Franziska Freitag

Walzenkompaktieren und Trockengranulieren zur Verbesserung des Tablettierverhaltens anorganischer Hilfsstoffe am Beispiel von Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 07.05.2004

Abstract
Die Auswirkungen von Walzenkompaktieren/ Trockengranulieren auf die Partikel- und Granulateigenschaften verschiedener Magnesium- und Calciumcarbonate wurden untersucht. Die Fließfähigkeit aller Materialien konnte verbessert werden, sogar bei der Anwendung niedriger spezifischer Kompaktierkräfte. Das Walzenkompaktieren/ Trockengranulieren hatte zur Folge, dass sich die Kompaktibilitäten der Materialien veränderten und Tabletten mit verringerten Druckfestigkeiten entstanden. Der Grad der Verdichtung während der Tablettierung kann aus dem Verhältnis der relativen Tablettendichte zur relativen Stampfdichte des Ausgangsmaterials bzw. Granulates berechnet werden. Beim Vergleich der Tabletteneigenschaften der verschiedenen Magnesiumcarbonate wurde eine Tendenz der Tabletten zum Deckeln beobachtet, welche von der Art des Magnesiumcarbonats, der spezifischen Kompaktierkraft und der Tablettierkraft abhing. Die Mikrohärte der Schülpen wurde ermittelt. Außerdem fand die Quecksilberporosimetrie zur Charakterisierung der Porenverteilungen in den Tabletten Anwendung. Ein Zusammenhang zwischen Partikelform, der spezifischen Oberfläche und der Porenstrukturen der Tabletten konnten für die vier verschiedenen Magnesiumcarbonate gezeigt werden. Ein Screening nach geeigneten Additiven als Bindemittel wurde durchgeführt. Mischungen von Magnesiumcarbonat mit unterschiedlichen Arten Pulvercellulose (M80, P290, A300) wurden direkttablettiert oder nach vorherigem Walzenkompaktieren/ Trockengranulieren. Der Anteile von Pulvercellulose in den Mischungen lag zwischen 0 % und 25 %. Die Eigenschaften von Granulaten, Mischungen und den zugehörigen Tabletten wurden analysiert. Die besten Fließeigenschaften zeigten Granulate mit geringem Anteil an A300. Die Heckel-Plots zeigten deutlich Unterschiede beim Tablettierprozess zwischen den Pulvercellulosen in Mischungen und Granulaten. Die Tablettenstruktur wurde durch Quecksilberporosimetrie untersucht. Der Zusatz von P290 und A300 zu Granulaten hat die Tablettenporenstruktur verfeinert. Höhere Werte für die Tablettendruckfestigkeit und geringere Abriebswerten resultierten aus diesen Tablettenstruktur. Granulate und Tabletten aus Magnesiumcarbonate mit 5 % A300 wurden im Rahmen eines Scale-ups auf einem größeren Walzenkompaktor und einer Rundlauftablettiermaschine hergestellt.

The effect of roll compaction/ dry granulation on the particle and bulk material characteristics of different magnesium carbonates and calcium carbonate was evaluated. The flowability of all materials could be improved, even by the application of low specific compaction forces. Roll compaction/ dry granulation resulted in a modified compactibility of the material and, consequently, tablets with reduced tensile strength. The degree of densification during tableting can be expressed as the ratio of the relative tablet density to the relative tap density of the feed material. Comparing the tablet properties of different magnesium carbonates reveals an obvious capping disposition. However, it depends on the type of magnesium carbonate, the specific compaction force and also on the tableting force applied. The microhardness of the ribbons was determined and mercury porosimetry was used to characterise the pore size distribution of tablets. A connection between particle shape, surface area and the resulting pore structure of the tablet could be shown for the four different types of magnesium carbonate. A screening was done to determine suitable binding agents. Mixtures of magnesium carbonate with different types of powdered cellulose (M80, P290, A300) were tableted directly or after roll compaction/ dry granulation. The fraction of powdered cellulose in the mixture varied between 0 % and 25 %. The properties of granules, blends and their corresponding tablets were analysed. The best flow properties showed granules with low amounts of A300. The Heckel-Plots showed clearly the different behaviour of powdered cellulose at the tableting process in blends and granules, respectively. The tablet pore structure was evaluated by mercury porosimetry. The addition of P290 and A300 into dry granules has refined the resulting tablet pore structure. High values for tablet tensile strength and low friability resulted from this special tablet structure. Granules and tablets of magnesium carbonate with 5 % of A300 were manufactured scaling up the process by a bigger roll compactor and a rotary tableting machine.

Keywords:
Kompression, Hilfsstoffe, Granulierung, Porosität, Schüttgüter, Tabletten, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Walzenkompaktieren, Quecksilberporosimetrie

compression, excipients, granulation, porosity, powder technology, tablets, magnesium carbonate, calcium carbonate, roll compression, mercury porosimetry

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis, Glossar (2, I-VII)
1 Einleitung und Problemstellung (1-2)
2 Ergebnisse und Diskussion (3-95)
3 Zusammenfassung und Ausblick (96-100)
4 Anhang (101-140)
5 Literaturverzeichnis (141-147)
Verzeichnis von Publikationen, Vorträgen und Posterpräsentationen