Mots clés : rhéologie des poudres, friction de paroi, CMC, humidité, adhérence
RH129-FR
Résumé
La rhéologie des poudres est un outil utile pour formuler et optimiser les conditions de traitement des comprimés pharmaceutiques. L’angle de friction de paroi peut être utilisé pour mesurer l’adhérence entre une poudre et le matériau de la presse à comprimés, avec des angles plus élevés montrant une corrélation avec un frottement de paroi et une adhérence plus élevés. Cette adhérence peut conduire le comprimé à coller, et les mesures de friction de paroi peuvent être utilisées pour comprendre comment les conditions de formulation ou d’environnement peuvent avoir un impact sur ce phénomène de collage. Ce travail explore l’influence de la teneur en humidité et du matériau du substrat sur la friction de paroi d’une poudre de carboxyméthylcellulose, qui est utilisée comme excipient dans la formulation des comprimés.
Introduction
L’adhérence des comprimés est l’une des difficultés de fabrication les plus fréquentes dans l’industrie pharmaceutique. Elle survient lorsque l’adhérence entre les particules et la surface de la presse est supérieure à la cohésion entre les particules de la poudre, ce qui conduit la poudre à coller à la presse à comprimés. Lorsque les granules commencent à coller à la presse, les comprimés fabriqués ultérieurement sont défectueux, et la production est interrompue pour traiter ce problème. Cette capacité à coller est influencée par un certain nombre de facteurs, notamment les conditions de fabrication, ainsi que la conception et la formulation du comprimé [1] [2]. Les poudres utilisées comme excipients peuvent être une source d’adhérence, et nécessitent donc des formulations optimisées pour réduire ce problème. Les chercheurs et les fabricants ont considéré que les mesures de rhéologie des poudres constituaient un outil utile pour comprendre l’adhérence et pour adopter des formulations qui la minimisent [2] [3].
La rhéologie des poudres mesure les propriétés de cisaillement et d’écoulement des matériaux. Les mesures de cisaillement peuvent être utilisées pour comprendre la cohésion des poudres, tandis que l’angle de friction de paroi apporte des informations sur l’adhérence de la poudre contre un substrat. Lorsque l’angle de friction de paroi diminue, l’adhérence contre la surface diminue également. De précédents travaux ont exploré l’influence de l’humidité sur la cohésion de la carboxyméthylcellulose (CMC), un excipient fréquemment utilisé [4]. Compte tenu de sa nature hygroscopique, la CMC retient l’humidité dans des conditions ambiantes stables, ce qui peut influencer l’adhérence des comprimés [5]. Les mesures de cisaillement mettent en évidence une augmentation de la cohésion lorsque la teneur en humidité augmente. Dans cette note, l’influence de l’humidité sur la friction de paroi d’une poudre de CMC a été étudiée en utilisant l’accessoire de poudre de TA Instruments pour les rhéomètres hybrides Discovery, présentés sur la Figure 1.
Données expérimentales
Des poudres de CMC disponibles dans le commerce, fabriquées par Deiman USA, ont été testées lorsqu’elles ont été reçues, et après un conditionnement dans une chambre d’humidité. La teneur en humidité a été déterminée par analyse thermogravimétrique (ATG). Les mesures ont été effectuées en double sur le système Discovery TGA 5500 de TA Instruments à une vitesse d’accroissement de 20 °C/min sous azote dans des cuves en platine. La perte de poids a été déterminée à 225 °C afin d’identifier la teneur en humidité.
Un système Discovery HR30 de TA Instruments à température ambiante a été utilisé pour les mesures de rhéologie des poudres des échantillons. L’accessoire de friction de paroi a été utilisé parallèlement à une cellule de cisaillement de poudre. Des plaques interchangeables peuvent être utilisées pour mesurer la friction de paroi avec différents matériaux. Pour ce travail, des mesures de friction de paroi ont été réalisées en utilisant une plaque en acier inoxydable standard, le matériau le plus fréquemment utilisé dans les équipements des procédés pharmaceutiques [6]. Les tests ont également été réalisés en utilisant une plaque de plastique acétal personnalisée pour explorer l’influence du matériau du substrat sur la friction de paroi. Les échantillons ont été chargés dans la cellule, consolidés à 9 kPa, puis ajustés. Les détails sur la procédure de chargement et d’ajustement sont fournis dans un travail précédent [7]. La programmation TRIOS pour les mesures de friction de paroi, incluant les tables de consolidation de l’échantillon, est présentée sur la Figure 2.
L’angle de friction de paroi est déterminé en utilisant le logiciel pour les poudres TRIOS. L’analyse de contrainte à l’état d’équilibre est appliquée aux étapes de pré-cisaillement et de cisaillement dans la procédure, générant la contrainte à la fin de chaque étape. Les résultats ponctuels des tests sont ensuite compilés dans le résumé de friction de paroi. Ces données ponctuelles sont utilisées pour créer une courbe de contrainte vs contrainte normale. L’analyse des lieux d’écoulement sur la paroi (wall yield locus) permet de générer une droite du meilleur ajustement, comme le montre la Figure 3. L’angle de friction de paroi est l’angle créé entre la ligne des lieux d’écoulement et l’axe des abscisses (X).
Résultats et discussions
L’analyse réalisée par ATG montre une teneur en humidité de 9,3 % pour la poudre à réception, et de 22,3 % pour la poudre conditionnée sous humidité, comme le montre le Tableau 1.
