DD209390A5 - Vorrichtung und verfahren zur automatischen herstellung von kapseln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Herstellung von Kapseln aus einer formbaren hydrophilen Polymermasse, vorzugsweise Gelatine unter Anwendung einer Kombination einer Spritzgussvorrichtung mit einem Mikroprozessor, um die Bedingungen von Zeit, Temperatur, Druck und Wassergehalt der hydrophilen Polymermasse in einem Arbeitszyklus praezise zu steuern.

Description

aus einer formbaren hydrophilen Polymermasse_:, vorzugsweise aus Gelatine. Erfindungsgemäß wird Gelatine angewandt, die vorzugsweise hergestellt worden ist aus verschiedenen Arten von Gelatine wie sauer oder alkalisch behandeltem Kollagen, sauer behandelter Schweinehaut oder alkalisch behandelten Rinderhäuten. Diese Gelatinearten besitzen Molekularmassen im Bereich von 10 000 bis 2 000 000 Dalton oder Molekularmassen im Bereich von 10 000 bis 2 000 000 und 10 000 000 bis 20 000 000 Dalton. Die Verfahren zur Bestimmung der Molekularmassenverteilung der verschiedenen Gelatinearten, die erfindungsgemäß angewandt werden, ist beschrieben in den folgenden Ve rö ffentli chun gen

25 I. Tomka, Chimia. 30, 534-540 (1976)

I. Tomka, et al, Phot. Sei 23,97 (1975)

Es hat sich gezeigt, daß Gelatine mit einer Molekularmasse im Bereich von 10 000 bis 2-000 000 Dalton

. - _Λ .«.. t\ it η f? - 2 -

VASIbJ 8-2-

zu einer geringeren Deformation der Kapselteile nach dem Ausstoß aus einer Kapselform führt.

Wenn in der folgenden Beschreibung der Ausdruck 5 "Gelatine" angewandt wird, sollen auch andere

hydrophile Polymermassen eingeschlossen sein,deren Eigenschaften sie als Kapselmaterialien geeignet machen .Hydrophile Polymere sind Polymere mit MoIe-

7. η

kularmassen von ungefähr 10 bis 10 Dalton, die in ihrer Hauptkette, und/oder in Seitenketten Molekülgruppen enthalten und im Stande sind Wasserstoffbrükken zu bilden und/oder an solchen teilzunehmen. Solche hydrophilen Polymere zeigen in ihrer Wasseradsorptions-Isotherme (im Temperaturbereich zwischen ungefähr 0 und 200⁰C) einen Wendepunkt nahe dem Wasseraktivitätspunkt bei 0,5. Hydrophile Polymere unterscheiden .sich von der als -Hydrokolloide bezeichneten Gruppe dadurch, daß sie molekular-dispers sind. Zum Aufrechterhalten der Molekulardispersion der hydrophilen Polymere muß ein Anteil Wasser - entsprechend dem Arbeitsbereich der Erfindung - von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die hydrophilen Polymere,enthalten sein vorausgesetzt, daß die Temperatur der hydrophilen Polymere in dem erfindungsgemäßen Arbeitsbereich

25 zwischen 50 und 190⁰C liegt.

Es gibt andere Hydrokolloide nicht-hydrophile Polymere im Sinne dieser Definition, die mehr oder weniger kugelförmige oder faserige Teilchen enthalten, wodurch diese Teilchen zusammengesetzt sind aus verschiedenen Makromolekülen eines hydrophilen Polymers innerhalb

3 7

des Molekularmassenbereichs von 10^ bis 10 Dalton, zu Teilchengrößen zwischen 0,01 und 10/um führt, was

3 lOO O - 3 -

ein typischer Bereich für kolloide Teilchen ist. Es ist in erster Linie Gegenstand der Erfindung hydrophile Polymere zur Herstellung von Kapseln zu verwenden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es sind Vorrichtungen bzw. Maschinen zur Herstellung von Kapseln durch Tauchverfahren bekannt. Diese Verfahren umfassen das Eintauchen von Zapfen bzw. Dornen, die die Form der Kapselteile besitzen,in eine Gelatinelösung, Entfernen der Zapfen aus der Lösung, Trocknen der Gelatine auf den Zapfen, Abstreifen der Kapselteile von den Zapfen, Einstellen der Länge, Abschneiden, Zusammenstecken und Ausstoßen der Kapsel. Bei bekannten Vorrichtungen zur Herstellung der Kapseln wurden mechanische undpneumatische. Elemente angewandt um diese Funktionen mit Geschwindigkeiten bis zu ungefähr 1200 Kapseln der Größe 0/min zu erreichen.

Während die oben beschriebenen Vorrichtungen im allgemeinen für die vorgesehenen Zwecke geeignet sind, wäre es günstig, Kapseln mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten^über 15 000 Kapseln der Größe 0/min herzustellen, während gleichzeitig die Eigenschaften der Gelatine genau geregelt werden um Kapseln hygienisch und mit einem Minimum an Dimensionsabweichungen her- . zustellen, so daß die Kapseln in mit hohen Geschwindigkeiten arbeitenden Vorrichtungen gefüllt werden können.

18ο α -

In der US-PS 4 216 240 ist ein Spritzgußverfahren zur Herstellung eines Proteinproduktes aus orientierten Fasern "beschrieben. Das faserige Produkt, wie es nach diesem Verfahren erhalten wird, unterscheidet sich grundlegend von dem transparenten galsartigen Material der erfindungsgemäß erhaltenen Kapseln.Darüber hinaus müssen die nach dieser Druckschrift angewandten Proteingemische_;um eine fließfähige Masse für das Formungsverfahren zu erhalten, denaturiert sein und haben damit ihre Fähigkeit verloren,in Lösung zu gehen.

Nach der US-PS 4 076 846 werden binäre Gemische aus Stärke mit Salzen von Proteinmaterialien verwendet um zum Einnehmen geeignete Fomkörper mit Hilfe eines Spritzgußverfahrens herzustellen. Die erfindungsgemäßen Formkörper aus Proteinmaterialien, vorzugsweise Gelatine und anderen hydrophilen' Polymeren können jedoch ohne den Zusatz von Stärke hergestellt werden.

In der US-PS 3 911 159 ist die Bildung von faserigen Proteinstrukturen beschrieben um zum Einnehmen (Essen) geeignete Produkte verbesserter Konsistenz herzustellen. Die erfindungsgemäßen Formkörper werden hergestellt ohne

25 daß das Protein ein. faserige Struktur besitzt.

Eine Voraussetzung für irgendein Material, das durch Spritzgußverfahren geformt werden kann, ist seine Fähigkeit einen Glasübergangspunkt bei einer Temperatur zu durchschreiten die mit der thermischen Stabilität des Materials und den technischen Möglichkeiten der Spritzgußvorrichtung verträglich ist.

L k 3 I Ο ό Q - 5 -

Ziel der Erfindung:

Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Spritzgußvorrichtung zu entwik-5 kein, die automatisch durch einen Mikroprozessor gesteuert werden kann und bei der Formmassen aus hydrophilen Polymeren wie Gelatine angewandt werden, die einen Lösungspunkt innerhalb eines Temperaturbereichs besitzen, der geeignet ist, für Spritzguß-10 verfahren, und die es erlauben, den Wassergehalt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu regeln um eine zusätzliche Stufe des Trocknens oder Anfeuchtens des mit Hilfe der Spritzgußvorrichtung hergestellten Produktes zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eire verbesserte automatische · Spritzgußvorrichtung, umfassend eine Aufgabeeinheit mit einer Auslaßöffnung zur Aufnahme, Lagerung, Aufrechterhaltung und Einspeisung von Gelatine, eine Spritzeinheit, umfassend einen zylindrischen Teil mit einem Einlaß, der mit dem Auslaß der Aufgabeeinheit verbunden ist um daraus Gelatine aufzunehmen sowie einen Transport-und Kblbanteil , der drehbar und hin-und her-bewegbar in dem zylindrischen Teil angeordnet ist um die Gelatine darin zu bewegen und zu

Dzw. Formwerkzeug plastifizieren, eine Formeinheit7^*die das mit dem von

dem Einlaßende entfernten Ende des zylindrischen.

30 Teils verbunden ist, umfassend hohle HDhTformen in Form der Kapselteile und Mittel zum Ausstoßen der geformten Kapselteile, üblicherweise geschlossene Ventile zwischen dem zylindrischen Teil und der·Formeinheit, wodurch bei Bewegung der Ventile zur offenen Stellung

hin eine vorbestimmte Menge plastifizierter Gelatine

9 18 3

WlWw

3 1 O O Ό - 6 -

in die kapseiförmigen Hohlformen in der Formeinheit abgegeben wird, eineaMikroprozessor, in dessen Speicher Parameter gespeichert sind, um mehrere Zeitpunkte festzulegen um einen bestimmten Arbeitszyklus für die Spritzeinheit und die Formeinheit und die optimalen Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und Wassergehalt der Gelatine in der Aufgabevorrichtung zu erzielen,

Abtastvorrichtungen zur Aufnahme und Weitergabe der tatsächlichen Arbeitsbedingungen in der Spritzeinheit und der Formeinheit und von Temperatur, Druck und Wassergehalt der Gelatine in der Aufgabevorrichtung, Mittel, die mit der Abta^i^&BS^flcioprozessors verbunden sindj um eine Abweichung zwischen den abgetasteten tatsächlichen Bedingungen und den in dem Mikroprozessor gespeicherten Parametern festzustellen, Betätigungsmittel, die mit den eine Abweichung feststellenden Mitteln verbunden sind, um die' Operation der Aufgabevorrichtung,der Spritzeinheit und der Formeinbeit einzustellen^rund eine . optimale Arbeitsweise der automatischen Kapselherstellixigsvorrichtung sicherzustellen,,

Die Erfindungv5u.cn Verfahren zur Herstellung von Kapselteilen unter gesteuerten Bedingungen von Zeit, Temperatur, Druck und Wassergehalt der Gelatine, umfassend die folgenden Stufeni

a) Schmelzen der Gelatine

b) Lösen der geschmolzenen Gelatine in Wasser 30 c) Plastifizieren der geschmolzenen Gelatine

d) Formen der plastifizierten Gelatine durch Kühlen in einer geschlossenen Hohlform, die den Kapselteilen entspricht und

e) Ausstoßen der Kapselteile aus abgekühlter Gelatine aus der Formeinheit

Es ist daher Gegenstand der Erfindung, eine neue verbesserte Kombination aus Spritzgußvorrichtung und Mikroprozessor sowie ein Verfahren zum Formen von Gelatine zur Verfügung zu stellen₍durch das durch kontinuierliche Überwachung und Steuerung der betreffenden Parameter der Gelatine zur Verhinderung eines Abbaus von Gelatine und einer Verformung der Kapselteile_: die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden und Gelatinekapseln mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision hergestellt werden können, die anschließend in mit hoher Geschwindigkeit arbeiteneden Füllvorrichtungen gefüllt werden können. -

- Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, dabei ist

Fig. 1 die Darstellung (Aufriß) einer hin- und hergehenden Schnecken-Spritzgußvorrichtung zu 20 Herstellung von Kapselteilen aus Gelatine,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spritzguß-. ^& aus Gelatine.

