DE102014006502A1 - Method and device for producing coated granules, pastils or tablets by means of in-situ coating - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine Beschichtung von Granulaten, Pastillen, Tabletten oder dgl. direkt gekoppelt mit dem Formgebungsprozess in einem Verfahrensablauf ermöglicht sowie die dazu erforderliche Vorrichtung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird der Formgebungs- (hier: Pastillierung) und Beschichtungsprozess mittels einer In-situ Beschichtung in nur einem Schritt durchgeführt. Dabei wird anstelle eines Reinstoffes direkt ein Stoffgemisch, bestehend aus einem Feststoff (Pulver) dem gewünschten Beschichtungsstoff und dem gewünschten zu beschichtenden Stoff, aufgeschmolzen und auf ein thermostatierbares Förderband getropft. Durch gezielte Kühlung nach Auslösen der gezielt ausgelösten Keimbildung ist es möglich, einen Stoff nahezu rein an der Tropfenoberfläche (äußere Schicht) zu kristallisieren. Im Inneren der Pastille (Kern) verfestigt sich das eutektische Gemisch oder der Kern verbleibt flüssig. Beschichtung und Formgebung von Granalien, Pastillen oder Tabletten für medizinische und pharmazeutische Zwecke, Lebensmittel und DüngemittelThe invention has for its object to develop a method that allows a coating of granules, pastilles, tablets or the like. Directly coupled with the molding process in a process flow and to create the required device. According to the invention, the shaping (here: pastillation) and coating process is carried out by means of an in-situ coating in only one step. In this case, instead of a pure substance directly a mixture consisting of a solid (powder) the desired coating material and the desired material to be coated, melted and dropped onto a thermostable conveyor belt. By targeted cooling after triggering the targeted nucleation, it is possible to crystallize a substance almost pure on the surface of the drop (outer layer). Inside the lozenge (core), the eutectic mixture solidifies or the core remains liquid. Coating and shaping of granules, pastilles or tablets for medical and pharmaceutical purposes, food and fertilizers
Description
Der Prozess der Pastillierung wird hauptsächlich angewendet, um Pulver (z. B. Düngemittel), welche zur Verklumpung neigen oder über eine schlechte Fließfähigkeit verfügen, in Schüttgüter mit verbesserten Eigenschaften zu überführen. In diesem Prozess wird das Pulver geschmolzen und auf ein temperiertes Förderband z. B. aus Stahl paralell in Tropfenreihen zertropft. Die Schmelztropfen erstarren (überwiegend durch Kristallisation) und fallen am Ende in Pastillenform vom Band /
In vielen Anwendungsbereichen wird eine Beschichtung von Granulaten, Pastillen oder Tabletten gefordert. Diese Beschichtung wird derzeit im Anschluss an einen Formgebungsprozess wie die Pastillierung oder Tablettierung in einem separaten Verfahren durch Tauchen in eine Lösung oder das Besprühen mit einer Lösung des Beschichtungsmaterials realisiert. Dies bedeutet einen zusätzlichen Aufwand z. B. hinsichtlich Anlagentechnik, Lösungsmittelverbrauch und Energiekosten.In many applications, a coating of granules, pastilles or tablets is required. This coating is currently being realized following a molding process such as pastillation or tabletting in a separate process by dipping in a solution or spraying with a solution of the coating material. This means an additional expense z. B. in terms of plant technology, solvent consumption and energy costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine Beschichtung von Granulaten, Pastillen, Tabletten oder dgl. direkt gekoppelt mit dem Formgebungsprozess in einem Verfahrensablauf ermöglicht sowie die dazu erforderliche Vorrichtung zu schaffen.The invention has for its object to develop a method that allows a coating of granules, pastilles, tablets or the like. Directly coupled with the molding process in a process flow and to create the required device.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Formgebungs- (hier: Pastillierung) und Beschichtungsprozess mittels einer In-situ Beschichtung in nur einem Schritt durchgeführt werden kann durch Kombination der Komponenten mit dem Know-how der Kristallisation.The object was inventively achieved in that the shaping (here: pastillation) and coating process can be carried out by means of an in-situ coating in only one step by combining the components with the know-how of crystallization.
