partie 1 . physicochimie de la formulation des solides

PHYSICOCHIMIE DE DES ETATSSOLIDES ET DISPERSÉS

Physicochimie des états solides et dispersés 1

A. EL GHZAOUILaboratoire de Biostatistique, Informatique et Biophysique Pharmaceutique

Institut des Biomolécules Max Mousseron-IBMM-UMR CNRS-UM 5247Faculté de Pharmacie 15 avenue Charles Flahault

Partie 1. Physicochimie de la formulation des solides.

Partie 2. Physicochimie de la formulation des liquides.

Partie 3. Physicochimie de la formulation des gels.

Abdeslam El Ghzaoui- Institut des Biomolécules Max Mousseron, Faculté de Pharmacie, 34090 Montpellier, [email protected]

15 avenue Charles Flahault34080 Montpellier


COMPRIME

Excipients.

Principe actif .Paracétamol.


Excipients.Terpinéol, bicarbonate de sodium, saccharine sodique, citral, orange arôme, linalol, povidoneK 90, maltodextrine, acétaldéhyde, orange essence, leucine, butylhydroxyanisole, orange jus, butyrate d'éthyle, aldéhyde C6, acétate d'éthyle, gomme arabique, sodium laurylsulfate, sodium carbonate anhydre, acide citrique anhydre

Phase solide dispersée

Principe actif .Dexpanthénol est un constituant de la coenzyme A.

POMMADE


Dexpanthénol est un constituant de la coenzyme A.

Excipients.eau purifiée, vaseline, paraffine liquide, cire d'abeille blanche, amande douce huilealcool cétylique,, alcool stéarylique, lanoline


Phase liquide dispersée

Principe actif .Aciclovir (antiviral).


CREME

Aciclovir (antiviral).

Excipients.Vaseline, sodium laurylsulfate, macrogol 100 stéarate, paraffine liquide, diméticone, eau purifiée, poloxamère 407, glycérol monostéarate



SUSPENSION BUVABLE

Principe actif.Acide clavulanique, Amoxicillinetrihydrate


Excipients.Orange essence, maltodextrine, silice précipitée hydrate, butylhydroxyanisole, citron-pêche-fraise arôme, citron essence, vanilline, bergamote essence, crospovidone

Acide clavulanique, Amoxicillinetrihydrate



SIROP


Excipients.Caramel, vanilline, éthylvanilline, caramel arôme, eau purifiée, sodium benzoate, acide citrique monohydrate, sodium citrate

Principe actif.Oxomémazine (antihistaminique )




HYDROGEL

Principe actif.


Excipients.Eau purifiée, gomme xanthane, glycérol, polysorbate 80, glucose liquide, acide citrique monohydrate,p-hydroxybenzoate de propylesodique, p-hydroxybenzoate de méthyle sodique

Principe actif.Piment de cayenne, Harpagophyton teinture (plantes anti-inflammatoires)


La Formulation concerne toutes les industries qui élaborent des produits intermédiaires ou des produits finis.

Mélange de plusieurs matières premières.

Formulation. Ensemble des connaissances Physicochimiques et des opérations technologiques mises en œuvre lors du mélange, l’association ou de la mise en forme d’ingrédients d’origine naturelle ou synthétique.

Matières actives Fonction principale recherchée .


Matières actives Fonction principale recherchée .Auxiliaires de formulation Accessoires.

Produit commercial caractérisé par sa fonction d’usage (soigner un malade, maquiller la peau, augmenter la performance sportive, laver du linge …).

Contraintes Cahier des charges préétabli.

Quelle est la difficulté ? Mélange de composés incompatibles.Abdeslam El Ghzaoui- Institut des Biomolécules Max Mousseron, Faculté de Pharmacie, 34090 Montpellier, France-

[email protected]

PARTIE 1.

PHYSICOCHIMIE DE LA FORMULATION DES SOLIDES.



DIFFICULTÉS RENCONTRÉES.