Arbeitszyklus zur Herstellung der Kapselte ile~^r

Fig. 3 eine schematische Ansicht der kombinierten

Spritzguß-Mikroprozessor-Vorrichtung zur Herstellung der Kapselteile aus Gelatine,

Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht des Austrittsendes der Spritzgußvorrichtung, Fig. 5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Scherviskosität von Gelatine innerhalb der in Frage kommenden Bereiche von der Scherrate (Schergeschwindigkeit) gemäß der Erfindung zeigt, Fig. 6 ein Diagramm, das die Fläche angibt, in der die Gelatine formbar ist in Bezug auf Zeit, Temperatur, Druck und Wassergehalt der Gelatine nach der Erfindung,

it,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur für den in Frage kommenden Wassergehalt der Gelatine angibt,

Fig. 8 ein Diagramm, der Abhängigkeit der Abtastwerte eines Differentialcalorimeters, bei dem der Wärmeverbrauch von Gelatine gegenüber dem in Frage kommenden Temperaturbereich nach der Erfindung; aufgetragen ist

Fig. 9 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Logarithmus des elastischen (Lagerungs-) Kompressionsmoduls (bulk elastic storage module) der Gelatine von dem nach der Erfindung- in Frage kommenden Temperaturbereich zeigt;

Fig. 10 ein Diagramm^ das die Abhängigkeit des im Gleichgewicht vorhandenen Wassergehaltes der Gelatine über den gesamten Aktivitätsbereich des Wassers . · .zeigt; und

Fig. 11 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der differentieilen Adsorptionswärme von Wasser .von dem erfindungsgemäß in Frage kommenden Wassergehalt -der Gelatine zeigt.

Im einzelnen zeigt die Fig. 1 die Spritzgußvorrichtung 27, die allgemein aus drei Einheiten besteht: einer Aufgabeeinheit 5, einer Spritzeinheit 1 und einer Formeinheit 2.

Die Funktion der Aufgabeeinheit 5 besteht darin, die Ausgangsgelatine 4 bei einer konstanten Temperatur und einem konstanten Wassergehalt aufzunehmen, zu lagern und einzuspeisen« Die Aufgabeeinheit 5 umfaßt einen senkrecht stehenden Zylinder 30 mit einem geschlossenen Ende 31 mit einer Einlaßöffnung 32 darin, durch die die Gelatine eingefüllt wird. Am unteren Ende des

49183

vertikalen Zylinders 13 befindet sich ein geschlossener konischer Trichter 33 und eine Auslaßöffnung 34 für die Ausgangsgelatine 4, in die

Spritzeinheit 1. Eine Luftleitung 35,

in der Luft durch ein Gebläse 36 zirkuliert, verbindet das geschlossene Ende 31 mit dem konischen Trichter 33. Die Temperatur der Luft wird durch einen Thyristor 37 aufrechterhalten und die relative Feuchtigkeit wird durch einen Dampfinjektor 38 gesteuert.

Die Funktion der Spritzeinheit 1 besteht darin, die aus der Aufgabeeinheit 5 in die Einlaßöffnung 54 der Spritzeinheit eintretende Gelatine 4 in dem Spritzzylinder 17 zu schmelzen, in Wasser zu lösen und zu plastifizieren und die plastifizierte Gelatine 14 in die Formeinheit 2 zu leiten.

Die Funktion der Formeinheit 2 besteht darin, daß sie die Form 6 mit kapseiförmigen Hohlräumen 19 automatisch festhält, öffnet und schließt und die Kapselteile 7 ausstößt.

In der Spritzeinheit 1 dreht sich die Schnecke 8 und führt gleichzeitig eine axiale Hin- und Herbewegung aus. Wenn die Schnecke 8 sich dreht, führt dies zum Schmelzen, Lösen in Wasser und Plastifizieren der Gelatine 4. Wenn die Schnecke 8 sich axial bewegt, führt dies zum Einspritzen durch Transport und Ausstoßen der plastifizierten Gelatine 14 in die Form 6. Die Schnekke 8 dreht sich durch einen hydraulischen Motor 9 mit variabler Geschwindigkeit und einen Antrieb 10 und die axiale Hin- und Herbewegung wird erreicht durch einen doppelten hydraulischen Zylinder 11.

35 Die Kompression der plastifizierten Gelatine 12 am vorderen Ende der sich drehenden Schnecke 8 drückt die die

- 10 -

JL 4 3 1 8 3

f*l - 10 -

Schnecke 8 enthaltende Anordnung 20, den Antrieb 10 und den Motor 9 zurück. Wenn die Schneckenanordnung 20 einen festgesetzten "Punkt erreicht, entsteht ein*.Nachdem eine bestimmte Zeit vergangen ist, während der die Ge-5^„ latine 4 vollständig plastifizierte Gelatine 14 wird, bewegt der hydraulische Zylinder 11 die Schneckenanordnung 20 nach vorn und die Schnecke 8 dient dazu, die plastifizierte Gelatine 14 über eine Ventilanordnung (valve body assembly)50, umfassend ein Einwegeventil 15, ein Nadelventil 23, eine Düse 22 und eine Auslaßöffnung 21 in die Formvl zu drücken« Das Einwegeventil 15 verhindert, daß plastifizierte Gelatine 14 wieder über die schraubenförmigen Auskehlungen 16 der Schnekke 8 zurückläuft. Der Spritzzylinder 17 umfaßt Heizspiralen 8, um die Gelatine 4 zu erwärmen,während sie durch die Schnecke 8 zu plastifizierter Gelatine 14 komprimiert wird. Es ist erwünscht, die plastifizierte Gelatine 14 auf eine möglichst niedrige Temperatur zu ·· erwärmen und mit einer möglichst geringen Geschwindigkeit der Schnecke 8 zu transportieren. Die Geschwindigkeit der Schnecke 8 und das Erwärmen der plastifizierten Gelatine 14 in dem Spritzzylinder 17 durch die mit Dampf beheizten Spiralen 18 regelt die Qualität und die Ausstoßgeschwindigkeit der plastifizierten Gelatine 14, die in die Formeinheit 2 eingespritzt wird. Die Formeinheit 2 hält die Form 6 mit kapseiförmigen Hohlräumen Iy^m die die plastifizierte Gelatine 14 eingespritzt und unter Druck gehalten wird. Kühlleitungen 24 umgeben kreisförmig die Form 6, so daß, wenn die plastifizierte Gelatine 14 in der Form 6 abgekühlt und ausreichend verfestigt ist, die Formeinheit 2 sich öffnet, die Form 6 sich abtrennt und die Kapselteile 7 ausgesto ßen werden.

* Kontakt mit einem (begrenzenden) Schalter 12.

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Fig.-2 zeigt einen Spritzguß-Arbeitszyklus für Gelatine 4, enthaltend ungefähr 17 Gew.-% Wasser, aufgetragen gegen Zeit, Temperatur und Druck. Allgemein ist der Arbeitszyklus für die Gelatine 4 in der erfindungsgemäßen Formvorrichtung 27 der folgende:

a) Die Gelatine 4 wird in die Aufgabevorrichtung 5

G"Q τ"*θ £γθ l"t sn gegeben, wo sie untervBedingungen von Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 100⁰C, Druck im

—5 2

TO Bereich von 1-5 x 10 Newtons pro m und Wassergehalt von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gelatine, gehalten wird;

b) die Gelatine wird unter geregelten Bedingungen von Temperatur im Bereich von 50 bis 190⁰C,Wassergehalt im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gelatine, und Druck im Bereich von 600 bis

— 5 -2 3000 x. 10 N'x m . geschmolzen;

c) die geschmolzene Gelatine wird unter geregelten Bedingungen von Temperatur im Bereich von 50 bis 190°C Druck im Bereich von 600 bis 3000 xiO^Nxm und Wassergehalt im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gelatine, in Wasser gelöst;

d) die gelöste Gelatine wird unter geregelten Bedingungen von Temperatur im Bereich von 50 bis 190⁰C,Druck -5 -2 im Bereich von 600 bis 3000 χ 10 N χ m und einem Wassergehalt von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gelatine, plastifiziert;

e) die plastifizierte Gelatine wird unter geregelten Bedingungen von Temperatur unterhalb 50⁰C, Spritzdruck von 600 bis 3000 χ 10"^ N χ m und einer Festhaltekraft für die Form 6 unter etwa 600 000 Newton in aievForm d³eingespritzt; und

f) die kapseiförmigen Teile 7 ausjgeformter Gelatine werden aus der Kapselform 6 ausgestoßen.

