jet

Loop/Oval

Opposed Jet

Opposed Jet with Dynamic Classifier

Fluidized Bed

Fixed Target

Moving Target

2. 冲击磨

按研磨头的外形、研磨衬板、分类器进行细分。Hammer Air Swept

Hammer Conventional

Pin/Disc

Cage

3. 剪切磨

尽管所用的刀不同、外观各不相同，剪切磨没有分类。4. 挤压磨

尽管挤压磨有一个面运动和两个面运动的，但没有分类。

5. 过筛磨

按转动部件的不同进行分类。

Rotating Impeller

Rotating Screen

Oscillating

6. 滚转磨

按研磨介质及磨是否振动进行分类。

Ball Media

Rod Media

Vibrating

7. 筛分器（Separators）

按致使颗粒运动的机械方式分类。

Vibratory/Shaker

Centrifugal

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