MÉLANGES DES POUDRESCOMPRESSION DES POUDRES

Mélange Une grande diversité de situations.

Mélange stochastique à l’échelle moléculaire.Mélange homogène à l’échelle macroscopique et hétérogène à l’échelle microscopique.

Mélange réactionnel : interactions entres les constituants d’une formule (phases de préparation et/ou de stockage).


MELANGE DES POUDRES

Transformations physiques et/ou chimiques importantes. Modification des conditions environnantes (pH, taux d’humidité, évaporation des solvants, température, présence d’oxygène, agitation…).

Mélange biocompatible ou acceptable par le patient.

Difficulté supplémentaire : Formulation de médicaments.



Triptyque (à maitriser) Composition de la formuleProcédé de préparationTechnologie

L’ensemble des procédés mis en œuvre au cours de la formulationdes produits formulés et les connaissances qui s’y rattachent constituentle génie de la formulation.

GÉNIE DES MÉLANGES.Abdeslam El Ghzaoui- Institut des Biomolécules Max Mousseron, Faculté de Pharmacie, 34090 Montpellier, France-

[email protected]

Mélange des solides divisés (poudres, milieux granulaires) est une opération fondamentale pour de nombreux domaines industriels :

PharmacieCosmétiquesAgro-alimentaireConstruction…

Homogénéité de composition à l’´echelle requise (conditionnement) ?Homogénéité est indissociable de l’échelle d’observation.

LA QUALITÉ DE MÉLANGE EST LA CONSÉQUENCE :


LA QUALITÉ DE MÉLANGE EST LA CONSÉQUENCE :Aspects dynamiques (mécanismes de mise en mouvement des particules).Propriétés d’écoulement des particules.Appareils de mélange.

MÉLANGEURS INDUSTRIELS :Agitation est produite par un mobile interne (mélange convectifs)Rotation de la cuve (mélange à tambour)Ecoulement libre des poudres (mélange statique).


LE MÉLANGE DES POUDRES DIFFÈRE DU MÉLANGE DES LIQUI DES PAR QUATRE ASPECTS

Pas de mouvement relatif des particules solides sans apport d’énergie comme pour les liquides ou les gaz. La vitesse d’homogénéisation des poudres ne dépend que des propriétés d’écoulement des particules, des conditions opératoires et des contraintes mécaniques imposées par le dispositif d’agitation.

Molécules d’un système liquide monophasé atteindront toujours un état de mélange parfait dans un temps plus ou moins long. Mélange des poudres est accompagné d’un processus de démélange.


Taille d’une particule solide est toujours largement plus élevéeque celled’un liquide. Phénomènes particuliers à l’échelle mésoscopique.

Par opposition au mélange de liquides ou de gaz, un mélangede poudres n’est jamais dans un état irréversible. Tout mouvement peut entraîner un déplacement de l’équilibre entre ségrégation et mélange.

Une poudre qui ne s’écoule pas bien ne ségrége pas.

Un mélange de poudres différentes qui s’écoulenttrès bien aura tendance à ségréger.


Mélange de deux poudres de tailles différentes (mêmes proportions)

MÉLANGE PARFAIT une distribution dans laquelle chaque particule d’un constituant est adjacente à une particule de l’autre composant.

MÉLANGE ALÉATOIRE Les particules du mélange sont distribuées de façon aléatoire (probabilité de trouver une particule de l’un des constituants est la même en tout point du mélange).


Pour obtenir cet état de mélange, il faut que les propriétésdes poudres soient relativement proches.

Si existence de forces d’attraction inter-particulaires pour des particules de nature différentes :

obtention d’un état de mélange ordonnéobtention d’un état de mélange ségrégé.


Un mélangeavec uneintensité de ségrégation constantemais dontl’échellede ségrégation diminue(la taille maximale des régions ségrégées diminue).

Plus cette échelle de ségrégation diminue, plus la taille des régions de ségrégation du mélange diminue.

1- Mécanismes de mélange

Déplacement individuel des particules.

