DE19854558A1

DE19854558A1 - Vorrichtung zur Beschichtung eines flächenhaften Trägers

Info

Publication number: DE19854558A1
Application number: DE1998154558
Authority: DE
Inventors: Achim Berthold; Margit Wirz; Peter Bohnenkaemper
Original assignee: LTS Lohmann Therapie Systeme AG
Current assignee: LTS Lohmann Therapie Systeme AG
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-05-31
Also published as: WO2000030765A1; AU1859200A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Trägers mit einer Lösung oder Dispersion unter Verwendung eines Filmziehgerätes, das zu dem Träger relativ bewegt wird. Zur Herstellung einer Beschichtung mit einer gleichmäßigen vorbestimmten Schichtdicke und einer einheitlichen Oberflächenqualität weist die Vorrichtung eine Halterung (4) zur Anordnung des Filmziehgerätes (1) über dem Träger (6) auf, an der das Filmziehgerät (1) beweglich gehaltert und in Richtung auf den Träger (6) druckbeaufschlagt ist (FIG. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines flächenhaften Trägers mit einer Lösung oder Disper sion unter Verwendung eines Filmziehgerätes, insbesondere zur Beschichtung von kleinen Flächen, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie im Rahmen der Rezepturentwick lung für Pflasterzubereitungen.

Zur Produktion von flächenhaften Gebilden wie Klebebändern oder medizinischen Pflastern werden wäßrige oder organische Lösungen oder Dispersionen, z. B. Emulsionen oder Suspensio nen, auf Folien, Papiere oder Textilien aufgetragen. Bei den kontinuierlichen Beschichtungsanlagen kann der Auftrag mittels Walzenrakel-Verfahren (insbesondere bei dicken Filmschichten) oder Walzenauftrag-Verfahren (insbesondere für den Auftrag dünner Schichten) erfolgen. Beide Verfahren unterscheiden sich in der Art der Dosierung des aufzutra genden Gutes. Bei dem Walzenrakel-Verfahren erfolgt die Do sierung mit Hilfe einer Walzenrakel. Die Walzenrakel be steht aus einer Walze, auf der die zu beschichtende Unter lage läuft, und einem darüber angebrachten, in der Höhe verstellbaren Messer. Über die Stellung des Messers wird die Spaltenbreite und damit die gewünschte Filmdicke einge stellt.

Im Gegensatz dazu erfolgt die Dosierung bei einem Walzen auftrag-Verfahren mit Hilfe von zwei Walzen, der Beschich tungs- und der Dosierwalze; letztere wird häufig auch als Drehrakel bezeichnet. Die aufgetragene Menge wird bei die sem Verfahren durch den Abstand zwischen der Beschichtungs- und der Dosierwalze sowie deren Geschwindigkeiten bestimmt. Verwandte Verfahrensprinzipien zum Beschichten von Folien sind das Walzenauftrag-Verfahren mit Tauchwalze oder das Beschichtungsverfahren mittels Umkehrwalzenbeschichter.

Ein typisches Anwendungsbeispiel für das Walzenrakel- bzw. Walzenauftrag-Verfahren ist die Herstellung von transderma len therapeutischen Systemen (TTS). Zu deren Herstellung werden beispielsweise wirkstoffhaltige Lösungen auf Träger folien aufgetragen und anschließend durch einen Trockenka nal geführt. Hierbei werden die Lösungsmittel unter defi nierten Bedingungen entfernt. Die Entfernung des Lösungs mittels kann dabei beispielsweise mit Hilfe von Heißluft oder unter Verwendung von Infrarotstrahlung erfolgen. Ab schließend wird zum Schutz des getrockneten, meist selbst klebenden Films eine weitere Folie, eine sogenannte Abdeck- oder Schutzfolie, zugeführt und das so hergestellte "Lami nat" auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt.