Dabei wird anstelle eines Reinstoffes direkt ein Stoffgemisch, bestehend aus einem Feststoff (Pulver) dem gewünschten Beschichtungsstoff und dem gewünschten zu beschichtenden Stoff, aufgeschmolzen und auf ein thermostatierbares Förderband getropft. Das Stoffgemisch muss hierbei ein eutektisches Phasendiagramm aufweisen. Durch gezielte Kühlung nach Auslösen der Keimbildung ist es möglich, einen Stoff nahezu rein, zumindest jedoch stark angereichert, an der Tropfenoberfläche (äußere Schicht) zu kristallisieren. Im Inneren der Pastille (Kern) verfestigt sich das eutektische Gemisch oder der Kern verbleibt flüssig.In this case, instead of a pure substance directly a mixture consisting of a solid (powder) the desired coating material and the desired material to be coated, melted and dropped onto a thermostable conveyor belt. The substance mixture must have a eutectic phase diagram. By targeted cooling after triggering the nucleation, it is possible to crystallize a substance almost pure, but at least strongly enriched, at the surface of the drop (outer layer). Inside the lozenge (core), the eutectic mixture solidifies or the core remains liquid.
Im Gegensatz zur bekannten, einfachen und bereits eingesetzten Pastillierung muss die Keimbildung bei der In-situ Beschichtung gezielt ausgelöst werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.In contrast to the known, simple and already used pastillation, the nucleation in the in-situ coating must be specifically triggered in order to achieve reproducible results.
Wendet man jedoch die konventionelle Pastillierung auf die In-situ Beschichtung und speziell auf das System Xylitol/Isomalt an, so kommt es zu zwei Problemen.
- 1. Die Komponete der Schmelze, die die Beschichtung darstellen soll, muss innerhalb weniger Minuten erstarren, um die Pastillenform zu erhalten bzw. ein Verkleben der Pastillen nach dem Ablösen vom Band zu verhindern, da die maximale Verweilzeit der Pastillen auf dem Band aus wirtschaftlichen Gründen auf weniger als 10 Minuten zu halten ist. Die Erstarrung bzw. Kristallisation von Xylitol/Isomalt Mischungen allein durch Unterkühlung dauert mehrere Tage und kann somit nicht auf konventionellen Pastillieranlagen durchgeführt werden.
- 2. Durch eine Unterkühlung allein kann die Keimbildung nicht reproduzierbar zeitlich gezielt ausgelöst werden. Bei dem Prozess der In-situ Beschichtung kann eine Phasentrennung und somit eine Aufreinigung der äußeren Schicht nur erfolgen, wenn die Keimbildung gezielt und reproduzierbar ausgelöst wird.
- 1. The component of the melt that is to be the coating must solidify within a few minutes in order to preserve the pastille shape or to prevent sticking of the pastilles after detachment from the strip, since the maximum residence time of the pastilles on the strip for economic reasons is less than 10 minutes to hold. The solidification or crystallization of xylitol / isomalt mixtures alone by supercooling takes several days and can therefore not be performed on conventional Pastillieranlagen.
- 2. By subcooling alone, the nucleation can not be triggered reproducible time targeted. In the process of in-situ coating, a phase separation and thus a purification of the outer layer can only take place if the nucleation is triggered in a targeted and reproducible manner.
Die Keimbildung kann zusätzlich zur Unterkühlung mittels der drei nachfolgenden Methoden ausgelöst werden: 1. Pulverbett, 2. Pulverberieselung und/oder 3. Ultraschall.In addition to supercooling, nucleation can be triggered by the following three methods: 1. powder bed, 2. powder sprinkling and / or 3. ultrasound.
Um das Produkt Xylitol/Isomalt Pastillen im technischen Maßstab herzustellen und die o. g. Probleme zu lösen, bestand des Weiteren die Aufgabe, den Formgebungs- und Beschichtungsprozess auf einer in der Industrie bereits eingesetzten Pastillieranlage (mit notwendigen Modifikationen) durchzuführen. Dazu gelangten ausschließlich kommerziell erhältliche Komponenten zur Anwendung /
- 1. Pulverbett: Mit Hilfe eines gebräuchlichen Kleinfördergerätes (
10 ) vor der Pastilliereinheit wird ein Pulverbett aus Saat (hier: Xylitolpulver) auf das Stahlförderband aufgetragen. Die Dicke des Pulverbettes kann individuell durch die Frequenz der Vibration des Kleinfördergerätes eingestellt werden. Es kann je nach Zusammensetzung der Xylitol/Isomalt Mischung sowohl Xylitol als auch Isomalt als Saat genutzt werden. Darüber ist es auch möglich inerte Fremdsaat zu verwenden, wie z. B. Stärke. - 2. Pulverberieselung: Um die Pastillen auch von oben mit Saat zu berieseln, wird ein baugleiches Kleinfördergerät (
10 ) nach der Pastilliereinheit über das Stahlförderband angebracht. - 3. Neben des Auslösens der Keimbildung mit Hilfe von Saatkristallen, kann die Keimbildung auch durch einen Ultraschallimpuls ausgelöst werden. Dies geschieht mittels eines Leistungs-Ultraschallhomogenisators mit einer Sonotrode (
11 ), welche hier an der Spitze einen Durchmesser von 3 mm besitzt. Je kleiner die Sonotrodenspitze desto universeller (auch bei sehr kleinen Pastillen) kann die Sonotrode eingesetzt werden. Diese Sonotrode wird direkt nach der Pastilliereinheit so angebracht, dass die Sonotrodenspitze Kontakt zu der Oberfläche der Schmelztropfen hat, so dass der Ultraschall auf die Schmelze übertragen werden kann. Über die gesamte Kontaktzeit zwischen Sonotrode und Tropfen werden mindestens ein oder mehrere Impuls/e an den Tropfen abgegeben.