Mélange par diffusion


Déplacement individuel des particules.Initiation par des chocs ou un état non stable du milieuet aboutissant à une redistribution individuelle des particules.Le réarrangement est à petite échelle, et ce mécanisme est lent.

Un ensemble de particules est mis en mouvement par un mobile au sein du mélangeur.Initiation par une force extérieure telle qu’une pale d’agitation pour amener une forte énergie au solide divisé.

Mélange par convection


Apparition des plans de glissement de couches de particules dans le mélange sous une action mécanique. Contraintes de cisaillement exercées par le mobile. Le mouvement relatif de ces plans implique un brassage des particules.

Mélange par cisaillement

Difficulté de dissocier ces trois mécanismes.La prépondérance d’un type de mélange est imposée par le typedemélangeurutilisé maisaussipar la naturedesparticules


mélangeurutilisé maisaussipar la naturedesparticules

Mécanisme de diffusionsera plus souvent mis en jeu avecdesparticules qui s’écoulent facilement. Difficileavecdesparticules cohésives.

Influence du mélangeur : mélangeur à palesdéplacera facilementdes blocs de particules et favorisera ainsile mélange par convection.


(a) complètement ségrégé(b) aléatoire (c) parfait

MÉLANGE BINAIRE (d) partiellement ségrégé


MÉLANGE BINAIRE (d) partiellement ségrégé(e) cohésif ségrégé(f ) partiellement ordonné(g) parfaitement ordonné.

Qualité d’un mélange se définit par l’usagevers lequel le produit est destiné.Notion d’usageest liée à l’échelle d’observation.Qualité du mélange exigée pour un comprimé pharmaceutique peut être la même que pour un sac d’engrais mais pour des échelles d’observation différentes.


L’échelle d’observation peut correspondre à la quantité de matière présentedans le volume du conditionnement élémentaire d’un mélange :

(comprimé, gélule, sachet, sac).

Propriété d’usageest spécifiée pourune fractionde ce conditionnement(comprimés sécables en pharmacie). Définition fine de l’échelle d’observation.

INTENSITÉ DE SÉGRÉGATION l’homogénéité du mélange à l’échellede l’échantillon.


Diminution de l’intensité de ségrégation (quantifiée par la variance)Z nombre d’échantillonsxi composition de l’échantillon en constituant i µµµµ teneur moyenne

( )2 2

1

1 z

ii

V xz µ=

= −∑


La variance est une caractéristique macroscopique de l’homogénéité du mélange.Si V est grande Mélange hétérogène.Si V est faible Intensité de ségrégation faible.

Attention ! Deux mélanges de mêmes variances peuventavoir des structures totalement différentes.


Les variances sont identiques dans les deux cas. Patient subira un surdosage en principe actif au début du traitement et un sous dosage à la fin ?


Coefficient de variation Comparer la qualité des mélanges ayant des compositions différentes.

Standard industriel (CV< 5%).CV σ

µ=

Notion d’homogénéité d’un mélange est intimement liée à la définition et à la manipulation de deux échelles :

Echelle d’observation, à laquelle on désirerait que des propriétés d’usage soient garanties.Echelle de ségrégation, qui correspond à ce qu’un procédé de mélange peut effectivement produire.


mélange peut effectivement produire.

Diminution de l’échelle de ségrégation



Rotation lente. Observationd’une stratification

en bandes alternées noires et blanches

Auto-organisation

Rotation rapide autour de son axed'un cylindre contenant un mélangede petits grains sphériques blancs et de gros grains de verre pilé noir


2- Mécanismes de ségrégation

La ségrégation ou démélangeest le processus inverse du mélange.

Les phénomènes de ségrégation apparaissent dans un mélangeur quand les poudres possèdent des propriétés différentes.

Mouvement préférentiel de certaines particules dans une


Mouvement préférentiel de certaines particules dans une certaine partie du mélangeur.

Propriétés influençant la ségrégation.Différence de taille des particulesDifférence de formeDifférence de densité


Ségrégation due aux trajectoires

Si des particules de tailles différentes tombent verticalement.Distribution d’un gradient de vitesse.

