粉体内の粒子径と粒子形状は挙動に影響を与える重要な因子であり、これらの特性を測定するための多くの確立された技術が存在する。しかし、様々なプロセスにおいて、これら2つのパラメータと流動特性との関係はあまりよく理解されておらず、また、プロセスによって粉体が受ける要求が異なるため、2つのパラメータの影響は一貫性がなく、容易に定量化できない場合がある。
このアプリケーションノートでは、さまざまな条件下で、粒子径と形状が粉体の流動性に及ぼす影響について検討します。
粒子径と形状の測定
医薬品賦形剤として使用される乳糖の3つのサンプル（FlowLac100、SpheroLac100およびInhaLac 230 - Meggle）を粒子径および形状について評価した。2つのサンプル（FlowLac100とSpheroLac100）は、非常に類似した粒度分布とD50を示したが、全体的な形状は異なっていた。別の2つのサンプル（SpheroLac100とInhaLac230）は、非常によく似た形状の粒子であったが、粒子径と分布は異なっていた。
FT4パウダーレオメーターを用いて3種類のサンプルを分析しました。その結果、各サンプルを区別できただけでなく、粒子径と形状の変化が流動特性にどのような影響を与えるかを示すことができました。
粉体の挙動に及ぼす物理的性質の影響
動的試験基本的な流動性エネルギー
3つのサンプルは有意に異なる基本流動性エネルギー（BFE）値を生成したが、粒子径と形状の違いは程度の差こそあれ結果に影響を与えた。この試験体制では、形状の違いが最も影響した。このことは、粒子の形態が、混合、供給、搬送のような動的で低応力の用途における粉体の挙動に影響を与える重要な要因であることを示唆している。
バルク試験圧縮性
3つのサンプルの圧縮性にも有意差が観察されるが、これらの条件下では、粒子形状よりも粒子径の影響の方が大きい。したがって、長期保存や錠剤の加圧のような圧密化作業中の粉体の挙動を説明するには、粒子径の方が支配的である可能性が高い。
剪断セル試験
このことは、粉体が静的な状態から動的な状態へ移行することが求められる高応力作業では、粒子形状が粒子径よりも大きな影響を及ぼす可能性があることを示唆している。圧密下では、機械的インターロックと摩擦が流動特性に強い影響を及ぼすため、より滑らかで規則的な形状の粒子は、粗い粒子や角ばった粒子よりも流動しやすいと考えられる。
結論
粒子径と形状は、粉末の挙動に影響を与える重要な特性である。しかし、その影響の程度は、粉末が加工中に受ける条件によっても異なります。FT4パウダーレオメーターのユニークな多変量解析アプローチにより、オペレーターは、粉体をプロセス中に経験する応力と流動レジームの種類にさらすことで、物理的特性の変化が所定の単位操作にどのような影響を与えるかを定量化することができます。
粉体の流動性は固有の材料特性ではなく、特定の装置内で粉体が望ましい方法で流動する能力のことである。加工を成功させるためには、粉体とプロセスがうまくマッチしていることが要求されます。異なるユニットオペレーションによって粉体に要求される範囲は多岐にわたるため、同じ粉体でもあるプロセスではうまくいっても別のプロセスではうまくいかないことは珍しくありません。従って、パウダーの試験条件がプロセスの条件とできる限り一致するようにすること、そして複数の試験を用いて様々な条件を評価することが重要である。