- 1. powder bed: With the help of a conventional small conveyor (
10 ) in front of the pastilla unit, a powder bed of seed (here: xylitol powder) is applied to the steel conveyor belt. The thickness of the powder bed can be adjusted individually by the frequency of the vibration of the small conveyor. Depending on the composition of the xylitol / isomalt mixture, both xylitol and isomalt can be used as seed. In addition, it is also possible to use inert foreign seeds, such as. B. strength. - 2. Powder sprinkling: In order to sprinkle the lozenges with seeds from above, an identical small conveying device (
10 ) after the pastille unit over the steel conveyor belt. - 3. In addition to triggering the nucleation with the help of seed crystals, the nucleation can also be triggered by an ultrasonic pulse. This is done by means of a power ultrasonic homogenizer with a sonotrode (
11 ), which here at the top has a diameter of 3 mm. The smaller the sonotrode tip the more universal (even with very small pastilles) the sonotrode can be used. This sonotrode will be right after the Pastilliereinheit mounted so that the sonotrode tip has contact with the surface of the melt droplets, so that the ultrasound can be transferred to the melt. Over the entire contact time between sonotrode and drop, at least one or more pulses are delivered to the drop.
Diese drei benannten Methoden können einzeln oder in Kombination angewandt werden, bis hin zu allen drei Methoden gleichzeitig. Im Fall von Xylitol/Isomalt Pastillen werden alle drei Methoden nacheinander geschalten verwendet.These three named methods can be used individually or in combination, up to all three methods simultaneously. In the case of xylitol / isomalt lozenges, all three methods are used in sequence.
Es konnte am Beispiel von Xylitol/Isomalt Pastillen gezeigt werden, dass die Einzelschritte: Vertropfen, kontrollierte Keimbildung durch Ultraschall, Pulverbett sowie Pulverberieselung sowohl getrennt voneinander als auch als Gesamtprozess erfolgreich funktionieren.Using the example of xylitol / isomalt lozenges, it was shown that the individual steps: dripping, controlled nucleation by ultrasound, powder bed and powder sprinkling work successfully both separately and as an overall process.
Zunächst wird die Schmelze auf das zuvor aufgetragene Pulverbett getropft. Anschließend wird der Schmelztropfen einem Ultraschallimpuls ausgesetzt und abschließend wird der Schmelztropfen mit einer Pulverschicht berieselt.First, the melt is dropped on the previously applied powder bed. Subsequently, the melt drop is exposed to an ultrasonic pulse and finally the melt drop is sprinkled with a powder layer.
Den Prozess mit allen drei Methoden in Kombination zu verwenden, hat folgende Vorteile oder ist aus folgenden Gründen unabdingbar:
- – Das Vertropfen auf ein Pulverbett verbessert einerseits die Pastillenform hin zu runderen Pastillen (durch Verringerung der Ausbreitung nach dem Vertropfen). Andererseits kommt es ohne Pulverbett nicht zu einer ausreichend schnellen Keimbildung zu einem einheitlichen, reproduzierbaren Zeitpunkt. Weiterhin wird durch das Pulverbett ermöglicht, dass die Pastille nach der Produktionszeit (maximal 10 Minuten) nicht an dem Stahlband klebt und ein Ablösen der Pastille leicht möglich wird.
- – Der Ultraschallimpuls ermöglicht eine Initiation der Keimbildung an der Tropfenoberfläche, bei jedem Tropfen zu einem definierten Zeitpunkt. Diese ist im Vergleich zur Methode mit Saatkristallen effektiver, auch bei höherer Viskosität, und führt schneller zu einer Verteilung der Keime.