Ségrégation.

Si les particules de tailles différentes sont projetées avec une vitesse horizontale. Composante horizontale de la vitesse diminue beaucoup plus rapidement pour les petites que pour les grosses particules.

Ségrégation.2R ∆ρg2


2R ∆ρg2V =η9 V0

0

2D ∆ρVX =

18ηSégrégation importante en bout d’un convoyeur pneumatique.Les grosses particules vont plus loin dans le bac de stockage.


Force hydrodynamique

Force d’Archimède

h limite=6πηRVF

Agair= mF

Chute de la particule

p∑��

F = m γγγγ

h A pF + F -F =0

air plimite=06πηRV +m g-m g

air p3 3

limite

4 4πR πR =0

3 36πηRV + g- gρ ρρ ρρ ρρ ρ

3 34 4= πR πR6πηRV - g+ gρ ρρ ρρ ρρ ρ


Poids de la particule

p pg= mP

la particuleair p

3 3limite

4 4= πR πR3 3

6πηRV - g+ gρ ρρ ρρ ρρ ρ

air p3 3

limite

4 4πR πR

3 3=- g+ g

V6πηR

ρ ρρ ρρ ρρ ρ

2

limite

2=9

R gV η∆ρ∆ρ∆ρ∆ρ


2R ∆ρdX dX2= η9dt dt.dt

2R ∆ρdX dX2dt = η9dt dt

2R ∆ρdX2dX =

V0

0

2D∆ρVX=


2R ∆ρdX2dX = η9 dt2

parcourue 0

R ∆ρ2X = Vη9

2

parcourue 0

D ∆ρX = V18η

0X=18η


Ségrégation par percolation

Mélange ou tout mouvement de particules.Apparition de lacunes inter-particulaires.

Favoriser l’écoulement d’une certaine partie de la population. Ségrégation par la taille.Ce phénomène s’accroît lorsque le mélange est soumis à des vibrations.


Les petites particules percolent dans les espaces libres créés par les vibrations.Les grosses particules se déplacent en surface.La pression exercée par les grosses.


Ségrégation par élutriation

Phénomène de flottaison

Si distribution de tailles étalée


Si distribution de tailles étaléeLa chute des petites particulesest freinée par l’air chassépar les grosses particules

Une ségrégation par la taille.

Exemple du remplissage d’un sac ou d’un container dépourvu de système d’évacuation d’air.


( ) g

≥ −

D g p g

2 3

2p p1ρ ρ ρ

2C U

4 6

πd πd

Force de trainée Poids apparent

Considérons que les particules de poudre peuventêtre entrainées par le gaz.

U vitesse de chute libre des particules de poudreCD coefficient de trainée

La vitesse terminale de chute libre Ut correspond à la vitesse limite du gaz à laquelle la force de trainée compense exactement le poids apparent de la particule

g

2 3

1πd πd


( )2 g = −

D g p gp p

t1ρ ρ ρ

2C U

4 6

πd πd

Pour calculer la vitesse terminale de chute libre, il faut calculer le coefficient de trainée. Ce dernier dépend du nombre de Reynolds

g pteρ U dR =η

Dans le cas d’un écoulement en régime de Stockes (Re<0,3), la vitesse terminale de chute libre des particules des poudres est donnée par la relation : t

2R ∆ρg2U =η9


3- Propriétés des poudres influençant leur écoulementLes systèmes particulaires sont classés :

taille, forme, masse volumique, surface spécifique, porosité des grains, porosité d’un ensemble de particules...

LES POUDRES À ÉCOULEMENT LIBRE.Leur diamètre moyen est supérieur à 100 µm.

Ecoulement relativement facile et ne pose pas de problème de mottage.

Ces particules possèdent une forte mobilité individuelle.


Ces particules possèdent une forte mobilité individuelle.Risque de ségrégation.

LES POUDRES COHÉSIVES.Leur diamètre moyen est en général inférieur à 30 µm.Ces poudres possèdent de fortes liaisons inter-particulaires.