Die beschriebenen kontinuierlichen Verfahren sind insbeson dere zur Beschichtung von großen Flächen geeignet. Sie wer den in der Regel dann angewendet, wenn die Zusammensetzung und die Eigenschaften des zu beschichtenden Gutes bereits hinreichend bekannt sind. Da große Flächen beschichtet wer den, ist ein entsprechend großer Materialeinsatz notwendig. Aufgrund des hohen Materialeinsatzes eignen sich die be schriebenen Verfahren nicht zur Beschichtung kleiner Flä chen, wie es beispielsweise in der pharmazeutischen Indu strie im Rahmen der Rezepturentwicklung für Pflasterzube reitungen üblich ist.

Bevor die vorbeschriebenen Produktionsverfahren angewendet werden, sind geeignete Rezepturen und Zusammensetzungen zu entwickeln. Für jede Prüfung von Druckfarben, Lacken, Kleb stoffen und ähnlichen Beschichtungen ist es wichtig, daß Filme mit einheitlicher Fläche und definierter Schichtdicke hergestellt werden. Die wichtigste und üblichste Methode zur Herstellung solcher Filme im Kleinmaßstab ist das Film ziehen mit Rakel oder Spirale.

Üblicherweise erfolgt das Filmziehen per Hand. Je nach Fließeigenschaften des zu beschichtenden Gutes und Ziehge schwindigkeit erfolgt eine Scherung des Films. Dies hat zur Folge, daß die resultierende praktische Naßschichtdicke (PND) kleiner ist als die theoretische Naßschichtdicke (TND); diese entspricht der Höhe der Aussparung in der Ra kel). Im allgemeinen gilt: PND = 0,6-0,7 × TND. Die resul tierende Trockenschichtdicke (TD) wiederum hängt vom Kör pervolumen (Feststoffgehalt) des zu beschichtenden Gutes ab, welches im allgemeinen bei ca. 40-50% liegt. Es gilt:
TD = 0,4-0,5 × PND = 0,4-0,5 × [0,6-0,7 × TND] = 0,25-0,35 × TND.

Das Problem bei der Herstellung von Filmen unter Verwendung von Filmziehgeräten ist die manuelle Vorgehensweise. Es kommt zu Schwankungen der Filmdicke, die durch den indivi duellen Unterschied in der Beschichtungstechnik, insbeson dere der Ziehgeschwindigkeit und des Anpressdruckes, ba dingt ist. Ferner spielt auch die "Tagesform" des Durchfüh renden eine ausschlaggebende Rolle. Hinzu kommt, daß Kar tons, Kunststoff-Folien, Leder, Textilien und andere flexi ble Beschichtungsträger häufig unebene Oberflächen besitzen oder Wölbungen aufweisen. Demgemäß kann hier die Beschich tung mit einer Rakel oder Spirale zu ungleichmäßigen Filmdicken führen.

Besonders kritisch sind solche Schwankungen der Filmdicke bei der Herstellung von pharmazeutischen bzw. medizinischen Filmen, insbesondere von selbstklebenden Pflastern oder an deren geeigneten Wirkstoffträgern. Diese enthalten in der Regel mindestens einen Wirkstoff, welcher nach der Applika tion entweder lokal, das heißt am Ort der Anwendung, oder systemisch (der Wirkstoff wird vom Organismus absorbiert, gelangt in den Blutkreislauf und wirkt generell oder in ei ner vom Applikationsort unterschiedlichen Körperregion) zur Wirkung gebracht werden soll. Die Therapiesicherheit sol cher Systeme wird maßgebend durch eine exakte Wirkstoffdo sierung gewährleistet. Eine zu niedrige Dosierung kann eine unzureichende Wirksamkeit bedingen. Dagegen können zu hohe Wirkstoffdosierungen zu unerwünschten Nebenwirkungen füh ren. Kommt es nun zu Schwankungen der Filmdicke und damit zu Schwankungen des Flächengewichtes, so weicht der tat sächliche Wirkstoffgehalt von dem angestrebten Sollgehalt ab. In einem gewissen Umfang ist dies noch unproblematisch. Sind die Abweichungen jedoch zu hoch oder werden stark wirksame Substanzen, also Stoffe, die in einer sehr niedri gen Konzentration sehr starke Effekte hervorrufen, verar beitet, so kann die erforderliche pharmazeutische Qualität nicht mehr gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beschichtung eines flächenhaften Trägers mit einer Lö sung oder Dispersion unter Verwendung eines Filmziehgerätes zu schaffen, mit der insbesondere kleinere Flächen des Trä gers mit einer definierten Schichtdicke und einer gleichmä ßigen Oberflächenqualität beschichtet werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung, zu der der zu be schichtende Träger relativ bewegt wird, eine Halterung zur Anordnung des Filmziehgerätes über dem Träger auf. An die ser Halterung ist das Filmziehgerät gegenüber dem Träger ortsfest, jedoch beweglich gehaltert und in Richtung auf den Träger druckbeaufschlagt. Damit ist es möglich, unab hängig von subjektiven Einflüssen eine gleichbleibende Oberflächenqualität und eine definierte vorbestimmte Schichtdicke der Beschichtung zu erreichen. Wesentlich ist, daß das Filmziehgerät insbesondere senkrecht zur Trä geroberfläche beweglich ist, so daß bei einer Relativbewe gung zwischen dem Träger und dem Filmziehgerät, in der Re gel bei einer Bewegung (Ziehen) des Trägers, das Filmzieh gerät den Oberflächenunebenheiten oder -wölbungen folgt und eine gleichmäßige Schichtdicke sicherstellt. Die Vorrich tung ist einfach strukturiert, wenig materialaufwendig und einfach handhabbar.