- 12 -

249183

r - 12 -

Beginnend an Punkt A der Fig. 2 bewegt sich die Schnekke 8 vorwärts und füllt die Form 6 mit plastifizierter Gelatine 14 bis zum Punkt B und hält die ausgespritzte plastifizierte Gelatine 14 unter hohem Druck, während der als Verweilzeit bezeichneten Zeitdauer von Punkt B bis Punkt C der Fig. 2. Bei Punkt B verhindert das Einwegeventil Iy -yiSnde der Schnecke 8_; daß plastifizierte Gelatine 14 aus der Düse 22 in die Schnecke 8 zurückläuft. Während der Verweilzeit wird weitere plastifizierte Gelatine 14 eingespritzt, wodurch eine durch Kühlen und Verfestigen der plastifizierten Gelatine 14 eintretende Kontraktion aufgehoben wird. Anschließend schließt sich die Austrittsöffnung 21, die einen engen Eingang in die Formeinheit 2 darstellt, wodurch die Formeinheit 2 von der Spritzeinheit 1 getrennt (isoliert) wird. Die plastifizierte Gelatine 14 in der Form 6 steht noch unter hohem Druck. Indem die plastifizierte Gelatine 14 sich abkühlt und verfestigt, fällt der Druck auf einen Wert, der noch hoch genug ist, um sieher zu stellen, daß keine Einsackstellen auftreten, aber nicht mehr so hoch, daß es schwer wird, die Kapselteile 7 aus den kapseiförmigen Hohlräumen 19 innerhalb der Form 6 zu entfernen«, Nachdem die Auslaßöffnung 21 am Punkt C geschlossen ist, beginnt die Drehung der Schnecke 8. Die plastifizierte Gelatine 14 befindet sich in dem vergrößerten zylindrischen Hohlraum am vorderen Ende der Schnecke 8, der durch deren axiale Rückwärtsbewegung bis zum Punkt D gebildet wird. Die Fließgeschwindigkeit der plastifizierten Gelatine wird geregelt durch die Geschwindigkeit der Schnecke 8 und der Druck wird geregelt durch den Rückdruck (d.h. den hydraulischen Druck, der auf die Schneckenanordnung 20 ausgeübt wird), der wiederum den in der Düse 22 am vorderen Ende der Schnecke 8 in der plastifizierten GeIa-

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183

tine 14 auftretenden Druck bestiamt. Nach der Bildung der plastifizieren Gelatine 14 für den nächsten Schuß in die Form 6 hört die Drehung der Schnecke 8 am Punkt D auf. Die Gelatine 4 auf der stillstehenden (stationären) Schnecke 8 schmilzt weiter von Punkt D bis E durch die Wärmeleitung aus den mit Dampf beheizten Spiralen auf dem Spritzzylinder 17. Diese Zeit wird als Ausgleichzeit (soaking time) bezeichnet. Inzwischen werden die verfestigten Kapselteile 7 aus der Form 6 ausgestoßen. Anschließend schließt sich die Form 6, um den nächsten Schuß plastifizierte Gelatine 17 aufzunehmen. Alle diese Operationen werden durch einen später näher erläuterten Mikroprozessor automatisiert und gesteuert.

Der Spritzguß-Arbeitszyklus der Fig. 2 wird durchgeführt in der Spritzgußvorrichtung 27 der Fig. 3, mit Hilfe hydraulischer und elektrischer Komponenten (Bazsteien;) und der entsprechenden durch den Mikroprozessor 28 der Fig. 3 gesteuerten Kreise.

Durch die Anwendung von Festkörper-Schaltungen (solidstate circuitry) und Geschwindigkeits-^Temperatur?· Grenz- und Druckschaltern für die elektrischen und hydraulischen Systeme verwertet der erfindungsgemäß angewandte Mikroprozessor 28 Steuersignale in seinem Speicher 51 als Parameter von Zeit, Temperatur und Druckbedingungen nach Tabelle 1 unten, damit der Spritzguß-Arbeitszyklus der Fig. 2 erreicht wird mit Hilfe der Spritzgußvorrichtung 27 der Fig. 3 zur Herstellung von Gelatinekapselteilen 7.

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( )

TABEL L.'.JE 1

Bereiche von Zeit, Temperatur und Druck für den Spritzguß-Arbeitszyklus der Fig. 2. .

Punkte ,_

A B C D E

Zeit (s) 10~²-1 10"²-1 10"²-1 10~²-1 10"²-1

Temperatur Raumtemperatur-100 50-^190 50-190 50-190 50-190 (⁰C)

, Druck 1-5 600-3000 600-3000 0-3000 600-3000 (10~⁵ χ N/m²)

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Fig. 3 zeigt die Kombination aus Spritzgußvorrichtung 27 und Mikroprozessor 28 zur Anwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Kombination aus Spritzgußvorrichtung 27 und Mikroprozessor 28 umfaßt sechs Steuerkreise, von denen fünfygescnXos^ene Kreise (Regelkreise) und. einer ein Zweipunktkreis (on-off) ist. Beginnend an Punkt A des Formzyklus der Fig. 2 ver- : .läuft der Spritzguß-Arbeitszyklus folgendermaßen:

Wenn sich ausreichend plastifizierte Gelatine 14 am vorderen Ende der Schnecke 8 angesammelt hat (Zeit durch Mikroprozessor gesteuert) und auch wenn die Schneckenanordnung 20, umfassend die Schnecke 8, den Antrieb 9 und den hydraulischen Motor 11_; weit genug zurückgeschoben worden ist gegen einen konstanten Rückdruck, wie er von dem Regel V 2 gesteuert wird, wird der Grenzschalter 12 durch den Sensorkreis J^ betätigt. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird das hydraulische Ventil durch Steuerkreis 4 betätigt, was dazu führt, daß die hydraulische Flüssigkeit in den vorderen Teil des hydraulischen Zylinders 11 fließt. Dadurch wird die Schneckenanordnung nach vorn bewegt und dadurch die plastifizierte Gelatine 14 in die Form 6 gespritzt, wenn der Punkt B in Fig. 2 erreicht ist und, wie durch den Mikroprozessor 28 gesteuert,bleibt die Schnecke 8 eine bestimmte Zeit bis zum Punkt C unter hohem Druck in Ruhe in dieser nach vorn geschobenen Stellung.

Von dem Punkt B der Fig. 2 an kühlt sich die plastifizierte Gelatine 14 in der Form 6 ab und die Auslaßöffnung 21 schließt sich bei Punkt C in Fig. 2.

Am Punkt C in Fig. 2 beginnt die Schnecke 8 sich wieder zu drehen und der hydraulische Druck von dem vor-

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deren Teil des hydraulischen Zylinders 11 verringert sich zu einem Druck, der etwas niedriger ist als der im rückwärtigen Teil des hydraulischen Zylinders 11 herrschende Druck.

Die Schnecke 8 wird durch den im hinteren Teil des hydraulischen Zylinders 11 herrschenden Druck unter konstantem Druck auf die Form 6 gedrückt. Dies wird erreicht durch den Steuerkreis 2, durch den ein proportionales hydraulisches Ventil gesteuert wird durch einen Drucksensorkreis I2·

Indem sich die Schnecke 8 dreht, wird eine erneute Menge Gelatine 4 aus der Aufgabeeinheit 5 zugeführt. Während einer bestimmten Zeit und bei einer definierten Drehgeschwindigkeit der Schnecke 8, die durch den Regelkreis 3 gesteuert wird, wird eine genaue Menge Gelatine 4 in den Spritzzylinder 17 eingespeist. Der Regelkreis 3 wird betätigt durch den Geschwindigkeitssensorkreis 1^, der die Rotations- bzw. Drehungsgeschwindigkeit der Schnecke 8 mißt und an ein hydraulisches,einen proportionalen Durchfluß steuerndes Ventil 0, weitergibt (sensing back), das geregelt wird durch den Regelkreis 3, wodurch eine konstante Drehgeschwindigkeit des hydraulischen Motors 10 erreicht wird, unabhängig von der sich ändernden Drehkraft aufgrund der

25 Zufuhr von neuer Gelatine 4.

Nach dem Ende der Beschickungszeit wird die Drehung der Schnecke 8 gestoppt und es ist der Punkt D in Fig. 2 erreicht. Die Ausgleichzeit in dem Formzyklus von Punkt D bis-A in Fig. 2 führt zu einer vollständigen Plastifizierung der Gelatine 14 unter geregelten Temperaturbedingungen, wie sie durch den Steuerkreis 1 geregelt werden.

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249 183 8-17-

Ein Temperatursensorkreis I^ tastet einen Thyristor-Wärmeregulator (Länder den Spritzzylinder 17 erwärmt, wie durch den Steuerkreis 1 angegeben.

V/ährend des Zeitintervalls zwischen den Punkten B und E der Fig. 2 hat sich die Form 6 ausreichend abgekühlt, so daß die fertigen Kapselteile 7 aus der Form 6 ausgestoßen werden können»

Nach dem Ausstoßen der Kapselteile 7 geht der Arbeitszyklus wieder auf den Punkt A der Fig. 2 zurück, wo ein bestimmtes Volumen plastifizierte Gelatine 14 sich am vorderen Ende der Schnecke 8 angesammelt hat (,der Sensoikreis Ιλ wird betätigt und die Zeit ist verstrichen), so daß der Arbeitszyklus der Figo .2 wiederholt werden kann.

Es ist wichtig, die Steuerschleifen 5 und 6 für die Temperatur und Feuchtigkeit zu beachten, um einen genauen Wassergehalt der Gelatine._in der Aufgabevorrichtung 5 aufrecht zu erhalten, der für ein gutes Arbeiten bei den gewünschten Geschwindigkeiten wesentlich

20 ist.

Der Mikroprozessor 28 umfaßt einen Speicherbereich 51> um die gewünschten Arbeitsparameter zu speichern, einen Abtast- bzw. Sensor-Signalgebungsbereich 52, der die Signale der tatsächlichen Arbeitsbedingungen aufnimmt und die Abweichung zwischen den gewünschten und tatsächlichen Arbeitsbedingungen nachweist und Signale aussendet zur Einstellung über den Ausgabe-(Betätigungs-) Bereich 53 an die Thyristoren und Ventile.

Fig. 4 zeigt die Ventilanordnung 50, umfassend die

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Q - 18 -

Auslaßöffnung 21, die Düse 22, das Nadelventil 23 und das Einwegeventil 15. Diese Elemente arbeiten folgendermaßen:

Am Punkt A der Fig. 2 ist das Nadelventil 23 von der Auslaßöffnung 21 weggezogen (geöffnet) und das Einwegeventil 15 ist von dem Ventilkörper 50 zurückgezogen, so daß eine Einlaßöffnung 55 für die plastifiziert e Gelatine 14 in die Düse 22 entsteht, die eine Einspeiskammer für die plastifizierte Gelatine 14 darstellt. Die plastifizierte Gelatine 14 wird durch die Düse 22 in die Form 6 gespritzt, während der Formfüll-Zeit zwischen den Punkten A und B der Fig. 2. Bei Punkt C in Fig. 2 wird das Nadelventil 23 nach vorn gestoßen, so daß die Auslaßöffnung 21 während der Zeit zwischen den Punkten C und E in Fig. 2 geschlossen ist. Die Form 6 ist geschlossen und der Kapselteil 7 in der Form 6 kühlt ab. Das Nadelventil 23 bleibt zwischen den Punkten E und A in Fig. 2 geschlossen. -Während dieser Zeit wird der Kapselteil 7 aus der Form 6 ausgestoßen. Die Gesamtzeit zwischen den Punkten E und A in Fig. 2 muß weniger als 5 Sekunden betragen, damit sich die plastifizierte Gelatine 14 in der Düse 22 nicht verfestigt. Das ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung, da

a) schnellere Herstellungszeiten ermöglicht werden, um einen größeren Ausstoß zu erreichen;

b) kein Verlust an plastifizierter Gelatine Ί4 im Produktionszyklus durch eine Verfestigung in der Düse 22 und der Form 6 eintritt; und

c) die Gefahr des Abbaus der plastifizierten Gelatine 14 sehr gering wird, da sie nur kurze Zeit im Produktionszyklus vorliegt und nur einmal in jedem

Produktionszyklus angewandt wird, da die plastifizierte Gelatine 14 in den kapseiförmigen Hohlräumen 19 und nicht in der Düse 22 sich verfestigt.

