顆粒化

粒度分布測定
基本概念
粒子サイズ、粒度、粒度分布、形態
方法とテクニック
メッシュスケール、光学粒度測定、ふるい分析、土壌粒度分布
関連概念
造粒、粒状物質、鉱物粉塵、パターン認識、動的光散乱
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造粒は、粉末状または固体の物質から粒または顆粒を形成し、粒状物質を生成するプロセスです。化学および製薬業界のいくつかの技術プロセスに適用されます。通常、造粒では、微粒子を凝集させてより大きな顆粒にします。顆粒のサイズは、その後の用途に応じて、通常 0.2 ～ 4.0 mm の範囲になります。あまり一般的ではありませんが、固体材料を細断または粉砕して、より細かい顆粒またはペレットにすることもあります。

造粒プロセスでは、1 つ以上の粉末 粒子を結合して、錠剤化を必要な制限内に収めることができる顆粒を形成します。これは、粒子間に結合を作成することによって粒子を一緒に集めるプロセスです。結合は、圧縮または結合剤の使用によって形成されます。造粒は、錠剤やペレットの製造のために製薬業界で広く使用されています。この方法では、予測可能で反復可能なプロセスが可能になり、一貫した品質の顆粒を生産できます。

造粒はさまざまな理由で行われますが、その 1 つは粉末混合物の成分の分離を防ぐことです。分離は混合物の成分のサイズや密度の違いによって発生します。通常、より小さい粒子や密度の高い粒子は容器の底に集中し、より大きく密度の低い粒子は上部に集中する傾向があります。理想的な造粒では、混合物のすべての成分が各顆粒に正しい割合で含まれており、顆粒の分離は発生しません。

多くの粉末は、サイズが小さい、形状が不規則、または表面特性が不規則なため、凝集性があり、流動性がよくありません。このような凝集システムから生成される顆粒は、より大きく、より等直径（ほぼ球形）になり、両方の要素が流動性の向上に貢献します。

粉末の中には、容易に圧縮できる接着剤が混合物に含まれていても圧縮しにくいものもありますが、同じ粉末の顆粒は圧縮しやすいことがよくあります。これは顆粒内の接着剤の分布に関係しており、顆粒の製造に採用された方法に関係します。

例えば、グラニュー糖と粉砂糖から錠剤を作る場合、粉砂糖は錠剤に圧縮するのが難しく、グラニュー糖は圧縮しやすいでしょう。粉砂糖の小さな粒子は流動性や圧縮性に劣ります。価値のある錠剤を作るには、これらの小さな粒子を非常にゆっくりと長時間圧縮する必要があります。粉砂糖がグラニュー糖化されていないと、均一な内容物や一貫した硬度など、優れた錠剤特性を持つ錠剤を効率的に作ることはできません。

湿式造粒と乾式造粒の 2 種類の造粒技術が採用されています。

湿式造粒では、インペラ（高せん断造粒機の場合）、スクリュー（ツインスクリュー造粒機の場合）^[1]、または空気（流動床造粒機の場合）の影響下にある粉体層に造粒液を追加することで顆粒が形成されます。システム内で生じる撹拌と配合成分の湿潤により、一次粉末粒子が凝集して湿った顆粒が生成されます。^[1]造粒液（流体）には、乾燥によって除去できるように揮発性でなければならず、意図する用途によっては無毒でなければならない溶媒またはキャリア材料が含まれています。一般的な液体には、水、エタノール、イソプロパノールの単独または組み合わせがあります。液体溶液は、水性ベースまたは溶媒ベースのいずれかです。水性溶液は、他の溶媒よりも安全に扱えるという利点があります。

粉末に水を混ぜると、粉末粒子間に結合が形成され、粒子同士をしっかりと固定することができます。しかし、水が乾くと、粉末はばらばらになってしまうことがあります。そのため、水は結合を形成して保持するのに十分な強度がない可能性があります。液体を使用して粒子を結合させるには、より永続的な結合が確立されるまで、毛細管力と粘着力の組み合わせが必要です。

顆粒内に液体飽和状態が存在することがあります。振り子状態は、分子が接触点で液体ブリッジによって保持されている状態です。毛細管状態は、顆粒が完全に飽和すると発生します。すべての空隙が液体で満たされ、表面の液体が細孔に引き戻されます。空隙が液体で完全に飽和していない場合は、振り子と毛細管をリンクする索状状態の変化が発生します。液体は、回転ドラム内で損傷した粒子への結合を助けます。このような場合、結合剤（医薬用接着剤）を含む液体溶液が必要です。ポリビニルピロリドン（PVP）であるポビドンは、最も一般的に使用される医薬用結合剤の1つです。PVPは水または溶媒に溶解され、プロセスに追加されます。PVPと溶媒/水を粉末と混合すると、プロセス中にPVPが粉末と結合し、溶媒/水が蒸発（乾燥）します。溶媒/水が乾燥し、粉末がより高密度に保持された塊を形成したら、造粒物を粉砕します。このプロセスにより、顆粒が形成されます。

