1 AGGLOMERATIE PROCESSEN
THEORETISCHE ACHTERGROND EN MECHANISMEN VAN GRANULATIE
Granulatie = verzameling van deeltjes die gecombineerd worden zodanig dat een groter
deeltje onstaat = agglomeraat → individuele deeltjes ga je wel nog altijd kunnen zien
Veelgebruikt in: fertilizer industrie, voedingsindurstrie, farmaceutische industrie
(capsules/tabletten)
Redenen voor granulatie:
1 Vloeieigenschappen gaan enorm verbeteren
→ want meer sferische deeltjes worden gemaakt!!
→ verbeteren want allemaal verschillende vormen gaven moeilijke vervloeiing
→ Beter tabletteren!
2 Ontmenging tendens verminderen
→ Normaal: Ifv tijd, krachten zoals trillingen: willen we niet → indien met dit mengsel
verder werken: geeft verschillende dosissen
→ Indien met fysische bindingen aan elkaar dan kan er geen ontmenging optreden
3 verbetering van compressie/compactie eigenschappen
Compressie = reductie van het volume
Compactie = binding vormen tussen individuele deeltjes
→ Binding zit aan de binnen en buitenkant = verbetering compactie
Andere voordelen
- Vergroting densiteit: lucht tussen deeltjes verminderd dus densiteit verhoogt
- Alle materialen goed verdelen! = belangrijk wanneer je 1 stof hebt van de 4 die in
lage dosis aanwezig is → moeilijk dus om homogeen te worden: geldt voor laag
gedoseerde stoffen en kleurstoffen
- Minder productie van stof: niet onderschatten → stof gaat zorgen voor
crosscontaminatie
- Binders gebruiken= hydrofiele polymeren welke de granules een meer hydrofiel
karaketer geven = meer bevochtigbaar + beter uiteenvallen
Rode vierkantjes = actief deel
Groen = desintegrans
Geel = bevochtiger
Blauw = vulmiddel
→ Kunnen voorkomen als poederdeeltjes → algemeen
gaat het over 100 micrometer: kristalletjes
(poederdeeltjes)
→ Mengen zodanig dat als je een hoeveelheid er uit
neemt: van elk deeltje evenveel = homogeen
mengsel
1
,Als de poederdeeltjes niet allemaal even groot zijn
Met mechanische krachten inwerken op deze deeltjes → leiden tot ontmenging:
mogelijkheid om dit tegen te gaan = granuleren
Afzonderlijke granulen zijn nog altijd opgedeeld in verschillende deeltjes welke fysische
bindingen bevatten
Granulaat = verschillende deeltjes welke opgebouwd zijn uit andere deeltjes welke je nog
altijd ziet → individuele deeltjes zijn dus nog altijd zichtbaar
Tablettering:
Verzameling van stempels: telkens een bovenstempel, onderstempel en
matrijs (rechtsonder weergegeven = die)
In de hopper shoe wordt het materiaal geplaatst dat getabletteerd wordt
→ in de matrijs wordt steeds dezelfde hoeveelheid granulaat ingebracht
Bovenstempel gaat naar beneden
Onderstempel naar boven bewegen → dit duwt het tablet uit de matrijs
Indien het poeder niet goed gaat vloeien gaat de matrijs niet steeds met
dezelfde hoeveelheid gevuld worden → tabletten niet dezelfde massa en
dus niet dezelfde eigenschappen
Nadelen
- Complexiteit van het proces
- Juiste materialen die hiervoor nodig zijn = duur → maar eigenlijk is alles duur!
