CN1103628C - 挤压装置的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种挤压装置尤其是热塑性或膏状物料或高粘度熔体的一种挤压装置和这种挤压装置的应用。该挤压装置包括一个外壳(11)、在该外壳中设置的至少一台螺旋输送机(12)和一个在每台螺旋输送机(12)离传动远的一端附近在外壳(11)端部设置的出口(20)。在每台螺旋输送机(12)离传动远的一端(14)和出口(20)之间布置了至少一个刮平出口(20)内侧的刮料机构(21)。该装置特别适用于制粒尤其是含有活性物质的制粒。

Description

挤压装置的应用
本发明涉及一种挤压装置尤其是热塑性或膏状物料或高粘度熔体的一种挤压装置和这种装置的应用。
已知的这类挤压装置一般具有一个大致呈圆筒形的外壳，在该外壳中至少设置了一台螺旋输送机。在该螺旋输送机一端的附近，该外壳具有一个入口，通过该入口可将开始时一般呈粉状或粒状的待挤压的物料供入挤压装置。该螺旋输送机由一根电动机轴传动。在螺旋输送机离传动远的一端的附近，该外壳的前端具有一个出口。这种挤压装置一般可分段控制温度。待挤压的物料在用螺旋输送机进行输送的过程中熔化、混合并紧接着通过出口呈连续的料条挤出。该出口例如可做成具有许多细孔的孔板，这些细孔产生相应的细的料条。
这类挤压装置例如可用于制粒。其中一个特别重要的应用范围是通过热挤塑进行药物制粒。例如在美国专利US4880585中描述了在制药范围内的一种挤压装置的应用。其中，一种高分子粘结剂和实际的制药活性物质必要时与其它添加剂一起熔化、相互混合并通过挤压装置的孔板以许多连续的料条的形式挤出。在该挤压装置后面配置一台制粒装置例如一种所谓的热切断装置，该热切断装置把从挤压机中挤出的连续的料条用不断旋转的切刀切成小的圆柱形段(粒)，这些粒料落入一个集料装置中。此时，粒料还可热塑变形，所以其形状在落下或在集料装置中还可改变，通过过程控制例如可使圆柱形粒料的边缘倒圆，从而形成所谓的丸。
含活性物质的粒或丸就是按参与的配方配置成的常规药物。这种药物例如可作为饲料添加剂或作为植物处理剂直接使用。在药物学的范围内也可设想将活性物质直接制成粒状。但在药物学中，粒和丸一般都放在胶囊中或制成药片。其中特别有意思的是，通过不同的粒或丸的混合可将不相容的活性物质制成唯一的一种剂型例如制成胶囊或药片。此外，粒和丸的优点是，可实现无尘的继续处理。
但是通过熔体挤压和紧接着的热切断的这种常规的制粒方法存在许多问题：在用切断装置的切刀切断后，粒料还是热的并可产生热塑性变形。如果这时粒料相互接触或碰到制粒装置的壁则会粘接和粘在一起，这最终会导致挤压机和热切断装置停止并需对制粒装置进行清洁，然后重新启动制粒过程。
粒料粘在一起和粘接最终只能通过降低挤出的条料的温度来防止。降低挤出物料的温度例如可通过降低挤压机的温度尤其是孔板范围内或-在不改变挤压机温度时-通过提高挤压机的物料通过量来实现。但高分子熔体的流动特性随着不断下降的温度而发生变化。特别是这会导致熔体的粘度增加，从而可造成孔板的一些孔眼被堵塞。特别是在用50至500个孔眼的生产规模的孔板进行药物制粒时会出现这个问题，其中孔眼的一般直径为0.5至几毫米的范围。由于个别孔眼的堵塞导致了不均匀的物料流，其中畅通孔眼的物料流导致通过剪断的熔体的加热，而在几乎堵死的孔眼和相应很小的物料流时则由于辐射而引起熔体冷却。这就导致了不同的粒料大小，其中特别是物料通过量大的孔眼产生的大的热的粒料容易粘结，而物料通过量小的孔眼产生的小的粒料则导致细粒料百分数的增加。在这里也必须停止制粒过程并对制粒装置进行清洁处理。
所以本发明旨在解决这个问题，提出一种新式挤压装置，用这种装置可把尤其是热塑性的或膏状的物料或高粘度的熔体可靠挤压通过即使是小的出料孔。这种装置特别适用于制粒或制丸。与常规挤压装置比较，这种装置生产的料条的温度较低，所以可靠地防止了热切断后粒料或丸料的相互粘接及其与挤压装置的壁的粘接。