Die Vorrichtung kann vorteilhaft an einer Beschichtungssta tion angeordnet werden. Dazu kann sie auf einfache Weise mit einem Befestigungsbügel mit einer Klemmschraube verse hen sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform weist eine U-förmige Halte rung mit zwei Schenkeln auf, zwischen denen das Filmziehge rät gehaltert ist. Dabei können die freien Enden der Schen kel mit einem parallel zur Trägerebene ausgebildeten Ab schnitt zur Anordnung des Filmziehgerätes versehen sein. Dis Enden der parallel zur Trägerebene ausgebildeten Ab schnitte zur Anordnung des Filmziehgerätes können durch ei ne abschließende Querverstrebung miteinander verbunden sein.

An diesem Abschnitt ist zur Halterung des Filmziehgerätes jeweils eine quer zur Bewegungsrichtung des Trägers ausge richtete Schraube angeordnet, an der das Filmziehgerät in radialer (Schrauben-)Richtung mit Spiel gehaltert ist, um eine Bewegung desselben im wesentlichen senkrecht (verti kal) zum Träger zu ermöglichen. Außerdem ist an diesem Ab schnitt ein das Filmziehgerät in Richtung auf den Träger beaufschlagendes Federelement angeordnet.

Dieses Federelement kann eine wenig aufwendige Blattfeder sein, die mit einem Ende an dem Abschnitt festgelegt ist und mit dem anderen Ende, vorzugsweise über ein an diesem angeordnetes Druckelement, auf das Filmziehgerät drückt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spieles erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen schematisch:

Fig. 1 die Hauptansicht einer Vorrichtung zur Beschichtung eines flächenhaften Trägers,

Fig. 2 die Seitenansicht der Vorrichtung,

Fig. 3 die Draufsicht auf die Vorrichtung und

Fig. 4 eine als Filmziehgerät verwendete Rakel.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung weist eine Rakel 1 als Filmziehgerät auf und ist mit einem Befesti gungsbügel 2 mit einer Klemmschraube 3 zur Fixierung an ei ner Beschichtungsstation (nicht dargestellt) versehen. Die Rakel 1 ist an einer U-förmigen Halterung 4 mit zwei Schen keln 5 beweglich gehaltert, wobei die Schenkel 5 jeweils einen parallel zur Ebene eines zu beschichtenden Trägers 6 ausgebildeten Abschnitt 7 mit Halterungsschraube 8 aufwei sen. Die Halterungsschrauben 8 liegen der Rakel seitlich eng an und lassen eine Bewegung der Rakel 1 in radialer Richtung, bezogen auf die Halterungsschrauben 8, zu. Das Triften der Rakel in die Bewegungsrichtung des beschichte ten Trägers 6 wird durch die Querverstrebung 7a verhindert. Die Blattfedern 14 dienen als elastischer Anschlag und Fixierungshilfe für die Rakel 1. Als solches üben sie einen parallel zur Bewegungsrichtung des beschichteten Trägers 6 wirkenden Druck auf die Rakel aus und drücken diese leicht gegen die Querverstrebung 7a. An den Abschnitten 7 ist je weils ein Halterungsbock 10 für eine Blattfeder 11 ausge bildet. Die Halterungsböcke 10 sind zu Innern der Halterung 4 und zum Träger 6 zu geneigt, und die Blattfedern 11 lie gen mit einem Druckelement 12 vorgespannt auf der Rakel 1 auf. Diese wiederum liegt auf dem Träger 6 auf und ist mit einem Spalt 13 zum Durchlaß der streichfähigen Beschichtung versehen. Die Höhe des Spaltes 13 entspricht der theoreti schen Naßschichtdicke (TND) der auf dem Träger 6 zu erzeu genden Beschichtung.