Das Einwegeventil 15 und das Nadelventil 23 werden durch einen Federhebel (spring-tensioned lever) 25 betätigt, der normalerweise sowohl die Austrittsöffnung 21 als auch die Düse 22 verschließt, bis der Hebel 25 aufgrund der aus dem Mikroprozessor 28 kommenden Signale durch Nocken betätigt wird (cam-actuated).

Die thermomechanischen Eigenschaften der Gelatine, d.h. die Lagerungs- und Scherverlustmoduln bei unterschiedlichen Temperaturen hängen stark ab von deren Wassergehalt. Das erfindungsgemäße Kapselherstellungsverfahren kann angewandt werden auf Gelatine mit einem Wassergehalt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25 %. Die untere Grenze wird bestimmt durch die maximale Verarbeitungstemperatur von 190°C, die wiederum nicht überschritten werden kann, um einen Abbau zu vermeiden. Die obere Grenze wird bestimmt durch die Klebrigkeit der fertigen Kapseln. Die in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Abkürzungen werden in der folgenden Beschreibung verwendet:

- 20 -

9 1

443MÜO Q -20-

TABELLE 2

Abkürzung der angewandten physikalischen Parameter

Abkürzung Einheit Beschreibung

ό —2

T , P C, N χ m Raumtemperatur und Druck, a a

H(T,P) k Joule χ kg Enthalpie des Systems

aus hydrophilem Polymer und Wasser bei gegebenem Druck und Temperatur.

—1 2 ^(T,P) N χ m Kompressibilität des hy-

· drophilen Polymers bei

gegebener Temperatur und Druck. Der numerische Wert ist die relative Volumenänderung aufgrund

· der Veränderung des

Druckes um eine Einheit.

',P) ( C) Volumetrischer thermi

scher Expansionskoeffizient des hydrophilen

Polymers bei gegebener Temperatur und Druck. Der Zahlenwert gibt die relative Volumenänderung aufgrund der Veränderung

der Temperatur um eine Einheit an.

- 21 -

^ 3 ί O J

V(ft,T,P) kg χ s

Fließgeschwindigkeit des hydrophilen Polymers bei gegebener Temperatur und Scherdeformationsrate und Druck. Der Zahlenwert gibt das Volumen einer aus dem Querschnitt einer Spritzgußvorrichtung in einer Zeiteinheit aufgrund der angewandten Scherdeformationsrate austretenden Schmelze an.

^TG1^{; T}G2 (X) ^C Temperaturbereich für den Glasübergang des hydrophilen Polymers.

^TM1' ^TM2 (X)

Temperaturbereich für das Schmelzen des teilweise kristallinen hydrophilen Polymers.

'C Temperatur des hydrophilen Polymers in dem Düsenbereich der Spritzeinheit.

T_M(t)

'C-

M

N χ m

Temperatur des hydrophilen Polymers in der Form.

Druck des hydrophilen Polymers in der Form.

- 22 -

₁ V. a I pd 4

i, H· J

P-p N χ m Druck des hydrophilen

Polymers im Düsenbereich,

X Wassergehalt des hydrophi

len Polymers, ausgedrückt als Gewichtsanteil Was

ser in dem hydrophilen Polymersystem.

Um das Spritzgußverfahren (IMP) zu steuern und zu regeln, müssen bekannt sein:

10 1) Der W'ärmebedarf des Schmelzprozesses

H(T_p, P_E) - H(T , P) υ Ji a a

2) die Heizgeschwindigkeiten (Erwärmungsraten) der hydrophilen Polymere in der Spritzgußvorrichtung. Um diese zu berechnen, müssen der Wärmeleitungswert des hydrophilen Polymers und der Wärmeübergangswert zwischen dem hydrophilen Polymer und dem spezifischen Konstruktionsmaterial des Spritzzylinders, das mit dem hydrophilen Polymer in Kontakt steht, bekannt sein,, Die Heizgeschwindigkeit und der Wärmeverbrauch des hydrophilen Polymers ergeben das minimale Zeitintervall, das erforderlich ist, um das hydrophile Polymer zum Spritzen vorzubereiten, sowie die erforderliche Wärmeenergie der Spritzgußvorrichtung.

3) Der T^-Wert, der abhängt von dem X-Wert der hydrophilen Polymere. Wenn der Wassergehalt des hydrophilen Polymers in der Form zu niedrig ist, ist der sich ergebende T-g-Wert zu hoch und führt zu einem Abbau. Ein minimaler Wassergehalt von 5

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Gew.-% ist erforderlich, um den T^-Wert unter 19O⁰C zu halten.

4) Die Fließgeschwindigkeit (V(^-,T,P)) ist ebenfalls streng abhängig von dem Wassergehalt des hydrophilen Polymers. Um das Spritzgußverfahren zu beschleunigen, ist es notwendig, eine hohe Fließgeschwindigkeit V(^,T,P) zu erhalten, die durch einen höheren Wassergehalt erreicht werden kann.

Die obere Grenze für den Wassergehalt wird bestimmt 10' durch die Klebrigkeit und die mechanischen Fehler der Kapseln (die die Kapseln haben dürfen), wobei ein Wassergehalt von 0,25 im allgemeinen nicht überschritten werden kann. Der Bereich, innerhalb dessen Kapseln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, liegt daher zwischen 0,05 und 0,25. Bessere Kapseln werden erhalten bei einem Wassergehalt im Bereich zwischen 0,10 und 0,20 und die besten Kapseln können hergestellt werden bei einem Wassergehalt im Bereich zwischen 0,12 und 0,18.

Das hydrophile Polymer in der Form verringert sein . Volumen aufgrund der Temperaturänderung T_M-T . Das würde zu Hohlräumen und einer Verringerung der Grösse der Kapsel führen, die dadurch qualitativ unannehmbar werden könnte. Bs ist ein absolutes Erfordernis bei der Kapselherstellung, daß die Dimensionsabweichungen weniger als 1 % betragen. Um das Schrumpfen durch die Temperaturänderung auszugleichen, muß die Form bei einem bestimmten Druck P^ gefüllt werden. Dieses Füllverfahren wird bestimmt durch die Werte oC(T,P) und SC(T,P). Der Einspritzdruck (P_E) hängt wiederum ab von T^, das wie bereits dargelegt, streng abhängig ist von X.

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49183

- 2k -

In Fig. 5 ist die von der Scherrate γ fs J abhängige Scherviskositätr^/Ns/m J der Gelatine bei 9O⁰C für Gelatine mit einem Wassergehalt X von 0,17 angegeben. Die Kapillare besaß einen Durchmesser von d = 1,05 mm und eine Länge von 5,00 mm, d.h., das Verhältnis von Lange zu Durchmesser betrug L/d = 4,75.

In Fig. 6 ist der Formungsbereich für Gelatine mit einem Wassergehalt von 0,17 angegeben. Während des Spritzgießens wird die plastifizierte Gelatine diskontinuierlich extrudiert und sofort in einer Form entsprechend dem herzustellenden Kapselteil gekühlt. Die Formbarkeit hängt von den Eigenschaften der Gelatine und den Arbeitsbedingungen ab, von denen die thermomechanischen Eigenschaften der Gelatine sowie die Geometrie und die Temperatur- und Druckbedingungender Form die wichtigsten sind. In dem Formungsbereich des Diagramms 6 sind die Grenzen für Druck /N/m ] und Temperatur /C/ für die Verarbeitung von Gelatine in der erfindungsgemäß anzuwendenden Kombination aus Spritzgußvorrichtung und Mikroprozessor angegeben. Die Maximaltemperatur von 190C ist bestimmt durch einen sichtbaren Abbau (Schädigung) der Gelatine oberhalb dieser Grenze. Die untere Temperaturgrenze von 50 C^ ist bestimmt durch die Entwicklung einer zu hohen Viskosität und Schmelzelastizität in dem empfohlenen Wassergehaltsbereich- X von 0,05 bis 0,25. Die oberen Grenzen für den Druck 3 χ 10 N χ m~ sind gegeben durch den Beginn eines plötzlichen Verdampfens (flashing), wenn die geschmolzene Gelatine in einen Spalt zwischen den verschiedenen Metallteilen, die die Form bilden, fließt, wodurch Grate (webs) an den geformten Kapselteilen an der Trennlinie entstehen.

7 —2 Die untere Druckgrenze von ungefähr 6 χ 10 N χ m

wird bestimmt durch "Mangel" Schüsse, wenn die

-25.-

.hin 1333*096486

Uw U. ^

Form nicht vollständig mit der Gelatine gefüllt werden kann.

TABELLE

Arbeitsparameter für das Spritzgußverfahren

Dichte 1,3 - 1 , 2x1 o\g χ m

Kristallinität 25 %

Η(ΤΕ,ΡΕ) - H(Ta,Pa)	0,32 kJ χ kg
Netto-Heizleistung für 10 kg Schmelze/h (entsprechend 10 Kapseln/h)	3,5x1O5 kJ ·
Wärmeleitzahl (200C) für Gelatine	1,0 kJ χ m~1 χ IT1 X0C"1
Kompressibilität "<L(TE,PE)	—10 -1 2 5x10 IU N χ in 8x10"5 (0C)-"1
Kontraktion durch Kristallisation	vernachlässigbar
kritische Scherdefor- mationsrate	4 ^ -1 104 - 1CT s

Die hydrophilen PoljTnere, vorzugsweise unterschiedliche Gelatinearten, werden unter den folgenden Bedingungen extrudiert und ausgespritzt.

In B'ig. 7 sind der Glasübergangsbereich und der Schmelztemperaturbereich als Funktion der Zusammen-

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setzung des Gelatine-Wasser-Systems (bzw. des Wassergehalts X) angegeben. Bei Temperaturen unterhalb des Glasübergangsbereichs ist übliche Gelatine, wie sie im Handel erhältlich ist, ein teilweise kristallines hydrophiles Polymer, enthaltend ungefähr 70 Vol.-% amorphe glasartige Gelatine und ungefähr 30 Vol.-% kristalline Gelatine in der Helixform (Bereich I in Fig. 7). Derartige Gelatinearten werden üblicherweise als getrocknete Gelatine bezeichnet. Durch Erhöhung der Temperatur dieser Gelatinezubereitung bei einem bestimmten Wassergehalt geht die Gelatine durch den Glasübergangsbereich.