这个问题是通过这样的一种挤压装置来解决的，它带有一个外壳，在该外壳中至少设置了一台螺旋输送机并在每台螺旋输送机的离传动远的一端的附近，在该外壳的端部设置了一个出口，这种挤压装置的特征是，在每台螺旋输送机的离传动远的一端和出口之间布置了至少一个刮平该出口内侧的刮料机构。
用本发明的挤料装置可把待挤压的物料例如一种高分子粘接剂、一种制药活性物质和其它的添加剂首先按常规的方式熔化并在螺旋输送机运输过程中相互混合。可用的活性物质、粘接剂和添加剂例如可从德国专利DE 19539363 A1中得知。熔体通过出口挤出并将挤出物料分成单个的粒料。但与常规的条料挤出比较，挤出物料不是通过在挤出物中产生的压力实现卸料，而是通过一个专用的刮料机构经挤压装置的出口输出。所以本发明装置与已知的挤压装置的区别只是增加了一个附加的刮料装置，因此，它的制造成本不会明显增加，而且还可在现有挤压装置上简单地补装一个本发明的刮料装置。这种补装之所以相当简单，是因为常规挤压装置的螺旋输送机不是直接达到出口例如孔板，而是实际上总设置了一个中间间隙，在该间隙中可布置本发明的刮料机构。
本发明的装置具有许多优点：挤出物料和/或挤压机的出口的温度都可下降到这样的程度，使切断的粒料可靠避免粘接和粘在一起，但与常规挤压装置不同的是，尽管由于挤出物料的温度下降增加了挤出物料的粘度，却不导致出口的孔眼堵塞。确切地说，通过出口小孔内侧的连续的刮料可靠地避免了这种堵塞。由于刮料机构只直接作用到位于出料口内侧的挤出物料上，所以在熔体中实际上没有引起任何附加的能量输入，因而通过输送过程本身不会引起不希望的温度升高。用本发明的装置即使在用很小孔眼直径的孔板时甚至也可不成问题地挤出膏状物料和高粘度的熔体。一般用1至5个孔眼的试验规模的挤压机求出理想的过程参数。其中按比例增加到具有几百个孔眼的工业生产规模不会带来任何附加问题。
在相当低的温度时进行挤压明显扩大了熔体挤压的应用范围。例如这时也可对含高温敏感成分的、含活性物质的熔体进行挤压；而在常规挤压机所用温度的情况下，势必损害这种成分。
为了挤压装置单个部件的不可避免的间隙和在运行过程中尤其是挤压过程启动时可能产生的温度和压力变化，刮料机构最好弹性地压到出料口的内侧上，这可例如通过一个作用在刮料机构上的压缩弹簧来实现。
刮料机构最好抗扭地与配置的螺旋输送机连接，这样出口的内侧就可进行连续刮料，例如该刮料机构具有一个柄，该柄固定在该螺旋输送机的端部。为此，该螺旋输送机最好具有一个凹槽，该轴抗扭地啮合在该凹槽中。在凹槽的底部和刮料机构的柄之间可布置上述的压缩弹簧。所以本发明装置可通过常规挤压装置的螺旋输送机的端部的简单改动即可实现。
本发明装置工作起来没有死区，所以不存在高分子活性物质的熔体的裂化危险。
刮料机构最好做成进给切刀，该切刀例如可用一种淬火材料最好一种淬火金属制成。
挤压机的出口最好做出孔板，该孔板一般具有50至500个孔眼，其直径为0.5～10毫米的范围。孔板本身最好可控制温度。
如果挤压机例如是一种双轴挤压机，则每根轴最好配置一个单独的刮料机构。
本发明装置特别适用于制粒，其中在挤压装置后面设置一个制粒装置，例如一个带旋转切刀的切断装置。本发明装置特别适用于含活性物质的制粒例如药物制粒即植物处理剂、饲料添加剂和补充剂或食品添加剂的制粒。
下面参照附图所示的实施例来详细说明本发明。
附图表明：
图1 本发明挤压装置的第一种结构型式的轴向部分横断面；
图2 本发明挤压装置做成双轴挤压机的第二种结构型式的部分前视图。
图1表示本发明挤压装置的一种优选结构型式的部分横断面。象常规的挤压装置那样，本发明的挤压机10也包括一个圆筒形的螺旋输送机外壳11，在该外壳内布置了一台可旋转的螺旋输送机12。螺旋输送机12的螺旋轴13终止在轴端14中的孔板18前面。可控温度的孔板18布置在一个孔板支架19中并构成挤压机10的端部。孔板18设有许多出口20，螺旋输送机12通过这些孔眼输送熔融液态的挤出物料。用图中未示出的、在常规挤压机中已知的加料装置例如把一种粉状的高分子粘接剂和一种粉状的活性物质加入挤压机中，这些物料用(同样未示出的)加热元件熔化成可挤压的熔体。在这里螺旋输送机12同时作为该熔体各种成分均匀混合的混合装置使用。