In Fig. 4 ist eine Rakel 1 dargestellt. Sie ist als flacher quaderförmiger Hohlkörper zur Aufnahme der Beschichtungs masse ausgebildet und mit dem Spalt 13 versehen.

Zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Träger 6 wird die Vorrichtung in einer Beschichtungsstation über dem Trä ger 6 so angeordnet, daß die Rakel 1 auf diesem aufliegt und der Spalt 13, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Trägers 6, vorn und quer zu dieser zur Anordnung gelangt. In der Rakel 1 bevorratete Beschichtungsmasse wird bei ei nem Ziehen des Trägers 6 unter der Rakel 1 vorbei (Fig. 2) durch den Spalt 13 hindurch auf dem Träger 6 ausgezogen. Anhand der Herstellung von Kleberfilmen als Beschichtung auf einer Polyesterfolie als Träger 6 werden die mit der Vorrichtung erzielten Ergebnisse gegenüber denen bei einer Von-Hand-Beschichtung (Rakelführung manuell) und bei einer Beschichtung mit einem Laborstreichkasten im folgenden ver deutlicht.

Vergleichsbeispiel 1 Herstellung eines Kleberfilmes durch eine Von-Hand- Beschichtung

154 g einer Klebstofflösung auf Polyacrylatbasis (Durotak® 387-2051), 2 g Acetylaceton und 24 g Aluminiumacetylaceto nat (4 Gew.-% in Ethylacetat) wurden gemischt. Hierbei re sultierte ein Feststoffgehalt von 44,4 Gew.-%. Dieses Ge misch wurde in theoretische Naßschichtdicken von 200, 400 und 600 µm per manueller Rakelführung auf eine silikoni sierte Polyesterfolie (Hostaphan® RN100) aufgetragen. Die feuchten Filme wurden anschließend für 30 Minuten bei 40°C getrocknet und mit einer Polyesterfolie (Hostaphan® RN15) laminiert. Aus dem Laminat wurden dann 20 Stanzlinge mit einer definierten Größe ausgestanzt und im Anschluß daran deren Flächengewicht [g/7,1 cm²] gravimetrisch ermittelt. Der gesamte Vorgang wurde von zwei Personen (A und B) in voneinander unabhängigen Laboratorien durchgeführt. Die er zielten Ergebnisse (Flächengewichte) sind in Tabelle 1 dar gestellt.

Tabelle 1

Zusammenfassung der erhaltenen Daten

Manuelle Rakelführung

Vergleichsbeispiel 2 Herstellung des Kleberfilmes mittels Laborstreichkasten

154 g einer Klebstofflösung auf Polyacrylatbasis (Durotak® 387-2051), 2 g Acetylaceton und 24 g Aluminiumacetylaceto nat (4 Gew.-% in Ethylacetat) wurden gemischt. Hierbei re sultierte ein Feststoffgehalt von 44,4 Gew.-%. Dieses Ge misch wurde in theoretische Naßschichtdicken von 200, 400 und 600 µm mit Hilfe eines Laborstreichkastens auf eine si likonisierte Polyesterfolie (Hostaphan® RN100) aufgetra gen. Vor der Durchführung der Beschichtung wurde die stu fenlos verstellbare Spaltenbreite jeweils von dem Durchfüh renden justiert. Anschließend wurden die feuchten Filme für 30 Minuten bei 40°C getrocknet und mit einer Polyesterfo lie (Hostaphan® RN15) laminiert. Aus dem Laminat wurden dann 20 Stanzlinge mit einer definierten Größe ausgestanzt und im Anschluß daran deren Flächengewicht [g/7,1 cm²] gra vimetrisch ermittelt. Der gesamte Vorgang wurde von zwei Personen (A und B) in voneinander unabhängigen Laboratorien durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse (Flächengewichte) sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Zusammenfassung der erhaltenen Daten