Entsprechend Fig. 1 findet dieses Erwärmen der Gelatine in dem Spritzzylinder 17 statt. Entsprechend Fig. 2 findet dieses Erhitzen von Gelatine während des gesamten Spritzguß-Arbeitszyklus statt. Der Bereich in Fig. 7 zwischen dem Glasübergangsbereich und dem Schmelzbereich wird als Bereich II bezeichnet. In dem Bereich II liegen kristalline Gelatine in Helixform und eine GeIatineschmelze vor. Der Glasübergang ist kein thermodynamischer Übergangsbereich irgendeiner Ordnung, sondern ist gekennzeichnet durch eine Veränderung der Molekularbewegung der Gelatinemoleküle und durch eine Veränderung des Lagerungsmoduls (bulk storage module) der amorphen Gelatine um mehrere Größenordnungen. Beim Übergang von dem Bereich II zum Bereich I der Fig. 7 wird die (fortschreitende oder) Translationsbewegung der Gelatinemoleküle oder eines großen Teils der Moleküle im Glasübergangsbereich eingefroren und dies zeigt sich'durch eine Veränderung der spezifischen Wärme (c ) und des volumetrischen thermischen Expansionskoeffizienten (a) in diesem Temperaturbereich. Beim Übergang von Bereich II zu Bereich III durch Durchlaufen des Schmelzbereichs der kristallinen Gelatine schmilzt der helixförmig .geordnete Teil der Gelatine. Im Bereich III liegt die Gelatine in geschmolzenem Zustand vor. Gemäß Fig. 1 findet dieses Erhitzen der Gelatine in dem Spritzzylinder 17 statt. Entsprechend Fig. 2 findet dieses Erhitzen

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ι k a ι η ό d - 27 -

der Gelatine' während des gesamten Spritzguß-Arbeitszyklus statt. Der Helix-rKnäul-Übergang ist ein echter thermodynamischer Übergang erster Ordnung und ein endothermer Prozeß. Dieser Übergang kann nachgewiesen werden durch kalorimetrisches Abtasten (scanning) oder durch Messung der Veränderung des linearen viskoelastischen Lagerungsmoduls (viscoelastic bulk storage module) mit einer Veränderung der Temperatur. Eine typische Kurve der mit Hilfe eines Differentialkalorimeters abgetasteten Temperaturwerte einer Gelatine mit einem Wassergehalt X = 0,13, bei einer Abtastgeschwindigkeit von 10°C/min ist in Fig. 8 angegeben. Auf der Ordinate ist die Geschwindigkeit, mit der Wärme von einer Probe verbraucht wird, in Bezug auf einen Vergleich (leerer Probenhalter) aufgetragen. Die Geschwindigkeit des Wärmeverbrauchs der Probe beruht auf der Temperaturänderung der Gelatineprobe und diese Temperatur ist auf der Abszisse in Kelvin aufgetragen, der schraffierte Bereich entspricht der Schmelzenthalpie der Gelatine-Helices. Die Verschiebung der Grundlinie der Kurve entspricht dem Glasübergang und die Spitze dem Schmelzen oder dem Helix-Knaul-Übergang. Der lineare viskoelastische Lagerungsmodul E kann gemessen werden als kleine sinusförmige Scherverformung der Gelatineprobe. Die Veränderungen dieses Moduls für eine typische Gelatineprobe mit einem Wassergehalt X = 0,13 ist als Funktion der Temperatur der Probe in Fig. 9 aufgetragen. Bei der Glasübergangstemperatur und der Schmelz- oder Helix-Knäul-Übergangstemperatur ändert sich dieser Modul um mehrere Größenordnungen. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, existiert eine weitere Übergangstemperatur oberhalb des Schmelzbereichs und dieser Übergang ist gekennzeichnet durch einen weiteren Abfall des Moduls E. Die Temperatur dieses Übergangs wird als Lösungstemperatur bezeichnet. Im Temperaturbereich T bis T_v liegt die Gelatine in einem gummiartigen elastischen Zustand vor und die kristallinen Bereiche oder Fibril-

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183

len stellen die elastisch aktiven Elemente dieses Netzwerks (Vernetzungen) dar.

Ähnliche Vernetzungen liegen im plastifizierten mikrokristallinen Polyvinylchlorid (PVC) vor„ Die kristallinen Bereiche führen zu Brechungsmustern der Röntgenstrahlen in dem PVC aber nicht in Gelatine /I. Tomka, Chimia 30, 534-540 (1976); I. Tomka et al Phot. Sei. 23, 97 (1975)7· ^{In dem} Temperaturbereich T_M bis T_g liegt die Gelatine in dem viskoelastischen kautschukelastischen Zustand vor. Die elastisch wirksame Vernetzung in diesem Zustand der Gelatine ist ähnlich wie in den meisten Polymerschmelzen eine temporäre Vernetzung. Die temporäre Vernetzung beruht auf der Vergrößerung der Polymermoleküle. Speziell in Gelatine trägt die starke Wechselwirkung zwischen den Makromolekülen (Wasserstoffbrücken, Dipol-Dipol-Wechselwirkung) wesentlich bei zu dem elastisch wirksamen temporären Netz. Bei der Lösungstemperatur zerreißt dieses temporäre Netz und die Gelatinemoleküle lösen sich speziell aufgrund des Vorhandensein von Wasser. Bei einer Temperatur, die höher liegt als T_c, fällt der Lagerungs-

-2 modul zu extrem niedrigen Werten: Weniger als 1OxNm , wie aus Fig. 9 hervorgeht. Erfindungsgemäß hat es sich gezeigt, daß die Verarbeitung (Spritzgießen, Blasfor-πιεηγαβΓ Gelatine bei einer Temperatur oberhalb von T~ durchgeführt werden sollte.

Entsprechend Fig. 1 findet das Erhitzen der Gelatine auf eine höhere Temperatur als T_s in dem vorderen Teil des Spritzzylinders 17 statt. Dieses Erhitzen wird nicht nur durch die mit Dampf beheizten Heizspiralen 18 erreicht, sondern auch zu einem wesentlichen Teil durch die innere Reibung während des Spritzverfahrens aufgrund der hohen Deformationsraten. Entsprechend Fig. 2 findet dieses Lösen speziell zwischen den Punkten A

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249183 S - 29 -

und B des Arbeitszyklus statt. .Es hat sich gezeigt, daß die reversible elastische Verformung der durch Spritzguß verformten Gelatine nach dem Öffnen der Form 6 vernachlässigbar ist, wenn die Temperatur der GeIatine während des Spritzgußverfahrens höher ist als T₅, andernfalls würde die Formfolge um mindestens eine Größenordnung abfallen.

Entsprechend Fig. 2 findet die erforderliche Abkühlung der Gelatine in den Formen - um eine etwaige reversib-Ie elastische Verformung der Gelatine zu vermeiden zwischen den Punkten B und E des Arbeitszyklus statt. Eine Beschränkung der Formungsfolge auf eine niedrige Geschwindigkeit, verbunden mit einer langen Verweilzeit der Gelatine in der Form (mehr als 5 Sekunden) ist aus zwei Gründen unerwünscht: Geringer Ausstoß an Produkt und Verringerung des Wassergehalts der Gelatine in dem Spritzzylinder. Bei der erhöhten Spritztemperatur findet immer ein Transport von Wasser von der heißen zur_kalten Gelatine in dem Spritzzylinder statt (s.D. Gehrmann, Thesis, Universität Darmstadt 1979). Dieser Wassertransport kann kompensiert werden durch den Transport der Gelatine durch die Schnecke in entgegengesetzter Richtung.

Entsprechend Fig. 1 wird dieser Transport von Gelatine durch die Schnecke 8 erreicht. Entsprechend Fig. 2 findet dieser Gelatinetransport zwischen den Punkten A und B sowie zwischen den Punkten C und D des Arbeitszyklus statt«, Um einen stationären (gleichmässigen) Wassergehalt der Gelatine in dem Schmelzbereich des Spritzzylinders zu erreichen, ist es notwendig, mit einer Einspritzfolge zu arbeiten, die kurzer ist als 5 Sekunden. Um einen konstanten und ausreichend hohen Wassergehalt der Gelatine in dem Spritzzylinder

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2491

einzustellen, ist es ferner notwendig, Gelatine oder andere hydrophile Polymere zu verwenden, die die entsprechende Form sowohl der Absorptionsisotherme (Fig. 10) als auch der Kurve besitzen, die die differentiel-Ie Absorptionswärme (f vZTZ-tJ ♦ 10 ) als Funktion des Wassergehaltes X angibt (Fig. 11). Der konstante Wassergehalt der Gelatine in dem Spritzzylinder ist notwendig, um konstante Herstellungsbedingungen einzuhalten. Der Wassergehalt der Gelatine während des Einspritzens muß die folgende Bedingung erfüllen: X grosser 0,05, da sonst T₃ höher als 19O⁰C liegt und das ist unerwünscht wegen„ eines möglichen Abbaus der Gelatine. Die Absorptionsisotherme der Gelatine zeigt eine S-Form mit einem Wendepunkt bei einer Wasseraktivität von ungefahr 0,5, die eine gleichmäßig abnehmende Funktion der differentiellen Absorptionswärme mit dem Wassergehalt darstellt. Die Bedingung, die eingehalten werden muß, um eine Phasentrennung (der Gelatine-Wasser-Phase) in die beiden flüssigen Phasen Gelatine-Wasser und Wasser zu vermeiden, führt in dem Spritzzylinder während des Spritzens zu folgendem: Die Wasseraktivität (a^jjyr) der Gelatine sollte bei der höchsten Temperatur in dem Spritzzylinder und bei dem Wassergehalt von 0,05 bis 0,25 weniger als 1 sein.

