Granulation

La granulation est le processus de formation de grains ou de granulés à partir d’une substance poudreuse ou solide , produisant un matériau granulaire . Il est appliqué dans plusieurs processus technologiques dans les industries chimiques et pharmaceutiques. Typiquement, la granulation implique l’agglomération de fines Particules en granulés plus gros, typiquement d’une taille comprise entre 0,2 et 4,0 mm en fonction de leur utilisation ultérieure. Plus rarement, il s’agit de déchiqueter ou de broyer des matériaux solides en granulés ou pastilles plus fins.

Granulométrie
Concepts de base
Granulométrie · Granulométrie Distribution granulométrique · Morphologie
Méthodes et techniques
Échelle de maille · Granulométrie optique Analyse par tamisage · Granulométrie du sol
Notions connexes
Granulation · Matériau granulaire Poussière minérale · Reconnaissance de formes Diffusion dynamique de la lumière
v t e

De la poudre

Le processus de granulation combine une ou plusieurs Particules de poudre et forme un granulé qui permettra à la compression d’être dans les limites requises. C’est le processus de collecte de Particules en créant des liens entre elles. Les liaisons sont formées par compression ou en utilisant un liant. La granulation est largement utilisée dans l’ industrie pharmaceutique , pour la fabrication de comprimés et de granulés. De cette façon, un processus prévisible et reproductible est possible et des granulés de qualité constante peuvent être produits.

La granulation est effectuée pour diverses raisons, dont l’une est d’empêcher la ségrégation des constituants du mélange de poudre. La ségrégation est due aux différences de taille ou de densité des composants du mélange. Normalement, les Particules plus petites et/ou plus denses ont tendance à se concentrer à la base du récipient avec les plus grosses et/ou moins denses sur le dessus. Une granulation idéale contiendra tous les constituants du mélange dans la bonne proportion dans chaque granule et la ségrégation des granules ne se produira pas.

De nombreuses poudres, en raison de leur petite taille, de leur forme irrégulière ou de leurs caractéristiques de surface, sont cohésives et ne s’écoulent pas bien. Les granulés produits à partir d’un tel système cohésif seront plus gros et plus isodiamétriques (grossièrement sphériques), les deux facteurs contribuant à l’amélioration des propriétés d’écoulement.

Certaines poudres sont difficiles à compacter même si un adhésif facilement compactable est inclus dans le mélange, mais les granulés des mêmes poudres sont souvent plus facilement compactés. Ceci est associé à la distribution de l’adhésif à l’intérieur du granulé et est fonction du procédé utilisé pour produire le granulé.

Par exemple, si l’on devait fabriquer des comprimés à partir de sucre granulé par rapport au sucre en poudre, le sucre en poudre serait difficile à compresser en un comprimé et le sucre granulé serait facile à compresser. Les petites Particules de sucre en poudre ont de mauvaises caractéristiques d’écoulement et de compression. Ces petites Particules devraient être compressées très lentement pendant une longue période de temps pour faire un comprimé valable. À moins que le sucre en poudre ne soit granulé, il ne pourrait pas être efficacement transformé en une tablette qui présente de bonnes caractéristiques de tablette telles qu’une teneur uniforme ou une dureté constante.

Deux types de technologies de granulation sont utilisées : la granulation humide et la granulation sèche.

Granulation humide

Dans la granulation par voie humide, les granulés sont formés par l’ajout d’un liquide de granulation sur un lit de poudre qui est sous l’influence d’une turbine (dans un granulateur à haut cisaillement), de vis (dans un granulateur à double vis) ^[1] ou d’air (dans un granulateur à lit fluidisé ). L’agitation résultant dans le système ainsi que le mouillage des composants dans la formulation entraînent l’agrégation des Particules de poudre primaires pour produire des granulés humides. ^[1] Le liquide de granulation ( fluide ) contient un solvant ou un matériau porteur qui doit être volatil pour pouvoir être éliminé par séchage et, selon l’application envisagée, être non toxique. Les liquides typiques comprennenteau , éthanol et Isopropanol seuls ou en combinaison. La solution liquide peut être à base aqueuse ou à base de solvant. Les solutions aqueuses ont l’avantage d’être plus sûres à manipuler que les autres solvants.

L’eau mélangée aux poudres peut former des liaisons entre les Particules de poudre qui sont suffisamment solides pour les verrouiller ensemble. Cependant, une fois que l’eau sèche, les poudres peuvent s’effondrer. Par conséquent, l’eau peut ne pas être assez forte pour créer et maintenir une liaison. La liaison des Particules avec l’utilisation de liquide est une combinaison de forces capillaires et d’adhérence jusqu’à ce qu’une liaison plus permanente soit établie.