Entraîner la formation d’agglomérats. Problème d’´ecoulement et/ou de stockage.Risque de ségrégation.


Le mélangedes poudres est fortement dépendant de leurs propriétés d’écoulement.

Propriétés d’écoulement dépendent des caractéristiques physiques des poudres.

CohésionDistribution granulométriqueDensité vraie et apparenteForme et propriétés de surface des particules

Les paramètres ambiants : humidité et température


Les paramètres ambiants : humidité et températureModifier les caractéristiques des poudres au cours du mélange.

Perturbation des liaisons inter-particulaires.

Les forces inter-particulaires peuvent être classées en trois catégories

Forces capillairesForces électrostatiquesForces de Van der Waals


Forces capillaires

Paramètre fondamental humiditéhumidité.Conditions d’équilibre Humidité retenue par une poudre est

fonction de la nature des particules.Si humidité relative < valeur critique Hc

Eau est présente sous forme de vapeur adsorbée à la surface des particules.

Si humidité relative > valeur critique HcPrésence de ponts liquides.


L’intensité de cette liaisonest proportionnelle à la tensionsuperficielle du film adsorbé

et à la surface de contact. Influencée par l’arrangement

des particules, la forme, la tailleet la rugosité


LV

capillaire

4 R cosF

r1d

π γ θ

=+

θ angle de contactr distance d’interactiond profondeur d’immersion

Approximation : distance d’interaction<<profondeur d’immersion


LVcapillaireF 4 R cosπ γ θ

=

La Force Capillaire dépend de la taille de la particule, de la tension superficielle du liquide et de l’angle de contact entre le liquide et la particule


La distribution de taille des particules favorisera une hétérogénéité des interactions capillaires phénomènes de ségrégation

Particules réelles Surface n’est pas parfaitement lisse

Quelle sera l’intensité de la force capillaire ?

Physicochimie de s états solides et dispersés 34

Des charges électrostatiques peuvent se concentrer à la surface des particules. Divers contacts-collisions-frottement avec les parois des installations ou entre elles (si de natures différentes).

Liaison électrostatique préférentielle avec laparoi du mélangeur ou aux autres particules.

phénomènes de ségrégation

Forces électrostatiques

20r4

'qqF πεεπεεπεεπεε====


Forces de Van der Waals

)RR(RR

r6AW

21

21

++++−−−−====A constante de Hamakerr distance de séparation

R1 R2r

0.E+00

0.01 0.1 1 10 100

Deux particules séparées par r = 0,2 nmA ≈≈≈≈ 10-19 JR1 = 1 µm R2 = 10 µm

J10.6,7W 17−−−−−−−−====


-4.E+05

-4.E+05

-3.E+05

-3.E+05

-2.E+05

-2.E+05

-1.E+05

-5.E+04

0.E+00

r (nm)E

ner

gie

(kT

)

Interaction VDW

J10.6,7W 17−−−−−−−−====kT18421W ====

J10.52,1W 18−−−−−−−−====kT368W ====

Deux particules séparées par r = 10 nmA ≈≈≈≈ 10-19 JR1 = 1 µm R2 = 10 µm


Interaction entre deux particules identiques

R r R

A constante de Hamakerr distance de séparation

r12ARW −−−−====

Interaction de van der Waals

Deux particules séparées par r = 0,2 nmA ≈≈≈≈ 10-19 JR = 1 µm 0.01 0.1 1 10 100


J10.2,4W 17−−−−−−−−====kT10131W ====

J10.33,8W 19−−−−−−−−====kT202W ====

Deux particules séparées par r = 10 nmA ≈≈≈≈ 10-19 JR = 1 µm

-4.E+05

-4.E+05

-3.E+05

-3.E+05

-2.E+05

-2.E+05

-1.E+05

-5.E+04

0.E+00

r (nm)

En

ergi

e (k

T)

Interaction VDW-R1R2Interaction VDW-R-


Remplissage de la matriceLa GRAVITÉ et de la VIBRATION du sabot. Eviter les POUDRES COHÉSIVES.