Erfindungsgemäß ist es möglich geworden, die Verarbeitungstemperatur eines hydrophilen Polymers um zumindest 100 C zu verringern, was bedeutet, daß es möglich geworden ist, die.Verarbeitungstemperatur (T ) durch Zusatz von ausreichend Wasser (X größer 0,05 und kleiner 0,25) während des Verarbeitens des hydrophilen Polymers zu verschieben, was zu einem Temperaturbereich von 50 bis 190⁰C führt, wo kein Abbau des hydrophilen Polymers während der Verarbeitung statt-

_ 31 -

183

L 4 3 I Ö O O - 31 -

findet. Der Schmelzbereich einer typischen Gelatine mit Wassergehalt X < 0,002 (dieser Wasserbereich ist üblich während der Verarbeitung von Polyamiden, die in ihrer chemischen Struktur Gelatine ähnlich sind) liegt zwischen 220 und 250⁰C. Dieser Schmelzbereich ist wieder vergleichbar mit dem Schmelzbereich von

aliphatischen Polyamiden. Polyamide z.B. zeigen ein unterschiedliches Verhalten bezüglich ihrer Verträglichkeit mit Wasser während der Verarbeitung. Die Absorptionsisotherme von Nylon 6 besitzt z.B. keinen Wendepunkt und seine Differentialabsorptionswärme ist keine gleichmäßig abnehmende Funktion des Wassergehaltes und schon bei Raumtemperatur zeigt die Absorptionsisotherme einen Gleichgewichtswert für die Wasseraktivität entsprechend einem Wassergehalt von 0,05. Wenn dem Polyamid jetzt ein Wassergehalt von ungefähr 0,035 bei Raumtemperatur zugesetzt wird, tritt bereits eine Phasentrennung der Wasser und Wasser-Polyamid-Phasen unterhalb 100⁰C ein. Da das Nylon 6 Polymer bei diesem Wassergehalt und bei Temperaturen unterhalb von 100⁰C nicht geschmolzen ist, ist das Polyamid nicht verarbeitbar. Bei einem Wassergehalt von 0,035 und Temperaturen gleich oder höher als 100⁰C ist das Polyamid wiederum nicht verarbeitbar aufgrund des Ausschwitzens von Wasser in dem Spritzzylinder und der Form. Dieser Effekt ist bekannt (Vergl. Kunststoff Handbuch, Bd. 6: Polyamide, Herausgeber R. Viewegen, A. Müller, Karl Hanser Verlag, München, 1966).

Beim Verzweigen und Vernetzen von hydrophilen Polymeren, insbesondere verschiedenen Gelatinearten, ist es wichtig, die Vernetzungsmittel, insbesondere die kovalenten Vernetzungsmittel, kurz vor dem Spritzen der geschmolzenen hydrophilen Polymere zuzusetzen.

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Aus Fig. 9 der vorliegenden Erfindung kann geschlossen werden, daß die Zunahme des Molekulargewichts der hydrophilen Polymeren die Lösungstemperatur der Polymeren erhöhen wurden.

Aufgrund eines möglichen Abbaus bei erhöhter Verarbeitungstemperatur ist es nicht günstig, die hydrophilen Polymere vor dem Spritzen zu verzweigen oder zu vernetzen.

Entsprechend Fig. 1 wird eine wässrige Lösung von Vernetzungsmitteln eingespritzt vor einem Mischsystem, das sich zwischen der Schmelz- und Plastifiziereinheit "¹A-und der Spritzeinheit 1, befindet... Die .Vernetzungs-reaktion findet hauptsächlich während des Spritzzyklus statt und während der Zeit nach dem Ausstoßender Kap-

sei. Durch die oben beschriebene Arbeitsweise bezüglich des Verzweigens und Vernetzens, tritt kein Nachteil einer Veränderung der thermodynamischen Eigenschaften des hydrophilen Polymers während des Schmelz- und Lösungsprozesses ein.

Die hydrophilen Polymere, vorzugsweise verschiedene Gelatinearten, werden unter den folgenden in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen (extrudiert und) gespritzt:

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TABELLE

Spritzbedingungen für hydrophile Polymere Spritzeinheit

Schneckendurchmesser

Spritzdruck

berechnetes Ausstoßvolumen (swept ν.)

wirksame Schneckenlänge Plastifizierungskapazität (PS)

mm

N χ m

L;D 24

18,8

kg/h(max.) 1a

•13,5

9,2

23,6

17,5

28

16,1

21,2 14,5 34 27

32

	2x1O"8	1	,6x1	Ο"8	1 ,2x1	O"8	CXj
2,	38		51	,7	67	,5	CJ

13,5

21,5 15 36 27,5

Schneckenausschlag

Spritzkapazität

Spritzgeschwindigkeit

DUsenkontaktkraft

mm (max.)

kW

mm/s(max.)

kN 84

30

84

30

4 60

41,2 4 1,2

84

30 460 ,2

V ,'

Fortsetzung TABELLE 4

Drehgeschwindigkeit der Schnecke

Anzahl der Heizzonen Heizkapazität

Formeinheit

Festhaltekraft

Öffnungsweg

min

kW

kN

mm

Var. 1a 11a Var. 1b 11b	20 20 20 20	-280 -170 -600 -400
5	5	5
6,1	6,1	6,1

100

600 250

Neben dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung (Formung) von Kapseln kann der Fachmann diese Offenbarung auch anwenden, um Kapseln mit Hilfe anderer Verfahren herzustellen, wie durch Profilextrudieren, Formpressen, Vakuumformen, thermisches Formen, Extrudieren, Gießen in Kombination mit Vakuumformen usw..

Während die bevorzugte Ausführungsform der Spritzguß-Mikroprozessor-Kombination geeignet ist zur Herstellung von Gelatinekapseln aus verschiedenen Gelatinearten, hat es sich gezeigt, daß Kapseln guter Qualität auch hergestellt werden können durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Gelatine, die vorzugsweise eine geringere Qualität besitzt und unmittelbar vor dem Spritzen modifiziert worden ist durch kovalente und/oder nicht kovalente Vernetzungsmittel wie:

Mehrwertige Metallsalze, wie Aluminium und Calciumsal·- ze, Borsäure, Kaliumalaun, Ammoniumalaun u.a..

Metallsalze von Chrom, Aluminium oder Zirkonium (Chromacetat, Chromalaun) wie sie beschrieben sind in den DT-PS 24 39 553, 26 26 026, 21 48 428 und 25 05 746.

Aldehyde und Ketone sowie ihre halogenierten Derivate wie Formaldehyd, Paraformaldehyd, 2,4,6-Trinitrobenzaldehyd, Chinone(Benzοchinon), 1,2- und 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen wie Glyoxal, Cyclohexandion-1,2; 1,5-Dialdehyde (Glutaraldehyd); Säuren und Säureanhydride wie Mucochlorsäμre, Chloride von 2-basischen organischen Säuren, Anhydride

30 von Tetracarbonsäuren;

- 36 -

fV 1 Q O O

bio J ο -³⁶ -

Verbindungen mit mehr als zwei leicht aufbrechenden heterocyclischen dreigliedrigen Ringen wie Ethylenoxid und Ethylenimin;

mehrwertige Methansulfensäureester; keinen Stickstoff enthaltende mehrwertige Verbindungen wie Ethylenglykol-dimethacrylat, Diepoxybutan, Epichlorhydrin, Dichlorpropanol, Diethylenglykoldimethacrylat, Dichiοrmethyl-und Dichloroctylether u.a.; stickstoffhaltige mehrwertige Verbindungen, z.B.

Hexamethylen-diisocyanat,. Dimethyl-adipimat,' Bisdiazobenzidin, Woodward's Reagens K, N,NV-(I,3-Phenylen)-bismaleinsäureimid, N,N'-Ethylen-bis-(iodacetamid), Harnstoff, Trichlorisocyanursäure, Ethylen-bismethacrylamid, Tetrachlorpyrimidin, Dimethylolharnstoff, Dirnethylol-ethylenharnstoff, Methylol- und Dimethylol-acrylamid sowie die folgende Gruppe von Vernetzungsmitteln, die beschrieben sind in DE-PS 23 294, DT-PS 24 39 553, DT-PS 25 05 746, DT-PS 26 25 026, EP-PS 0 021 108, US-PS 3 321 313 und DT-PS 21

20 428;

Carbodiimide; SuIfobetain-carbodiimide; Carbamoyl-oxypyridinium-Salze; Carbamoylonium-Salze;

25 i-N-Ethoxy-carboxy-2-ethoxy-dihydrochinolin; Isoxazolium-Salze; Bis-isoxazolium-Salze; und Diisocyanate;

Bei der Herstellung von Kapseln mit Hilfe der oben beschriebenen hydrophilen Polymere führt die Verwendung von Weichmachern, Gleitmitteln und Färbemitteln besonders pharmazeutisch geeigneten Substanzen zu optimalen Produktquälitaten.

- 37

Pharmakologisch verträgliche Weichmacher wie Polyethyl englykol oder vorzugsweise niedermolekulare organische Weichmacher wie Glycerin, Sorbit, Dioctylnatriumsulfosuccinat, Triethylcitrat, Tributylcitrat, 1,2-Propylenglykol, Mono-, Di- und Triacetate von Glycerin usw. werden in verschiedenen Konzentrationen von ungefähr 0,5 bis 40 %_t vorzugsweise 0,5 bis 10 %, bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt.

Pharmakologisch verträgliche Gleitmittel, wie die Stearate von Aluminium, Calcium, Magnesium und Zinn sowie Talkum, Silicone usw. werden in Konzentrationen von ungefähr 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,1 bis 5 %_f "bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, zuge-

15 setzt. ;

Pharmazeutisch ' . , ^

~v" annenmDare Farbemittel, wie Azofarbstoffe und

andere Farbstoffe und Pigmente wie Eisenoxide, Titandioxide, natürliche Farbstoffe usw. werden in Konzentrationen von ungefähr 0,001 bis 10 %, vorzugsweise 0,001 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt.

Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß angewandte Kombination Spritzgußvorrichtung-Mikroprozessor zu Kapseln hoher Qualität führen kann, ausgehend von verschiedenen Arten bzw. Qualitäten von Gelatine in Kombination mit 5 bis 95 Gew.-% Streckmitteln wie Sonnenblumenproteinen, Sojabohnenproteinen, Baumwollsanen proteinen, Erdnußproteinen, Rapssamenproteinen, Lactose, Gummiarabicum, Acrylaten und Methacrylaten, wasserlöslichen Derivaten von Cellulose wie Cellulose-acetyl-phthalat (CAP), Hydroxypropyl-

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cellulose, Hydroxypropyl-methylcellulose, Hydroxypropyl-methylcellulosephthalat (HPMCP), Hydroxyinethylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Schellack, Bentonit, Polyvinyl-acetatphthalat, phthalierte Gelatine, succinierte Gelatine, Polysaccharide wie Agar-agar.

