Новости

Измельчение

 

Процесс уменьшения размера частиц материала, приводящий к увеличению удельной поверхности измельчаемого вещества, называется измельчением, или дроблением. В фармацевтической технологии процесс измельчения применяется в следующих случаях:

1) при получении товарного продукта - порошки, сборы, присыпки; 2) для обеспечения проведения основного процесса (экстракции, растворения, грануляции). В этом случае измельчение является вспомогательным процессом.

При практическом осуществлении процесса измельчения необходимо знать, до какой степени следует измельчать лекарственное вещество.

Степенью измельчения называют отношение размера наиболее крупных кусков измельченного материала до измельчения к размерам наиболее крупных кусков материала после измельчения:

i =dn/dk

где dn - размер куска материала до измельчения; dK - размер куска материала после измельчения.

В зависимости от величины степени измельчения i различают следующие виды измельчения (дробления):

крупное 2-6

среднее 6-10

мелкое 10-50

тонкое 50-100

сверхтонкое 100-10 000 (1-100 нм)

Сверхтонкое измельчение приводит к получению коллоидных частиц. Выбор машины для измельчения определяется по ГФХ (статья №857) свойствами измельчаемых веществ и требуемой степенью измельчения.

В фармацевтической практике приходится иметь дело с двумя группами веществ:

1)   аморфными - переохлажденные жидкости - стекло, смолы, полимеры (их иногда выделяют в особую группу твердых веществ);

2)   твердыми кристаллическими.

Аморфные вещества (amorphus - бесформенный) характеризуются изотропией свойств, т. е. физические свойства данного вещества (упругость, теплопроводность, прочность п др.) распространяются одинаково по всем направлениям. Это означает, что при измельчении аморфное тело будет распадаться по самым разнообразным непредвиденным направлениям (неправильный излом). Если аморфное тело охладить, то оно будет образовывать ложнокристаллическую структуру и станет более хрупким. Измельчать его будет легче.

Вообще силы сцепления между элементарными частицами аморфных тел невелики и аморфные вещества легко измельчаются (смолы, полимеры, аморфный кремний, вольфрам и т. д.).

Кристаллические вещества характеризуются наличием кристаллической структуры. Кристаллы этой структуры могут быть самыми разнообразными по форме (в настоящее время различают 14 кристаллографических типов решеток). По характеру взаимодействия между частицами могут быть атомные, ионные и молекулярные решетки.

Кристаллические тела в отличие от аморфных отличаются анизотропией свойств - физические свойства кристалла неодинаковы по различным направлениям. Прежде всего это относится к механической прочности кристалла: кристаллы легче всего раскалываются по определенным плоскостям.

Цель измельчения кристаллических веществ заключается в разрушении кристаллической решетки, переводе тела в мелкодисперсное состояние.

Для того чтобы быстро и с наименьшими затратами энергии провести измельчение кристаллических тел, необходимо знать строение и тип кристаллической решетки измельчаемого вещества.

К задачам измельчения относятся: 1) уменьшение расстояния между элементарными частицами и увеличение удельной поверхности вещества; 2)  получение веществ с несколько измененными свойствами, в том числе и физико-химическими. Измельченные вещества лучше растворяются, быстрее и полнее участвуют в химических реакциях и т. д. Это объясняется как увеличением удельной поверхности вещества, так и обнажением большого числа чистых поверхностей и образованием свободных радикалов. Например, при измельчении силикагеля происходит разрыв связей по поверхности кристаллов, обнажаются чистые поверхности, увеличивается удельная поверхность, что приводит к увеличению адсорбционной способности.

Различают два основных вида измельчения в зависимости от характера прилагаемой силы и свойств тела: 1) объемное дробление; 2) поверхностное дробление.

Объемное дробление. Сила при этом типе измельчения, вызывающая разрушение тела, приложена перпендикулярно к дробимому телу. Различают следующие виды объемного дробления: раздавливание, раскалывание, стесненный и свободный удары. Процесс объемного дробления складывается из нескольких стадий: 1) стадии упругой деформации; 2) стадии пластичной деформации; 3) собственно дробления.

На стадии упругой деформации тело под влиянием приложенной силы подвергается деформации сжатия (т. е. сближения элементарных частиц по горизонтали и вертикали),. при этом размеры тела уменьшаются. При сближении элементарных частиц возрастают силы упругости, возникающие вследствие увеличения силы взаимного отталкивания. Эти силы упругости, противодействуя силам деформации, подчиняются закону Гука, согласно которому напряжение деформированного тела пропорционально относительной деформации. Из этого закона следует, что чем больше деформация, тем больше напряжение тела.

Если на этой стадии дальнейшее приложение сил прекратить, то сжатое тело приобретает первоначальную форму (отсюда понятие - обратимая, упругая деформация). Тело возвращается к первоначальной форме потому, что действие сил упругости направлено на восстановление его первоначальной формы.

При несколько больших напряжениях, превышающих предел упругости, тело теряет упругие свойства и начинает деформироваться (каждому телу присущ определенный предел упругости). Начало процесса деформации тела знаменует начало второй стадии измельчения - стадии пластичной деформац и и. Происходящая на данной стадии потеря упругих свойств телом выражается в изменении его формы. При напряжениях, превышающих предел упругости, возникают так называемые остаточные деформации. По деформация пластична, и тело еще не разрушается. Если снять приложенную силу, то тело сохранит целостность новой формы. Стадия заканчивается по достижении напряжения, равного пределу прочности тела. Если продолжать воздействие силы на тело, то оно начинает разрушаться. Наступает последняя стадия процесса измельчения - стадия собственно дробления. Она характеризуется тем, что для данного тела при повышении предела его прочности целостность кристаллической решетки тела нарушается.

В теле (кристаллах) появляются микротрещины по плоскостям спайки в кристалле, т. е. по плоскостям наименьшей прочности, после чего наступает его разрушение.

От прочности тела в огромной степени зависит количество энергии, которое затрачивается на это дробление.

Поверхностное дробление основано на деформации сдвига в случае, когда к телу приложены две силы: 1) перпендикулярно к поверхности тела и 2) тангенциально (по касательной к поверхности тела - параллельно его плоскости).

При таких условиях происходит перекос и срыв тонких пластин (слоев) с поверхности тела (отсюда и термин «поверхностное дробление»). В этом случае стадии измельчения те же, что и при объемном дроблении (упругая и пластичная деформация и собственно дробление). Продукт при таком типе измельчения состоит из более мелких частиц.

В реальных условиях имеет место сочетание поверхностного и объемного дробления - продукт измельчения при этом будет состоять из частиц разного размера (крупных и мелких). Если необходим продукт с частицами определенного размера, то измельченный материал подвергают ситовой классификации, т. е. просеиванию.



28.06.2015