Laborstreichkasten

Herstellung des Kleberfilmes unter Verwendung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung

154 g einer Klebstofflösung auf Polyacrylatbasis (Durotak® 387-2051), 2 g Acetylaceton und 24 g Aluminiumacetylaceto nat (4 Gew.-% in Ethylacetat) wurden gemischt. Hierbei re sultierte ein Feststoffgehalt von 44,4 Gew.-%. Dieses Ge misch wurde in theoretische Naßschichtdicken von 200, 400 und 600 µm mit Hilfe einer fixierten Rakel auf eine siliko nisierte Polyesterfolie (Hostaphan® RN100) aufgetragen. Zur Fixierung dient eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Anschließend wurden die feuchten Filme für 30 Minuten bei 40°C getrocknet und mit einer Polyesterfolie (Hostaphan® RN15) laminiert. Aus dem Laminat wurden dann 20 Stanzlinge mit einer definierten Größe ausgestanzt und im Anschluß daran deren Flächengewicht [g/7,1 cm²] gravimetrisch ermit telt. Der gesamte Vorgang wurde von zwei Personen (A und B) in voneinander unabhängigen Laboratorien durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse (Flächengewichte) sind in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Zusammenfassung der erhaltenen Daten

Vorrichtung mit fixierter Rakel

Zusammenfassung der Ergebnisse

In der Tabelle 4 sind die relativen Standardabweichungen der in den Beispielen 1 bis 3 bestimmten Flächengewichte [g/7,1 cm²] zusammengetragen. Der Tabelle kann entnommen werden, daß die höchste Präzision und Reproduzierbarkeit erzielt wird, wenn die fixierte Rakel eingesetzt wird. Die höchste Variabilität wird bei der manuellen Rakelführung erreicht. Wird der Streichkasten eingesetzt, so werden an nähernd ähnliche Ergebnisse erzielt wie bei Einsatz der fi xierten Rakel. Jedoch muß dazu angemerkt werden, daß die Verwendung des Streichkastens wesentlich aufwendiger ist und einiges Geschickes bedarf, was die Einstellung der Spaltenbreite betrifft.

Taballe 4

Vergleich der erhaltenen Daten

Manuelle Rakelführung, Streichkasten und fixierte Rakel

Claims

1. Vorrichtung zur Beschichtung eines Trägers mit einer Lösung oder Dispersion unter Verwendung eines Filmziehgerä tes, das zu dem Träger relativ bewegt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß diese eine Halterung zur Anordnung des Film ziehgerätes über dem Träger aufweist, an der das Filmzieh gerät beweglich gehaltert und in Richtung auf den Träger druckbeaufschlagt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung festlegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung zwei Schenkel aufweist, zwischen denen das Filmziehgerät gehaltert ist, und daß an jedem Schenkel ein das Filmziehgerät beaufschlagendes Federelement (Blatt feder) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel einen parallel zur Ziehebene des Trägers ausgebildeten Abschnitt zur Halterung des Filmziehgerätes aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Schenkel eine quer zur Bewegungsrich tung des Trägers angeordnete Schraube zur Halterung des Filmziehgerätes aufweist, und daß das Filmziehgerät in de ren radialer Richtung mit Spiel gehaltert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine Blattfeder ist, die ein freies Ende über dem Filmziehgerät hat, und an diesem freien Ende ein Druckelement für das Filmziehgerät aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einem Befestigungsbügel mit einer Klemm schraube versehen ist.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung medizinischer und wirkstoffhaltiger Pflaster und zur Herstellung selbst klebender Systeme.