- Stabiliteitsproblemen voor sommige API: Bij toevoegen van binder voeg je ook een
vloeistof toe → meestal water → welke je terug gaat moeten verwijderen mbv
warmte → kan leiden tot stabiliteitsproblemen OF kan leiden tot omzetting naar een
andere kristalvorming
- Verlies van materiaal (maar zal ook bij andere processen zijn)
Types van granulatie processen
- Vandaag de dag meest belangrijke granulatieproces= natte granulatie (mbv water) →
oplossing waar binder is in opgelost → achteraf drogen
- Droge granulatie = droge compactie → poeders onder hoge druk brengen en ze dan
compacter maken en malen/openbreken
- Andere minder gebruikt: smeltgranulatie, smelt pelletisatie
General mechanisms of dry powder agglomeration
1 electrostatische interacties
- Als de vochtigheid laag is in de atmosfeer → bij aanraken van oppervlak = vonk
- Deeltjes die een opp hebben waar ladingen aanwezig zijn → ontstaan dus tussen
deeltjes met geladen opp
- Doordat er functionele groepen aanwezig zijn die geïoniseerd zijn → positieve en
negatieve ladingen trekken elkaar dan aan → kracht die hiermee gepaard gaat wordt:
q1q2
F=
4pe 0 r 2
2
, - Bij processen van poeders: als je deze gaat mengen en in beweging gaan komen →
botsen → ladingstransfer kan gebeuren = triboelektrostatische ladingstransfers →
elektronen worden getransfereerd welke ontstaan tijdens het interageren
- Aanwezigheid van water halpt bij de ladingsverdeling
- Naargelang opp groter of kleiner is andere ladingsverdeling
- de vochtigheid groter is in de winter ga je minder die ontladingen zien omdat
de vochtigheid lager is is in de zomer
- Mengtoestellen: ervoor zorgen dat vochtigheid hoog genoeg is
- Belangrijk is hierbij de vorm
- Deeltjes en kristallen die in beweging zijn hebben deze transfers
2 moleculaire interacties
- Interacties die minder sterk zijn dan elektrostatische interacties
- VDW, dipool-dipool, geïnduceeerde dipool interacties
- Ion-dipoolinteracties
- Oriëntatie van partikels
- Zwakke krachten? => oppervlakteladingen
- Zijn het idd wel zwakke krachten? Ze werken op korte afstanden → het hangt
af van hoeveel van die krachten spelen en hoe groot het opp is → indien heel
groot opp dan is er een accumulatie van al deze krachtjes die dan wel relevant
worden
- Bv Gekko: diertjes kunnen op de muren lopen zelfs als dat heel glad is →
oorspronkelijk dacht men dat er haakjes waren in de pootjes → onderzocht
en pootjes bestaan uit allemaal kleine oppervlakjes waartussen dus die
krachten gaan ontstaan
3 Immobile vloeistoffilms
- Als er aan deeltjes een immobiel waterlaagje wordt gevormd
- Oppervlak met NH2 of COOH = polaire groepen → gaan water binden → kunnen
waterstofbruggen vormen met water dat in de omgeving is → zulke deeltjes hebben
aan de buitenkant nog eens bruggen vormen met het ander deeltje via bruggen
- Water dat bindt aan de deeljtes zijn gebonden water welke andere eigenschappen
hebben dan bulkwater
- Immobiel: dit mechanisme is niet heel sterk → deeljtes
makkelijk terug uit elkaar
4 Capillary forces
- !! Belangrijk mechanisme
- Mobiel water ! Hier meer water nodig dan in vorige situatie
- Deeltjes met een voldoende hydrofiel opp → voldoende contact
tussen deeltjes → meniscus die gevormd wordt
- De afstand moet klein genoeg zijn → daar kunnen deze krachten
onstaan
- Je krijgt bruggen tussen deeljtes die opgevuld zijn met water
- Ontwikkelen van de Laplace druk :
3
, 2g
Dp =
r
- Over de interfase gaat er een drukverschil ontstaan → druk in vloeistof laag gaat
lager zijn
- Je krijgt dus een aanzuigefffect door de brug = delta p
o Welke wordt gegeven door 2y/r
o R = cirkel die bij meniscus hoort → straal is afhankelijk van de kromming
o Y = oppervlaktespannig → indien deze wordt verandert →lapalace druk
verandert mee
- Capillaire krachten → de porie die gevormd wordt = capillair en dus heel kelin →
water zal spontaan in deze ruimte terecht komen
5 Formatie van vaste bruggen
- Smelten/ koelen aan het oppervlak
o 2 kristallen tegen elkaar → fysisch contact: mechanische kracht aanwezig die
zodanig is en kort werkt → dat op de plaats van contact een T stijging is dat je
boven het smeltpunt komt
o Dit gebeurt bv bij tabletteren: grote mechanische kracht → hoge T gedurende
korte tijd → boven smeltpunt → bij koelen en door stollen blijven deeltjes
tegen elkaar plakken => op bepaalde plaatsen hoge T leidt tot dit gevolg
o Allemaal vorming van vaste bruggen: gevormd door materiaal
- Kristallisatie van opgeloste stoffen
o Deeltjes kunnen kort op elkaar komen: vloeistof aanwezig: water bv → deel
van oppervlak lost op (weinig) → bij verwijderen van water = kristallisatie =
bruggen tussen deeltjes die eerst niet in contact stonden maar nu door die
bruggen dus wel
- Uitharden van binders!!
o Voor granulatie is dit het belangrijkste
o Binder en het water verdampt → vormen bruggen en deeltjes blijven
vasthangen
6 mechanische vasthouden van deeltjes
- deeltjes kunnen door hun vorm verhinderd worden om te vloeien
- Minder belangrijk!
- Het ene deeltje past in het andere dus ze gaan elkaar puur mechanisch vast houden =
zeer zwakke kracht
- Kan bijdragen maar het is heel zwak, geen binding, puur mechanisch omwille van de
plaats waar ze zich bevinden
Principes zijn algemeen
Wat is nu belangrijk als we het vertalen naar granulatie?