MODELES DE COMPRESSION DES POUDRES

Eviter les POUDRES COHÉSIVES. SÉGRÉGATION.

La compression DENSIFIER la poudre METTRE EN FORME le compriméRÉARRANGEMENT des particules

Nombre de points de contact augmenteFRAGMENTATION des particules fragilesDEFORMATION irréversible des particulesDEFORMATION pseudo-irréversible des

particules viscoélastiques


TASSEMENT COMPRESSION

DECHARGE

Déformation

Con

trai

nte

La décharge RETRAIT du poinçon qui réalise la compression.La poudre a gagné de l’ÉNERGIE ELASTIQUE.

Clivage d'un compactde lactose

après éjection



La poudre a gagné de l’ÉNERGIE ELASTIQUE.RESTITUTION lors de l'étape de décharge.Energie emmagasinée EXPANSION du comprimé

L'éjectionREMONTÉE du poinçon inférieur ou DESCENTE de la matrice. Pendant l'éjection DILATATION du comprimé.Apparition de CONTRAINTES de CISAILLEMENT.

FROTTEMENT du comprimé avec la matrice.

Apparition de PHÉNOMÈNES DE COLLAGE à la paroi.

La relaxationAprès éjection DILATATION

Un état d'équilibre stable ?Fissures si sensibilité à l'humidité.

La COMPRÉHENSION de la COMPACTION des poudres est limitée.

Le nombre et la complexité des étapes.Le nombre et la complexité des paramètres contrôlantle procédé de compression.

FO

RM

ULA

TIO

N



le procédé de compression.

Les différents mécanismes.Réarrangement des particules-fragmentation.Déformations réversibles et irréversibles.

Le nombre de composés formant le compriméPrincipe actif-Liants-Lubrifiants-Colorants…

DIF

FIC

ULT

ÉS

DE

FO

RM

ULA

TIO

N

PROBLÈMES RENCONTRÉS DANS L’INDUSTRIE

Clivage des comprimés Comprimés brisés dans leur épaisseur initié par des dommages localisés.

Nature de la poudre et de la pression appliquée par le poinçon supérieur pendant la compression.

CONTRAINTES DE CISAILLEMENT qui favorisent la création et lapropagation de fissures.

Rupture des poinçons



Rupture des poinçons Au bout d'un certain nombre de cycles de compression, le bord des poinçons se rompt par fatigue.

Endommagement est l'effet combiné de la fatigue mécanique et du collage de poudres dans les aspérités du poinçon.

Mauvaise coulabilité Un mauvais écoulement de la poudre peut entraîner une non-uniformité des masses et non homogénéité au sein du comprimé.

Régulation de la températureLa TEMPÉRATURE peut augmenter par COMPRESSION.

Comportements différents de la poudre et affecte la qualité des constituants du comprimé.Changement de PHASE de certains constituants.

Mauvaise dissolution Pression appliquée dissolution plus ou moins rapide

pour le même mélange de poudres.



pour le même mélange de poudres.Le temps de dissolution Efficacité du principe actif.

CollageCollage de la poudre à la paroi peut entraîner le clivage du comprimé et l'encrassement de la machine qui bloque la production.Collage entraîne aussi la rupture prématurée des poinçons. Production de comprimés non homogène.

Remplissage de la matrice qui permet d’obtenir une densité relative initiale qui dépend de la poudre.

Réarrangement des particules par des glissements et des rotations réalisant un empilement plus dense.

ETUDES PHÉNOMÉNOLOGIQUE S DE LA COMPRESSION

Heckel a proposé (1961) de décomposer le compactage de poudres métalliques en trois étapes.


dense.

Déformation plastique qui commence lorsque les particules ne peuvent plus se déplacer les unes par rapport aux autres.


La densification de la poudre est équivalente à une réaction chimique du premier ordre dans laquelle les pores seraient le réactant.