Bei der Herstellung von Kapseln aus den oben "beschriebenen Polymeren führt die Verwendung von Weichmachern, Gleitmitteln und Färbemitteln, vorzugsweise pharmazeutisch geeigneten Substanzen, zu Produkten optimaler Qualität.

Pharmakologisch verträgliche Weichmacher wie Polyethylenglykol oder vorzugsweise niedermolekulare organische Weichmacher wie Glycerin, Sorbit, Dioctylnatriumsulfosuccinat, Triethylcitrat, Tributylcitrat, 1,2-Propylenglykol,·Mono-, Di-, Tri-acetate von Glycerin usw. werden in verschiedenen Konzentrationen von ungefähr 0,5 bis 40 %, vorzugsweise 0,5 bis 10 %, bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, ange-.. wandt.

Pharmakologisch verträgliche Gleitmittel wie die Stearate von Calcium, Magnesium, Zinn sowie Talkum, Silicone usw. werden in Konzentrationen von etwa 0,1 bis 10 %, vorzugsweise 0,1 bis 5 %> bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, verwendet.

Pharmakologisch verträgliche Färbemittel wie Azo-Farbstoffe und andere Farbstoffe und Pigmente wie Eisenoxide, Titandioxide, natürliche Farbstoffe usw. werden.in Konzentrationen von ungefähr 0,001 bis 10 %, vorzugsweise 0,001 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht

30 des hydrophilen Polymers, angewandt.

- 39 -

2 4 9 ι ö j o -39-

Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß Kapseln hoher Qualität mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung der Kombination Spritzgußvorrichtung-Mikroprozessor aus anderen Polymeren hergestellt werden können, die darmlöslich sind (2 h gegen Magensaft beständig, in gut 30 min im Darm löslich entsprechend USP XX) wie:

Hydroxypropyl-methylcellulosephthalat (HPMCP), PoIyvinyl-acetatphthalat (PVAP), Celluloseacetylphthalat (CAP), Acrylate! und Methacrylaten (Eudragit), phthalierter Gelatine, succinierter Gelatine, Crotonsäure und Schellack. Diese im Darm löslichen Polymere können kombiniert werden mit 5 bis 95 Gew.-^ verschiedener Streckmittel wie verschiedenen Gelatinearten und/oder

15 Gelatine, die modifiziert ist durch kovalente und

nicht kovalente Vernetzungsmittel oder Kombinationen von mehr als einem kovalenten und nicht kovalenten Vernetzungsmittel, pflanzlichen Proteinen wie Sonnenblumenproteinen, Sojabohnenproteinen, Baumwollsamenproteinen, Erdnußproteinen, Rapssamenproteinen, Blutproteinen, Eiproteinen und acetylierten Derivaten davon u.a., Alginaten, Lactose, Gummiarabicum, wasserlöslichen Derivaten von Cellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxymethylcellulöse, Polyvinylpyrrolidon und wasserlöslichen Polysacchariden wie Agar-Agar.

Bei der Herstellung von Kapseln aus den oben beschriebenen Polymeren führt die Anwendung von Weichmachern, Gleitmitteln und Färbemitteln, besonders pharmazeutisch geeigneten Substanzen, zu Produkten optimaler Qualität.

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·' U

9 18 3

Pharmakologisch verträgliche Weichmacher wie PoIyethylenglykol oder vorzugsweise niedermolekulare organische Weichmacher wie Glycerin, Sorbit, Dioctylnatriumsulfosuccinat, Triethylcitrat, Tributylcitrat, 1,2-Propylenglykol, Mono-, Di-, Tri-acetate von Glycerin usw. werden in verschiedenen Konzentrationen von etwa 0,5 bis 40 %, vorzugsweise 0,5 bis 10 %, bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt .

Pharmakologisch verträgliche Gleitmittel wie Stearate von Aluminium, Calcium, Magnesium, Zinn sowie Talkum, Silicone usw. werden in Konzentrationen von etwa 0,1 bis 10 %₇ vorzugsweise 0,1 bis 5 %_t bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt.

Pharmazeutisch geeignete Färbemittel wie Azo-Farbstoffe und andere Farbstoffe und Pigmente wie Eisenoxide, Titandioxide, natürliche Farbstoffe usw. werden in Konzentrationen von ungefähr 0,001" bis 10 %, vorzugsweise 0,001 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht des hy-

20 drophilen Polymers, angewandt.

Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß Kapseln hoher Qualität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung der Kombination Spritzgußvorrichtung-Mikroprozessor mit anderen Polymeren anstelle von Gelatine hergestellt werden können wie aus pflanzlichen Proteinen wie Sonnenblumenproteinen, Sojabohnenproteinen, Baumwollsamenproteinen, Erdnußproteinen, Rapssamenproteinen, Blutproteinen, Eiproteinen und acetylierten Derivaten davon und ähnlichem, Alginaten,Lactose, Gutttttiiarabicum, wasserlöslichen Derivaten von Cellulose wie Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose,

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9183

Hydroxypropylmethylcellulose, anderen wasserlöslichen Kohlenhydraten wie Agar-Agar, anderen wasserlöslichen Polymeren wie Acrylsäurepolymeren, Polyvinylpyrrolidon u.a. sowie Vinylacetat.

Bei der Herstellung von Kapseln aus den oben beschriebenen Polymeren führt die Verwendung von Weichmachern, Gleitmitteln und Färbemitteln, vorzugsweise pharmazeutisch geeigneten Substanzen, zu Produkten mit optimaler Qualität.

Pharmakologisch verträgliche Weichmacher wie PoIyethylenglykol oder vorzugsweise niedermolekulare organische Weichmacher wie Glycerin, Sorbit, Dioctylnatriumsulfosuccinat, Triethylcitrat, Tributylcitrat, · 1,2-Propylenglykol, Mono-, Di-, Tri-acetate von GIycerol usw. werden in verschiedenen Konzentrationen von etwa 0,5 bis 40 %, vorzugsweise 0,5 bis 10 %, be-. zogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt.

Pharmakologisch verträgliche Gleitmittel wie die Stearate von Aluminium, Calcium, Magnesium, Zinn sowie Talkum, Silicone usw. werden in Konzentrationen von ungefähr 0,1 bis 10 %, vorzugsweise 0,1 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht des hydrophilen Polymers, angewandt .

Pharmazeutisch annehmbare Färbemittel wie Azo-Farbstoffe und andere Farbstoffe und Pigmente wie Eisen- . oxide, Titandioxid, natürliche Farbstoffe usw. werden in Konzentrationen von ungefähr 0,001 bis 10 %, vorzugsweise 0,001 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht

30 des hydrophilen Polymers, angewandt.

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Claims (18)

1. Herstellung von Kapseln aus Knochengelatine Nr. 1 mit verschiedenen Vassergehalten.

Um das Verfahren und die Vorrichtung, wie oben beschrieben, zu untersuchen, wurden Ansätze von Gelatine mit unterschiedlichen Vassergehalten hergestellt und konditioniert und dann in einer Spritzgußvorrichtung bei verschiedenen Arbeitsbedingungen untersucht. Die Knochengelatine Nr. 1 besaß die folgenden Mittelwerte für die Molekularmasse:

Ein Ansatz dieser Gelatine in Granulatform mit einem mittleren Durchmesser der Körner von 2 mm wurde folgendermaßen konditioniert: Die Gelatine, deren ursprünglicher Vassergehalt 0,105 betrug, wurde in eine Trommel gegeben und mit fein verteiltem Vasser bis zu dem für jeden Versuch gewünschten berechneten Vassergehalt besprüht. 1 Gew.-% Calciumstearat wurde als Gleitmittel zugesetzt. Der Ansatz wurde dann gründlich vermischt und in der geschlossenen Trommel 3 Tage bei Raumtemperatur aufbewahrt. Es wurden verschiedene Versuchsreihen durchgeführt, jeweils mit einem Ansatz Gelatine mit unterschiedlichem Vassergehalt. Die Tem-

- 43 -

peraturen an unterschiedlichen Punkten in den Formungscharakteristika und der Qualität der Kapseln.

Entsprechend Fig. 2 betrugen die Zeiten in dem Arbeitszyklus der Kombinaticnsspritzgußvorrichtung-Mikroprozessor folgendes:

Punkte im Arbeitszyklus A-B

B-C (Ausgleich-Zeit) C-D (Füll-Zeit) D-E '

E-A

Druck in der Düse : 1,94 χ 10 N
Temperaturen an unterschiedlichen Punkten der Schnecke: variabel, s. Tabellen 4-12 unten

20 Temperatur an der Düse: variabel, s. Tabellen 4-12 unten In Tabelle 4 unten und den folgenden Tabellen für die Reihen A bis I v/erden die folgenden Abkürzungen verwendet:

X Wassergehalt der Gelatine

T_M Schmelztemperatur der Gelatine, bestimmt durch Differantialabtastkalorimetrie

T, Temperatur am Anfang der Schnecke T Temperatur in der Mitte der Schnecke T Temperatur am Ende der Schnecke T Temperatur an der Düse LFV Lineare Fließgeschwindigkeit L Fließlänge D Filmdicke

- 44 -

2 4 3 1 O J Ό - 44 -

Beispiel 1

Annehmbare Gelatimekapseln'enthaltend 1 Gew.-% Calciumstearat wurden entsprechend den in Tabelle 4 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt: Proben-Parameter: T_M = 92,8°C; X= 0,136

Annehmbare Gelatinekapseln₍enthaltend 1 Gev;.-% CaI-ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden Tabelle 5 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:
Proben-Parameter: T_M = 86,8 C; X = 0,146

Annehmbare Gelatinekapseln^ enthaltend 1 Gew„-% CaI-ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden

2 u H ι Η -5 K - 45 -

Tabelle 6 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:
Proben-Parameter: T_M = 85,8°C; X = 0,166

15 Annehmbare Gelatinekapseln enthaltend 1 Gew.-?6 CaI-ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden Tabelle 7 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:

Proben-Parameter: Tj, = 80°C; X = 0,174

Annehmbare Gelatinekapseln enthaltend 1 Gey.-% CaI-ciumstearat wurden entsprechend den ii der folgenden

- 46 -

- 46 -

Tabelle 8 zusammengafaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:
Proben-Parameter: T_M = 75°C; X = 0,193

Annehmbare Gelatinekapseln enthaltend 1 Gew.-% CaI-ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden Tabelle 9 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen her-20 gestellt:

Proben-Parameter: T_M = 70⁰C; X = 0,208

Herstellung von Kapseln aus Knochengelatinen Nr. 1 35 unter Zusatz eines Weichmachers.