4
THEORETISCHE ACHTERGROND EN MECHANISMEN VAN GRANULATIE
Granulatie = verzameling van deeltjes die gecombineerd worden zodanig dat een groter
deeltje onstaat = agglomeraat → individuele deeltjes ga je wel nog altijd kunnen zien
Veelgebruikt in: fertilizer industrie, voedingsindurstrie, farmaceutische industrie
(capsules/tabletten)
Redenen voor granulatie:
1 Vloeieigenschappen gaan enorm verbeteren
→ want meer sferische deeltjes worden gemaakt!!
→ verbeteren want allemaal verschillende vormen gaven moeilijke vervloeiing
→ Beter tabletteren!
2 Ontmenging tendens verminderen
→ Normaal: Ifv tijd, krachten zoals trillingen: willen we niet → indien met dit mengsel
verder werken: geeft verschillende dosissen
→ Indien met fysische bindingen aan elkaar dan kan er geen ontmenging optreden
3 verbetering van compressie/compactie eigenschappen
Compressie = reductie van het volume
Compactie = binding vormen tussen individuele deeltjes
→ Binding zit aan de binnen en buitenkant = verbetering compactie
Andere voordelen
- Vergroting densiteit: lucht tussen deeltjes verminderd dus densiteit verhoogt
- Alle materialen goed verdelen! = belangrijk wanneer je 1 stof hebt van de 4 die in
lage dosis aanwezig is → moeilijk dus om homogeen te worden: geldt voor laag
gedoseerde stoffen en kleurstoffen
- Minder productie van stof: niet onderschatten → stof gaat zorgen voor
crosscontaminatie
- Binders gebruiken= hydrofiele polymeren welke de granules een meer hydrofiel
karaketer geven = meer bevochtigbaar + beter uiteenvallen
Rode vierkantjes = actief deel
Groen = desintegrans
Geel = bevochtiger
Blauw = vulmiddel
→ Kunnen voorkomen als poederdeeltjes → algemeen
gaat het over 100 micrometer: kristalletjes
(poederdeeltjes)
→ Mengen zodanig dat als je een hoeveelheid er uit
neemt: van elk deeltje evenveel = homogeen
mengsel
1
,Als de poederdeeltjes niet allemaal even groot zijn
Met mechanische krachten inwerken op deze deeltjes → leiden tot ontmenging:
mogelijkheid om dit tegen te gaan = granuleren
Afzonderlijke granulen zijn nog altijd opgedeeld in verschillende deeltjes welke fysische
bindingen bevatten
Granulaat = verschillende deeltjes welke opgebouwd zijn uit andere deeltjes welke je nog
altijd ziet → individuele deeltjes zijn dus nog altijd zichtbaar
Tablettering:
Verzameling van stempels: telkens een bovenstempel, onderstempel en
matrijs (rechtsonder weergegeven = die)
In de hopper shoe wordt het materiaal geplaatst dat getabletteerd wordt
→ in de matrijs wordt steeds dezelfde hoeveelheid granulaat ingebracht
Bovenstempel gaat naar beneden
Onderstempel naar boven bewegen → dit duwt het tablet uit de matrijs
Indien het poeder niet goed gaat vloeien gaat de matrijs niet steeds met
dezelfde hoeveelheid gevuld worden → tabletten niet dezelfde massa en
dus niet dezelfde eigenschappen
Nadelen
- Complexiteit van het proces
- Juiste materialen die hiervoor nodig zijn = duur → maar eigenlijk is alles duur!