)k(1dPd ρρ −= aKP+=

0r-11ln

-11ln

ρρK constante du matériau

Heckel a proposé une relation entre la constante K et la contrainte d'écoulement plastique de la poudre. 0

3σ1K =

Hersey et Rees ont relié la constante K à la pression moyenne d'écoulement. e

P1K =

La constante K est reliée à l’aptitude du matériau à se déformer

plastiquement sous l’effet de la pression.



Première partie non linéaireréarrangement des particules

avant d'avoir des liaisons inter-particulaires

La partie linéaire de la courbe a été attribuée aux

déformations plastiques

Courbes de HeckelMachine de compression utilisée.Conditions de la compression.Dimensions de la matrice.Forme du compact et du temps.

a

P

ab1

C

Paa +=Kawakita et Ludde proposent (1970) l’équation suivante

p0VV

C−

= V0 est le volume initial apparentV est le volume sous la pression P



0V

C = Vp est le volume sous la pression Paa et b sont des constantes déduites de la courbe

La constante a est considérée comme une indication de la compressibilité de la poudre

Equation de Kawakita est la mieux adaptée pour les faibles pressions et les grandes porosités

Cycle de compressionLit de poudre emmagasine de l’énergie fournie par la COMPRESSION DENSIFICATION.

Estimation DU TRAVAIL DE COMPACTION ABD. La partie ÉLASTIQUE de ce travail est restituée pendant la DÉCHARGE DBC.



La surface ABC représente le travail net qui a contribué à la formation du compact.

Mesure de la résistance du compact bien que sa valeur inclue le travail fourni pour surmonter le frottement de la paroi.

Une corrélation entre le travail net et la contrainte à la rupture du compact.

Travail nécessaire pour surmonter le frottement dû à la paroi :Peut être calculé à partir de la différence entre le travail fourni par le

poinçon supérieur et le travail transmis au poinçon inférieur.



ÉNERGIE ABSORBÉE est utilisée pour la DÉFORMATION PLASTIQUE et la formation DE LIAISONS INTERPARTICU LAIRES.

Déformation purement élastique : le travail fournie est entièrement récupéré pendant la décharge. Expansion maximale.Déformation purement plastique est irréversible. Expansion du comprimé est nulle.

Expansion est importante Compact obtenu est fragile.

PENDANT LA COMPRESSION

La poudre montre une résistance à la pression.

La pression n'est pas transmise uniformément à cause des frottements relatifs de la paroi et aux forces interparticulaires.



La transmission de la force dépend des propriétés de la poudre, des conditions de compaction et des conditions d'interface entre la poudre et la matrice.

La force transmise diminue en s'éloignant du poinçon qui effectue la compression.

Dans le cas d'un fluide parfait FA = FL = FR

FA force appliquée par le poinçon supérieurFL force transmise au poinçon inférieurFR force radiale transmise à la matrice. FD force de frottement poudre-matrice

Une poudre Une partie de la force appliquée est transmise à la matrice et apparaît comme une force de réaction de la paroi FD .

Le reste de la force appliquée est transmis à travers la poudre au poinçon inférieur. L'équilibre de force peut être exprimé par :


poinçon inférieur. L'équilibre de force peut être exprimé par : FA = FL+FD +FR


AUGMENTATION DE LA PRESSIONMouvement entre particules diminue.Frottement poudre/matrice devient important.

AJOUT D'UN LUBRIFIANT DANS LA FORMULATION Réduction du frottement Poudre/MatriceAmélioration transmission de la pression à travers le lit de poudre.

Lubrification peut réduire la résistance du compriméEt augmenter le temps de désintégration.


Base de vecteurs propres pour laquelle la matrice est

diagonale.