249183

Ein Ansatz von Gelatine mit einem bestimmten Wassergehalt und einem Weichmacher wurde hergestellt und konditioniert und dann unter verschiedenen Arbeitsbedingungen in einer Spritzgußvorrichtung untersucht, Ein Ansatz von Knochengelatine Nr. 1 in granulierter Form mit einem mittleren Durchmesser der Teilchen wurde folgendermaßen konditioniert: Die Gelatine deren Wassergehalt 10,54 % betrug, wurde in eine Trommel gegeben und mit einem speziellen'feinteiligen Gemisch aus Wasser und Glycerin als Weichmacher bis auf den berechneten gewünschten Gehalt besprüht. Es wurden 1 Gew.-% Calciumstearat als Gleitmittel zugegeben. Das angewandte Verfahren entspricht genau dem im Beispiel 1 angegebenen.

Geeignete Gelatine wurde unter den in Tabelle 10 angegebenen Arbeitsbedingungen verarbeitet. Glykol-Gehalt 3,5 Gew.-96

Herstellung von Kapseln aus Schweinehautgelatine Nr. mit verschiedenen Wassergehalten (Beispiele 8 und 9).

Schweineahtugelatine Nr. 2 mit den folgenden Werten für die Molekularmarmasse wurde angewandt.

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249183

Zahlenmittel 34000 Dalton

Viskositätsmittel 65000 Dalton

Gewichtsmittel ' 80000 Dalton

Zentrifugenmittel 1450000 Dalton

Molekularmasse der größten Moleküle 2,10 Dalton

Beispiel 8

Annehmbare Gelatinekapseln,enthaltend 1 Gew.-% CaI-

ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden Tabelle 11 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:
Proben-Parameter: T_M = 80⁰C; X = 0,167

Tabelle 11 T T T T L LFV

Beispiel 9

Annehmbare Gelatinekapseln enthaltend 1 Gew.-^ CaI-ciumstearat wurden entsprechend den in der folgenden Tabelle 12 zusammengefaßten Arbeitsbedingungen hergestellt:
Proben-Parameter: T_M .= 70°C; X = 0,202

Tabelle 12 T. T T T L LFV

b m e g — D

249 183

Erfindungsansprüche

1. Vorrichtung zur automatischen Herstellung von Kapseln, umfassend

a) eine Aufgabevorrichtung (5) mit einer Auslaßöffnung (34) zur Aufnahme, Lagerung, Aufrecht-

5 erhaltung und Einspeisung von Gelatine

b) eine Spritzeinheit (1) zum Schmelzen, Lösen in Wasser und Plastifizieren der Gelatine (4) zu plastifizierter Gelatine (14), umfassend einen Spritzzylinder (17) mit einer Einlaßöffnung (54), die mit der Aufgabevorrichtung verbunden ist und Gelatine aus deren Auslaßöffnung (34) aufnimmt, eine Heizvorrichtung (18) und ein Transport- und Kolbenelement (Schnecke) (8), das drehbar und hin- und her-bewegbar in dem Spritzzylinder angeordnet

15 ist

c) ein Formwerkzeug (6), das mit dem von dem Einlaß (54) entfernten Ende des Spritzzylinders (17) verbunden ist, umfassend kapseiförmige Hohlformen (19) und Mittel zum Ausstoßen der geformten- Kapsel-

20 teile

d) eine üblicherweise geschlossene Ventilanordnung (50), die mit dem Spritzzylinder (17) und dem Formwerkzeug (6) verbunden ist und zusammenwirkt mit dem Transport- und Kolbenelement (8), zur Bewegung der Ventilanordnung (50) in die offene Stellung und

249 183 8 -Γ-

einer damit vorbestimmten Abgabemenge plastifizierter Gelatine in die Form (6)

e) einen Mikroprozessor (28) in dem Parameter gespeichert sind, zur Festlegung sowohl einer

Vielzahl von Zeitpunkten für einen gewünschten Arbeitszyklus für die .Spritzeinheit (1) und das Formwerkzeug (6)

f) Fühler bzw. Sensoren, verbunden mit einem Eingangssignalbereich (52.) zum Erfassen der tatsächlichen Betriebszeit der Spritzeinheit und des Formwerkzeugs und von Temperatur, Druck und Wassergehalt der Gelatine in der Aufgabeeinheit (5)

g) Mittel, die mit dem Eingangssignalbereich (52) und dem Mikroprozessor bzw. Speicher (51) verbunden sind zum Nachweis der Abweichung zwischen den Sensor-Signalen und den in dem Mikroprozessor gespeicherten Parametern einschließlich Mitteln zur Weitergabe dieser Abweichungen und h) Betätigungseinrichtungen bzw. Steuersignalgeber

(53) zwischen den Mitteln zur Weitergabe der Abweichungen und der Spritzeinheit, dem Formwerkzeug, der Aufgabeeinheit und der Ventileinheit, zur Einstellung der Arbeitsparameter für optimalen Betrieb der automatischen Spritzgußvorrichtung.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichne t dadurch, daß die Aufgabeeinheit (5) Mittel umfaßt, um die Gelatine bei vorbestimmter Temperatur und Wassergehalt zu halten, die innerhalb der in dem

30 Mikroprozessor gespeicherten Parameter liegen.

3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Spritzeinheit (1) folgende Teile umfaßt:

a) Hydraulische Vorrichtungen (9), um das Transport-

M 1

V/

und Kolbenelement (8) axial zu dem Spritzzylinder (17) zu bewegen,

b) Mittel, die die Steuersignalgeber (53) bzw. Steuerkreise miteinander verbinden, um wahlweise bzw. selektiv das hydraulisch betriebene Mittel (9) und die Ventileinheit (50) zu betätigen und wobei

c) die Steuerkreise so wirken können, daß eine Bewegung der hydraulisch wirkenden Vorrichtung (9) und das Öffnen und Schließen der Ventilanordnung (50) innerhalb der optimalen Bedingungen für die automatische Kapselherstellungsmaschine liegen.

4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennze ichnet dadurch, daß die normalerweise ge-

15 schlossene Ventilanordnung (50) folgende Teile umfaßt:

a) eine Düse (22) die eine Einspritzkammer für die plastifizierte Gelatine (14) bildet, eine Auslaßöffnung (21) in der Düse, die so angeordnet ist, daß sie eine Verbindung zwischen der Einspritzkammer und der Formeinheit (2) darstellt,

b) ein Nadelventil (23), das normalerweise so steht, daß die Auslaßöffnung (21) geschlossen ist,

c) Mittel zur Betätigung des Nadelventils (23) zur

. offenen Position, um die plastifizierte Gelatine (14) von der Einspritzkammer durch die Auslaßöffnung (21) in die Formeinheit (2) abzugeben und wobei

d) die Ventilanordnung bei der Rückwärtsbewegung des Transport- und Kolbenelements (8) eine Eintrittsöffnung bildet, um eine neue Charge plastifizierte Gelatine in die Düse (22) gelangen zu lassen.

5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Transport- und

? 7 L . lsi ι

Kolbenelement (8) die Einlaßöffnung in die Ventilanordnung (50) verschließt.

6. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß

a) die Heizvorrichtung (18) über einen wesentlichen Teil der Länge des Spritzzylinders angeordnet ist und selektiv arbeiten kann, um die Gelatine zu schmelzen und in Wasser zu lösen und zu plastifizieren

10 und

b) die hydraulische Anordnung (9) zusammenwirkt mit dem Transport- und Kolbenelement (8) in dem Zylinder (17) zur Regelung des Spritzdrucks der plastifizierten Gelatine, wenn die Ventilanordnung

15 in die offene Stellung bewegt wird.

. 7. - Vorrichtung nach Punkt 1 bis 6, umfassend

a) Kühlvorrichtungen (24) in der Formeinheit (2) zur Verfestigung der plastifizierten Gelatine unter BiI-

20 dung der Kapselteile und wobei

b) die Kühlvorrichtungen (24) (nur) während der normalen geschlossenen Stellung der Ventilanordnung (50) arbeiten.

8. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung (18) und die Kühlvorrichtung (24) wahlweise bzw. selektiv arbeiten, wenn die Ventilanordnung (50) sich in der normalen geschlossenen Stellung befindet»

9. Verfahren zur Herstellung von Kapselteilen,mit Hilfe der Vorrichtung nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet -dadurch, daß man

a) Gelatine unter geregelten Bedingungen von Temperatur,

35 Druck und V/assergehalt hält,

go a - 5j-

b) vorbestimmte Mengen der Gelatine schmilzt und

in Wasser löst und unter geregelten Druckbedingungen in plastifizierte Gelatine überführt,

c) eine ausreichende Menge der plastifizierten Gelatine in eine Form für einen Kapselteil einspritzt,

d) die plastifizierte Gelatine in der Form abkühlt und

e) den Kapselteil aus der Form ausstößt.

10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß man bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 190^QC arbeitet.

11. Verfahren nach Punkt 9 oder 10, g e k e η η zeichnet dadurch, daß man das Schmelzen und

Lösen in Wasser bei einem Druck im Bereich von 600 bis 3000 Nm"² durchführt.

12. Verfahren nach Punkt 9 bis 11, gekenn-

zeichnet dadurch, daß man eine Gelatine mit einem Wassergehalt von 5 bis 25 Gew.-96, bezogen auf die trockene Gelatine, verwendet.

13.- Verfahren nach Punkt 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß man die Gelatine mit einem Wassergehalt von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die trockene Gelatine, erhitzt bis sie den Glasübergangs- . bereich durchschreitet.

14. Verfahren nach Punkt 9 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß man die geschmolzene und gelöste Geläine oberhalb des Glasübergangsbereichs bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 19O⁰C plastifiziert.

15. Verfahren nach Punkt 9 "bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß man die Gelatine oberhalb des GlasUbergangsbereichs bei einem Druck im Bereich von 600 bis 3000 Nm"² plastifiziert.

16. Verfahren nach Punkt 9 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß der Wassergehalt der plastifizierten Gelatine 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die trockene Gelatine, beträgt.

17. Verfahren nach Punkt 9 "bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß man die plastifizierte Gelatine unter einem Druck im Bereich von 600 bis 3000 Nm in die Form spritzt.

15 -

18. Verfahren nach Punkt. 9 "bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß man die plastifizierte Gelatine in der Form auf eine Temperatur von unter 5O⁰C kühlt.

Hierzu JBJSeiten Zeichnungen

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