- – Die Pulverschicht auf der Schmelztropfenoberfläche verbessert vergleichbar zum Pulverbett die Pastillenform. Darüber hinaus wird sowohl ein reproduzierbares als auch ein gleichzeitiges und somit gleichmäßiges Auslösen der Keimbildung auf der Tropfenoberfläche und damit eine gleichmäßigere Schichtdicke der Beschichtung ermöglicht.
- - Dropping on a powder bed improves on the one hand pastille shape towards rounder pastilles (by reducing the spread after the dripping). On the other hand, without a bed of powder, it is not possible to achieve sufficiently rapid nucleation at a uniform, reproducible time. Furthermore, the powder bed makes it possible that the pastille does not stick to the steel strip after the production time (maximum 10 minutes) and detachment of the troche is easily possible.
- - The ultrasonic pulse allows initiation of nucleation at the drop surface, with each drop at a defined time. This is more effective in comparison to the method with seed crystals, even at higher viscosity, and leads to a faster distribution of the germs.
- The powder layer on the melt drop surface improves the pastille shape, comparable to the powder bed. In addition, both a reproducible and a simultaneous and thus uniform triggering of the nucleation on the surface of the drop and thus a more uniform layer thickness of the coating is made possible.
Die Erfindung wird an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.The invention will be described in more detail in the following embodiment.
Ausführungsbeispielembodiment
Für die Herstellung wird eine konventionelle Pastillieranlage mit einer GS (Glocke/Stempel) Pastilliereinheit verwendet /
Nachfolgend wird der Prozess und das Produkt detailliert beschrieben. Der Prozess ist jedoch auch mit jeder anderen Zusammensetzung (Xylitol/Isomalt) möglich. Hierbei müssen die Parameter wie Schmelztemperatur, Bandtemperatur, Bandgeschwindigkeit, Hubfrequenz etc. angepasst werden. Die hier beschriebenen Xylitol/Isomalt Pastillen enthalten 90 Ma-% Xylitol und 10 Ma-% Isomalt. Vertropft wird die Mischung (Schmelze) bei 105°C. Das Stahlförderband hat im ersten Kühlabschnitt eine Temperatur von 35°C und im zweiten Kühlabschnitt von 5°C. Die Temperatur des Stahlförderbandes bestimmt die Kristallisationszeit und wird je nach Zusammensetzung der Schmelze angepasst. Das Stahlförderband wird über einen Motor angetrieben und die Bandgeschwindigkeit wird bestimmt durch die Umdrehungszahl des Motors gesteuert. Die Umdrehungszahl des Motors beträgt in diesem Beispiel zwischen 70 und 240 und die Bandgeschwindigkeit somit 0,7–3,5 m/min. Die Pastilliereinheit GS ist für hoch viskose Stoffsysteme geeignet. Der Hub und die Hubfrequenz muss je nach Viskosität und gewünschter Pastillengröße für jedes Produkt angepasst werden. Bei diesem Beispiel wurde ein Hub von 2,5 mm und eine Hubfrequenz von 3,2 Hz verwendet.The process and the product are described in detail below. The process is also possible with any other composition (xylitol / isomalt). Here, the parameters such as melting temperature, belt temperature, belt speed, stroke frequency, etc. must be adjusted. The xylitol / isomalt pastilles described herein contain 90% by mole of xylitol and 10% by mole of isomalt. The mixture (melt) is dropped at 105 ° C. The steel conveyor belt has a temperature of 35 ° C in the first cooling section and 5 ° C in the second cooling section. The temperature of the steel conveyor belt determines the crystallization time and is adjusted depending on the composition of the melt. The steel conveyor belt is driven by a motor and the belt speed is determined by the number of revolutions of the motor. The number of revolutions of the motor in this example is between 70 and 240 and thus the belt speed is 0.7-3.5 m / min. The pasting unit GS is suitable for high-viscosity material systems. The stroke and stroke frequency must be adjusted for each product depending on the viscosity and desired pellet size. In this example, a stroke of 2.5 mm and a stroke frequency of 3.2 Hz was used.
Die Pastillengröße variiert im Bereich, der hier eingestellten Prozessparameter, zwischen 15 × 6 mm und 9 × 4 mm. Doch auch die Pastillengröße und somit die Pastillenform kann durch Anpassen des Hubs und der Hubfrequenz noch hin zu größeren als auch kleineren Pastillen gesteuert werden.The lozenge size varies in the range of the process parameters set here, between 15 × 6 mm and 9 × 4 mm. But also the lozenge size and thus the lozenge shape can be controlled by adjusting the stroke and the stroke frequency even to larger and smaller lozenges.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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