为了进行药物制粒，孔板18的出口20只具有几毫米的直径。孔板18例如可具有几百个出口20。
一个做成进给切刀21的刮料机构抗扭地固定在螺旋输送机12的一个轴端14。在所示例子中，进给切刀21具有两个大致径向对置的刀片22、23。进给切刀21的刀柄24用一个固定螺钉26固定在轴端14的预留孔15中。该孔具有内螺纹16，该内螺纹与固定螺钉26的互补外螺纹共同作用。在固定螺钉26的中心槽27的底部设置了一个压缩弹簧，该压缩弹簧对着进给切刀21的刀柄24作用并将该刀柄朝孔板18的内侧施压。
图2表示本发明挤压机10的第二种结构型式的部分前视图。图2中所示的方案涉及一种双轴挤压机，其中两个螺旋输送机12的任一个都配置了一个进给切刀21。图中示出了孔板18及其上设置的圆形出口20的部分详图。
为了实施本发明的方法，将高分子粘接剂和活性物质按常规方式加入挤压机10中，这些成分混合和熔化后用螺旋输送机12输送到由轴端14和孔板18界定的间隙28中。为了避免粒料稍后的粘接，当熔融液态的挤出物料的温度下降后，在这个间隙28中不断旋转的进给切刀21挤压物料通过孔板18的出口20，从而防止这些孔眼的堵塞。
挤出物料以连续的料条的形状离开出口20，该料条通过一个(图中未示出的)众所周知的热切割装置切成小的圆柱形粒料。根据控制过程可将这些粒料固化成圆柱形的形状，或者当它们还可热塑性变形时，把它们倒圆呈丸状。
通过下述的比较试验，可明显看出本发明挤压装置的优点：
举例：
用维纳和普夫莱德尔(Werner & Pfleider)公司制造的一台ZSK40型双轴挤压机加工下列配方：
    成分     重量％
    茶碱     50
    丙烯酸乳状液     10
    聚乙烯吡咯烷酮     40
为了切割熔体条料，采用了维纳和普夫莱德尔公司制造的MGW260/90型齿辊式制粒机。
比较举例1：
为了从孔板(15×1毫米)获得均匀的出料，常规型的挤压机采用下列的温度分布运行：
区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 头部 喷嘴
105 125 155 155 160 180 180
从孔板出来的产品是均匀的，但在切刀和外壳上粘接得很厉害，以至在短时间运行后必须停止生产过程。
比较举例2：
为了消除粘接，降低了处理温度：
区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 头部 喷嘴
90 110 140 140 150 170 170
粘接倾向明显减少，但通过孔眼的物料量严重波动，以至产生不同大小的粒料。在短时间后个别孔眼完全堵塞。
例3：
挤压机配置了一个本发明的刮料装置。在保持比较举例2中所述的温度分布的情况下获得了没有粘接的均匀的粒料。通过各个孔眼的物料量很均匀，即使在较长时间后也没有出现单个孔眼的堵塞。

Claims (5)

1.挤压装置的应用，该挤压装置包括一个外壳(11)，在该外壳中设置的至少一台螺旋输送机(12)和一个在每台螺旋输送机(12)离传动远的一端(14)附近在外壳(11)端部设置的出口(20)，其中在每台螺旋输送机(12)离传动远的一端(14)和出口(20)之间布置了至少一个刮平出口(20)的内侧的刮料机构(21)，该刮料机构对着出口(20)的内侧弹性地挤压，从药物粒料、植物处理剂、饲料添加剂和食品添加剂中选出一种来制造含活性物质的高分子粒料。
2.按权利要求1的应用，其特征为，刮料机构(21)与配置的螺旋输送机(12)抗扭地连接。
3.按权利要求1或2的应用，其特征为，刮料机构(21)做成进给刀。
4.按权利要求1～3任一项的应用，其特征为，出口(20)做成孔板。
5.按权利要求1～4任一项的应用，其特征为，出口(20)后面设置了一个制粒装置。
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