Des états de saturation liquide dans les granulés peuvent exister ; l’état pendulaire est lorsque les molécules sont maintenues ensemble par des ponts liquides aux points de contact. L’état capillaire se produit une fois que le granule est complètement saturé. Remplir tous les vides avec du liquide, tandis que le liquide de surface est ramené dans les pores. Altération de l’état funiculaire reliant le pendulaire et le capillaire où les vides ne sont pas complètement saturés de liquide. Le liquide aide à se lier aux Particules qui deviennent affligées dans un tambour culbutant. Dans de tels cas, une solution liquide qui comprend un liant (colle pharmaceutique) est nécessaire. Povidone , qui est une Polyvinyl pyrrolidone(PVP), est l’un des liants pharmaceutiques les plus couramment utilisés. Le PVP est dissous dans de l’eau ou un solvant et ajouté au processus. Lorsque le PVP et un solvant/eau sont mélangés avec des poudres, le PVP forme une liaison avec les poudres au cours du processus, et le solvant/eau s’évapore (sèche). Une fois que le solvant/eau a été séché et que les poudres ont formé une masse plus dense, la granulation est broyée . Ce processus aboutit à la formation de granulés.

Le processus peut être très simple ou très complexe selon les caractéristiques des poudres, l’objectif final de fabrication des comprimés et l’équipement disponible. Dans la méthode de granulation humide traditionnelle, la masse humide est forcée à travers un tamis pour produire des granulés humides qui sont ensuite séchés.

La granulation humide est traditionnellement un processus discontinu dans la production pharmaceutique, cependant, les granulations humides de type discontinu devraient être remplacées de plus en plus par la granulation humide continue dans l’industrie pharmaceutique à l’avenir. Le passage des technologies discontinues aux technologies continues a été recommandé par la Food and Drug Administration . ^[2] Cette technologie de granulation humide continue peut être mise en œuvre sur une extrudeuse à double vis dans laquelle des matériaux solides et de l’eau peuvent être introduits en différentes parties. Dans l’extrudeuse, les matériaux sont mélangés et granulés en raison de l’enchevêtrement des vis, en particulier au niveau des éléments de pétrissage. ^[3]

Granulation sèche

Le procédé de granulation à sec est utilisé pour former des granulés sans solution liquide car le produit granulé peut être sensible à l’humidité et à la chaleur. La formation de granulés sans humidité nécessite de compacter et de densifier les poudres. Dans ce processus, les Particules de poudre primaire sont agrégées sous haute pression. Un granulateur oscillant ou un compacteur à rouleaux peut être utilisé pour la granulation à sec.

La granulation sèche peut être effectuée selon deux processus ; soit une grande tablette (sug) est produite dans une presse à comprimés à usage intensif, soit la poudre est pressée entre deux rouleaux contrarotatifs pour produire une feuille ou un ruban continu de matériau.

Lorsqu’une presse à comprimés est utilisée pour la granulation à sec, les poudres peuvent ne pas posséder suffisamment d’écoulement naturel pour alimenter le produit uniformément dans la cavité de la matrice , ce qui entraîne une densité variable. Le compacteur à rouleaux (granulateur-compacteur) utilise un système d’alimentation à vis sans fin qui distribuera uniformément la poudre entre deux rouleaux presseurs. Les poudres sont compactées en un ruban ou de petites pastilles entre ces rouleaux et broyées dans un broyeur à faible cisaillement. Lorsque le produit est correctement compacté, il peut être passé à travers un broyeur et un mélange final avant la compression des comprimés. ^[4]

Les processus typiques de compactage au rouleau consistent en les étapes suivantes : acheminer le matériau en poudre vers la zone de compactage, normalement avec un alimentateur à vis, compacter la poudre entre deux rouleaux contrarotatifs avec des forces appliquées, broyer le compact résultant jusqu’à la distribution granulométrique souhaitée. Les Particules compactées au rouleau sont généralement denses, avec des profils à arêtes vives. ^[5]

A partir de solides

Ligne de granulation et de bouletage de plastique ; extrusion, refroidissement et découpe