プロセスは、粉末の特性、錠剤製造の最終目的、および利用可能な装置に応じて、非常に単純になることも非常に複雑になることもあります。従来の湿式造粒法では、湿った塊をふるいに通して湿った顆粒を生成し、その後乾燥させます。

湿式造粒は、伝統的に医薬品製造におけるバッチプロセスであるが、将来的には、バッチタイプの湿式造粒は、製薬業界で連続湿式造粒にますます置き換えられると予想されている。バッチ技術から連続技術への移行は、食品医薬品局によって推奨されている。^{[2]この連続湿式造粒技術は、固体材料と水をさまざまな部分で供給できるツインスクリュー}押出機で実行できます。押出機では、特に混練要素でのスクリューの噛み合いにより、材料が混合され、造粒されます。^[3]

乾式造粒法は、造粒された製品が湿気や熱に敏感な場合があるため、液体溶液なしで顆粒を形成するために使用されます。水分なしで顆粒を形成するには、粉末を圧縮して高密度化する必要があります。このプロセスでは、一次粉末粒子が高圧下で凝集されます。乾式造粒には、振動式造粒機またはロール圧縮機を使用できます。

乾式造粒は 2 つのプロセスで実行できます。大型錠剤 (スラグ) を大型錠剤製造機で製造するか、または粉末を 2 つの逆回転ローラーの間で圧縮して連続シートまたはリボン状の材料を製造するかのいずれかです。

乾式造粒に打錠機を使用すると、粉末の自然な流れが十分でなく、製品をダイキャビティに均一に供給できず、密度がばらつくことがあります。ローラーコンパクター（造粒機コンパクター）は、 2つの圧力ローラーの間に粉末を一貫して均一に供給するオーガーフィードシステムを使用します。粉末はこれらのローラーの間でリボンまたは小さなペレットに圧縮され、低せん断ミルで粉砕されます。製品が適切に圧縮されると、ミルに通され、錠剤圧縮の前に最終ブレンドされます。^[4]

典型的なローラー圧縮プロセスは、以下のステップで構成されています。通常はスクリューフィーダーを使用して粉末材料を圧縮エリアに運び、2つの反対方向に回転するロールの間で力を加えて粉末を圧縮し、得られた粉末を粉砕して所望の粒度分布に圧縮します。ローラーで圧縮された粒子は通常、密度が高く、鋭いエッジのプロファイルを持っています。^[5]

プラスチックリサイクルにおける造粒とは、プラスチックを細断してフレークやペレット状にし、後でプラスチック押出成形で再利用できるようにするプロセスのことである。第一段階では、リサイクルされるプラスチックが電動の切断室に送られ、そこで数種類の切断システムのいずれかを使用して継続的に材料が切断される。システムによっては、はさみのような切断動作、シェブロン型またはV型ローター、ヘリカルローター、またはフライナイフを使用するものもある。^{[6] [7]} 材料は、メッシュスクリーンを通過できるほど細かくなるまで、すべての小さなフレークに粉砕される。湿式造粒ラインでは、水が切断室に継続的に噴霧されて破片や不純物が除去され、鋼鉄ブレードの潤滑剤として機能している。乾式造粒ラインでは水は使用されないが、このような技術では一般に湿式技術よりも品質の低い出力が得られる。^[8]このプロセスは比較的単純であるが、摩擦によって生じる高温が材料を損傷し、可塑性に影響を与える可能性があるため、慎重にパラメータ化する必要がある。定期的なメンテナンスとハサミの刃の研磨は不可欠であり、詰まりや詰まりの可能性があるため、プロセスを注意深く監視する必要があります。^[9]

多くの場合、造粒はプラスチックを再利用して新しい製品を製造する前に必要な唯一のステップです。他の場合には、新しいプラスチック材料またはリサイクルされたプラスチック材料をペレットに作り直す必要があります。材料は溶融され、細い棒状に押し出され、その後水槽で冷却され、小さな円筒形のペレットに細かく切り刻まれます。^[10]

肥料にとって粒状化は重要です。粒状製品は輸送や保管がより経済的であり、また施用も容易だからです。^[11]

• 集計（複合）
• 粒度
• 粒子サイズ
• 粒度分布
• 肉芽組織

• 医薬品造粒ハンドブック - 第 3 版、編集者 - Dilip M. Parikh
• 製薬学 - 剤形設計の科学 - ME Aulton 2nd EDT
• 医薬品の投与形態と薬物送達システム - Loyd V. Allen、Nicholas G. Popovich、Howard C. Ansel 8th EDT
• ラチマン・レオン、インダストリアル・ファーマシー、インド特別版、CBS パブリッシャー

• 造粒プロセス 101: 錠剤製造の基本技術 (マイケル D. タウジー著)