Les tenseurs de contrainte et de déformationsont liés par un opérateur matriciel R σ= εR

L’

L

'∆L

σ


∆L

Déformation axiale

Déformation radiale

Le rapport de transmission FL /FA est utilisépour estimer l’efficacité du lubrifiant

Le modèle analytique basé sur la méthode des tranches suppose que la pression est constante sur un plan perpendiculaire à l’axe de compression.Gradients de contrainte et de densité dans le sens radial sont négligeables.

z)r

2µexp(P(z)σaa

α−=a

r

σσα == ontransmisside tcoefficien

µ =coefficient de frottement



Début de la compressionParticules se réarrangent pour former un empilement dense et commencent à subir une déformation élastique.Pendant cette étape, la contrainte axiale appliquée génère une contrainte radiale transmise à la paroi de la matrice.

r rayon de la matrice


∫2

1

x

x

σdxW= 38a a

W DπF =

343g

gDπρF =

38a a

W DπF =


3g

Machine à compression rotative/alternative


rotative/alternative


Dissolution Des Poudres - Approche Statique-

Le mouillageLa pénétrationLa dispersionLa dissolution


Ces différentes étapes peuvent se produire successivement mais dans la majorité des cas, elles sont simultanées.


Le liquide pénètre dans le lit de poudre par capillarité.La porosité inter-particulaire est donc un paramètre déterminant.

Différence de pression entre l’extérieur et l’intérieur du lit de poudre qui induira une ascension capillaire.

Cette étape est spontanée si les interactions solide / liquidesont supérieuresaux interactions solide / solide. Cette étape est en général assez lente.


Forces de succion capillaires

rcos2ρgh∆P θθθθγγγγ========

grcos2h ρρρρ

θθθθγγγγ====


L'adhésionL'immersionL'étalement

Processus énergétique de la dissolution


Adhésion.Le cube se déplace de la phase vapeur vers la phaseliquide. Formation d’une interface solide/liquide.Disparition des interfaces solide/vapeur et liquide/vapeur.

Ce phénomène induit un changement énergétique qui se traduit par :

L'étalement

++++−−−−====lvsvslaW γγγγγγγγγγγγ

++++−−−−==== θθθθγγγγ cos1aW lv


Immersion. Pénétration des 6 faces latérales du cube dans le liquide.Cela se traduit donc par la substitution de 6 interfaces solide/vapeur a 6 interfaces solide/liquide.

Le travail d'immersion est alors :

svsl 66iW γγγγγγγγ −−−−==== θθθθγγγγ cos6iW lv−−−−====

Pour que l’immersion soit spontanée, il faut que θ soit inferieur a 90°ce qui signifie que le liquide doit être mouillant.


ce qui signifie que le liquide doit être mouillant.

Etalement.Dans cette étape finale du mouillage, le cube se détache de la surface du liquide. Une nouvelle interface liquide/solide est formée, ainsi qu’une nouvelle interface liquide/vapeur alors qu’une interface solide/vapeur est perdue.

svlvsleW γγγγγγγγγγγγ −−−−++++====

−−−−−−−−==== 1coseW lv θθθθγγγγ

Quel que soit l’angle de contact θ, le travail d’étalement n’est jamais spontané.


Solvant (eau)Couche de solvatation

Comprimé

Cs


Dissolution d’un comprimé

C(t)

Cs

h

Solution


1897 Noyeset Whitneyréalisent les premières expériences de dissolution

−= CCkdtdC

s

1900 Brunner et Tolloczkomontrent


Cinétique de dissolution

−= CCSkdtdC

s1

Importance de la vitesse d’agitation et de la surface spécifique

1904 Brunner et Nernstmontrent

−= CCVhDS

dtdC

s


Cinétique d’ordre 1

−= CCkdtdC

s

−= CCVhDS

dtdC

s

−= CCkdtdC

s

AvechVDSk =

Equation différentielle du premier ordre


tkCC

dCs

d=−

ctektCCln

s+=−−

ctektCClns

+−=−

−−−−−−−−==== kt)exp(1CC(t) s


8

10

12

Représentation graphique

P.A-Excipients


0

2

4

6

0 5 10 15 20

Temps

C(t

)

−−= kt)exp(1CC(t) s


partie 1 . physicochimie de la formulation des solides

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