Dans le recyclage du plastique , la granulation est le processus de déchiquetage d’objets en plastique à recycler en flocons ou en granulés, susceptibles d’être réutilisés ultérieurement dans l’ Extrusion de plastiques . Dans la première étape, les objets en plastique à recycler sont acheminés vers une chambre de coupe à moteur électrique, qui coupe en continu le matériau à l’aide de plusieurs types de systèmes de coupe. Certains systèmes utilisent un mouvement de coupe en forme de ciseaux, un rotor hélicoïdal en chevron ou en V ou des couteaux volants. ^{[6] [7]}Le matériau est broyé en tous les petits flocons jusqu’à ce qu’ils soient suffisamment fins pour tomber à travers un tamis à mailles. Dans les lignes de granulation humide, de l’eau est continuellement pulvérisée dans la chambre de coupe pour éliminer les débris et les impuretés, et agit comme un lubrifiant des lames d’acier ; dans les lignes de granulation à sec, l’eau n’est pas présente, mais une telle technologie produit généralement un rendement de qualité inférieure à la technologie par voie humide. ^[8] Bien que le processus soit relativement simple, il doit être soigneusement paramétré, car les températures élevées résultant du frottement peuvent endommager le matériau et affecter sa plasticité. Un entretien et un affûtage réguliers des lames de ciseaux sont essentiels, ainsi qu’une surveillance étroite du processus en raison des risques de colmatage et de blocage. ^[9]

Dans de nombreux cas, la granulation peut être la seule étape nécessaire avant que les plastiques puissent être réutilisés pour la fabrication de nouveaux produits. Dans d’autres cas, la matière plastique neuve ou recyclée doit être transformée en granulés . Le matériau est fondu et extrudé en fines tiges, qui sont ensuite refroidies dans un réservoir d’eau et finement hachées en petites pastilles cylindriques. ^[dix]

Voir également

• Agrégat (composite)
• Taille d’un grain
• La taille des Particules
• Distribution granulométrique
• Tissu de granulation

Références

1. ^ ^{un b} Dhenge, Ranjit M.; Washino, Kimiaki; Cartwright, James J.; Hounslow, Michael J.; En ligneSalman, Agba D. (2012). “Granulation bi-vis à l’aide de vis de convoyage : Effets de la viscosité des liquides de granulation et de l’écoulement des poudres”. Technologie de la poudre . 238 : 77–90. doi : 10.1016/j.powtec.2012.05.045 .
2. ^ Sau L. Lee; Thomas F. O’Connor; Xiaochuan Yang; Célia N. Cruz; Sharmista Chatterjee ; Rapti D. Madurawe; Christine MV Moore; Lawrence X. Yu; Janet Woodcock (2015). “Modernisation de la fabrication pharmaceutique : du lot à la production continue” . Journal de l’innovation pharmaceutique . 10 (3): 191–199. doi : 10.1007/s12247-015-9215-8 .
3. ^ QDéveloppement. “Granulation humide” . Récupéré le 28 mars 2016 .
4. ^ Osborne, James; T. Althaus; L. Forny; G.Neideiretter ; S.Palzer ; M. Hounslow ; AD Salman (2013). “Mécanismes de liaison impliqués dans le compactage au rouleau d’un matériau amorphe”. Sciences du génie chimique . 86 (5e atelier international de granulation): 61–69. doi : 10.1016/j.ces.2012.05.012 .
5. ^ Smith, Thomas J.; Sackett, Gary; Sheskey, Paul; Liu, Lirong. Développement, mise à l’échelle et optimisation des paramètres du procédé : compactage au rouleau . Presse académique.
6. ^ “Granulateur de plastique – Machine de recyclage de plastique” . Machine de recyclage de plastique | Machines de haute qualité pour le recyclage du plastique . 2013-04-29 . Récupéré le 26/10/2019 .
7. ^ Ravindran, Arvind; et coll. (Décembre 2019). “Granulateur de déchets plastiques Open Source” . Technologies . 7 (4): 74. doi : 10.3390/technologies7040074 .
8. ^ “Granulateur en plastique” . Machine de recyclage de plastique . 2013-04-29 . Récupéré le 12 octobre 2018 .
9. ^ Dominick V. Rosato; Donald V. Rosato; Marlène G. Rosato (2000). Manuel de moulage par injection . Springer Science et médias d’affaires. p. 924–. ISBN 978-0-7923-8619-3.
10. ^ Mueller, Horst (25 avril 2011). “Comment sélectionner le bon granulateur” .

Sources

• Manuel de granulation pharmaceutique – 3e édition, éditeur – Dilip M. Parikh
• Pharmaceutique – La science de la conception des formes posologiques – ME Aulton 2nd EDT
• Formes posologiques pharmaceutiques et système d’administration de médicaments – Loyd V. Allen, Nicholas G. Popovich et Howard C. Ansel 8e EDT
• Lachman leon, Pharmacie industrielle, édition indienne spéciale, éditions CBS

Liens externes

• Le processus de granulation 101 : Technologies de base pour la fabrication de comprimés par Michael D. Tousey