- Stabiliteitsproblemen voor sommige API: Bij toevoegen van binder voeg je ook een
vloeistof toe → meestal water → welke je terug gaat moeten verwijderen mbv
warmte → kan leiden tot stabiliteitsproblemen OF kan leiden tot omzetting naar een
andere kristalvorming
- Verlies van materiaal (maar zal ook bij andere processen zijn)
Types van granulatie processen
- Vandaag de dag meest belangrijke granulatieproces= natte granulatie (mbv water) →
oplossing waar binder is in opgelost → achteraf drogen
- Droge granulatie = droge compactie → poeders onder hoge druk brengen en ze dan
compacter maken en malen/openbreken
- Andere minder gebruikt: smeltgranulatie, smelt pelletisatie
General mechanisms of dry powder agglomeration
1 electrostatische interacties
- Als de vochtigheid laag is in de atmosfeer → bij aanraken van oppervlak = vonk
- Deeltjes die een opp hebben waar ladingen aanwezig zijn → ontstaan dus tussen
deeltjes met geladen opp
- Doordat er functionele groepen aanwezig zijn die geïoniseerd zijn → positieve en
negatieve ladingen trekken elkaar dan aan → kracht die hiermee gepaard gaat wordt:
q1q2
F=
4pe 0 r 2
2
, - Bij processen van poeders: als je deze gaat mengen en in beweging gaan komen →
botsen → ladingstransfer kan gebeuren = triboelektrostatische ladingstransfers →
elektronen worden getransfereerd welke ontstaan tijdens het interageren
- Aanwezigheid van water halpt bij de ladingsverdeling
- Naargelang opp groter of kleiner is andere ladingsverdeling
- de vochtigheid groter is in de winter ga je minder die ontladingen zien omdat
de vochtigheid lager is is in de zomer
- Mengtoestellen: ervoor zorgen dat vochtigheid hoog genoeg is
- Belangrijk is hierbij de vorm
- Deeltjes en kristallen die in beweging zijn hebben deze transfers
2 moleculaire interacties
- Interacties die minder sterk zijn dan elektrostatische interacties
- VDW, dipool-dipool, geïnduceeerde dipool interacties
- Ion-dipoolinteracties
- Oriëntatie van partikels
- Zwakke krachten? => oppervlakteladingen
- Zijn het idd wel zwakke krachten? Ze werken op korte afstanden → het hangt
af van hoeveel van die krachten spelen en hoe groot het opp is → indien heel
groot opp dan is er een accumulatie van al deze krachtjes die dan wel relevant
worden
- Bv Gekko: diertjes kunnen op de muren lopen zelfs als dat heel glad is →
oorspronkelijk dacht men dat er haakjes waren in de pootjes → onderzocht
en pootjes bestaan uit allemaal kleine oppervlakjes waartussen dus die
krachten gaan ontstaan
3 Immobile vloeistoffilms
- Als er aan deeltjes een immobiel waterlaagje wordt gevormd
- Oppervlak met NH2 of COOH = polaire groepen → gaan water binden → kunnen
waterstofbruggen vormen met water dat in de omgeving is → zulke deeltjes hebben
aan de buitenkant nog eens bruggen vormen met het ander deeltje via bruggen
- Water dat bindt aan de deeljtes zijn gebonden water welke andere eigenschappen
hebben dan bulkwater
- Immobiel: dit mechanisme is niet heel sterk → deeljtes
makkelijk terug uit elkaar
4 Capillary forces
- !! Belangrijk mechanisme
- Mobiel water ! Hier meer water nodig dan in vorige situatie
- Deeltjes met een voldoende hydrofiel opp → voldoende contact
tussen deeltjes → meniscus die gevormd wordt
- De afstand moet klein genoeg zijn → daar kunnen deze krachten
onstaan
- Je krijgt bruggen tussen deeljtes die opgevuld zijn met water
- Ontwikkelen van de Laplace druk :
3
, 2g
Dp =
r
- Over de interfase gaat er een drukverschil ontstaan → druk in vloeistof laag gaat
lager zijn
- Je krijgt dus een aanzuigefffect door de brug = delta p
o Welke wordt gegeven door 2y/r
o R = cirkel die bij meniscus hoort → straal is afhankelijk van de kromming
o Y = oppervlaktespannig → indien deze wordt verandert →lapalace druk
verandert mee
- Capillaire krachten → de porie die gevormd wordt = capillair en dus heel kelin →
water zal spontaan in deze ruimte terecht komen
5 Formatie van vaste bruggen
- Smelten/ koelen aan het oppervlak
o 2 kristallen tegen elkaar → fysisch contact: mechanische kracht aanwezig die
zodanig is en kort werkt → dat op de plaats van contact een T stijging is dat je
boven het smeltpunt komt
o Dit gebeurt bv bij tabletteren: grote mechanische kracht → hoge T gedurende
korte tijd → boven smeltpunt → bij koelen en door stollen blijven deeltjes
tegen elkaar plakken => op bepaalde plaatsen hoge T leidt tot dit gevolg
o Allemaal vorming van vaste bruggen: gevormd door materiaal
- Kristallisatie van opgeloste stoffen
o Deeltjes kunnen kort op elkaar komen: vloeistof aanwezig: water bv → deel
van oppervlak lost op (weinig) → bij verwijderen van water = kristallisatie =
bruggen tussen deeltjes die eerst niet in contact stonden maar nu door die
bruggen dus wel
- Uitharden van binders!!
o Voor granulatie is dit het belangrijkste
o Binder en het water verdampt → vormen bruggen en deeltjes blijven
vasthangen
6 mechanische vasthouden van deeltjes
- deeltjes kunnen door hun vorm verhinderd worden om te vloeien
- Minder belangrijk!
- Het ene deeltje past in het andere dus ze gaan elkaar puur mechanisch vast houden =
zeer zwakke kracht
- Kan bijdragen maar het is heel zwak, geen binding, puur mechanisch omwille van de
plaats waar ze zich bevinden
Principes zijn algemeen
Wat is nu belangrijk als we het vertalen naar granulatie?
4