Les résultats de friction de paroi pour la CMC sont présentés sous forme de courbe sur la Figure 4, et récapitulés par les angles de friction de paroi dans le Tableau 2.
Tableau 1. Résultats de l’ATG pour la poudre de CMC avec et sans conditionnement humide.
| TENEUR EN HUMIDITÉ À LA RÉCEPTION (%) | TENEUR EN HUMIDITÉ CONDITIONNÉE (%) | |
|---|---|---|
| 1 | 9.24 | 22.66 |
| 2 | 9.28 | 21.95 |
| Moyenne | 9.26 ± 0.02 | 22.31 ± 0.36 |
Pour les deux valeurs d’humidité de la CMC (9,3 % et 22,3 %), les valeurs d’angle de friction de paroi sont supérieures pour l’acétal et inférieures pour l’acide inoxydable, indiquant que la poudre présente une adhérence plus importante sur le matériau acétal. Une teneur plus élevée en humidité entraîne des angles de friction de paroi supérieurs pour l’acétal et l’acier inoxydable. Entre les échantillons de CMC, les angles pour l’acétal diffèrent d’environ 0,6° et les angles pour l’acier inoxydable diffèrent d’environ 3,1°, indiquant que l’acétal est moins sensible globalement à l’humidité. Les angles de friction de paroi plus faibles pour l’acier inoxydable indiquent que les poudres de CMC sont moins susceptibles de coller à l’acier inoxydable qu’à l’acétal ; l’adhérence à l’acier inoxydable est moins sensible à l’humidité. Si une configuration de procédé est conçue en utilisant l’acier inoxydable pour une poudre sèche, le contrôle de l’humidité sera important, car certains lots présentant une exposition supplémentaire à l’humidité pourront présenter une adhérence. La friction de paroi est moins sensible pour l’acétal, indiquant que l’utilisation d’un équipement d’acétal entraînera une plus grande cohérence dans le traitement des poudres humides et sèches, mais la tendance générale supérieure de friction de paroi dans le système nécessitera d’effectuer des essais pour s’assurer que l’adhérence n’est pas un facteur.
Tableau 2. Résultats des angles de friction de paroi pour des poudres de CMC à des taux d’humidité de 9,3 % et de 23,3 % mesurés avec des accessoires en acétal (plastique) et en acier inoxydable.
| 9.3% | 22.3% | |||
|---|---|---|---|---|
| Plastique(°) | SST (°) | Plastique(°) | SST (°) | |
| 1 | 14.6 | 8.4 | 14.7 | 11.9 |
| 2 | 14.1 | 8.2 | 15.0 | 11.3 |
| 3 | 14.0 | 8.7 | 14.8 | 11.4 |
| Moyenne | 14.2 ± 0.3 | 8.4 ± 0.2 | 14.8 ± 0.1 | 11.5 ± 0.3 |
Conclusions
Les poudres de CMC avec et sans conditionnement humide ont été testées avec l’accessoire de friction de parois de rhéologie des poudres de TA Instruments avec des plaques interchangeables d’acier inoxydable et d’acétal. Les résultats offrent des informations qui peuvent être intéressantes pour les conditions de traitement, le contrôle qualité entre des lots de poudres, et pour détecter des sensibilités à des différences de formulations. Les mesures d’angle de friction de paroi indiquent que, pour les deux poudres, l’angle est supérieur pour l’acétal et inférieur pour l’acier inoxydable. Une teneur supérieure en humidité entraîne une plus grande fiction de paroi pour les mesures sur l’acétal et l’acier inoxydable. Les mesures sur l’acier inoxydable ont été plus sensibles à l’humidité, c’est pourquoi les propriétés d’adhérence pendant la production peuvent changer si les conditions environnementales ne sont pas correctement contrôlées ou si la teneur en humidité des lots de poudre varie.
Références
- B. V. Parekh, J. S. Saddik, D. B. Patel and R. H. Dave, “Evaluating the effect of glidants on tablet sticking propensity of ketoprofen using powder rheology,” International Journal of Pharmaceutics, vol. 635, 2023.
- C. Lanzerstorfer, C. Forisch and D. Heim, “Reduction of Wall Friction of Fine Powders by Use of Wall Surface Coatings,” Coatings, vol. 427, 2021.
- J. S. Saddick and R. H. Dave, “Evaluation of powder rheology as a potential tool to predict tablet sticking,” Powder Technology, vol. 386, pp. 298-306, 2021.
- J. R. Vail, K. Dennis and T. Chen, “Effect of Moisture on Cohesion Strength of,” TA Instruments, New Castle, DE, 2022.
- D. Z. L. Ng, A. Z. Nelson, G. Ward, D. Lai, P. S. Doyle and S.A. Khan, “Control of Drug-Excipient Particle Attributes with Droplet Microfluidic-based Extractive Solidification Enables Improved Powder Rheology,” Pharmaceutical Research, vol. 39, pp. 411-421, 2022.
- B. C. Hancock, “The Wall Friction Properties of Pharmaceutical Powders, Blends, and Granulations,” vol. 108, pp. 457-463, 2019.
- J. R. Vail and S. Cotts, “Powder Rheology of Lactose: Impacts of powder morphology on performance of pharmaceutical excipients,” TA Instruments, New Castle, DE, 2022.
Remerciements
Cet article a été rédigé par Kimberly Dennis, PhD et Jennifer Vail, PhD avec le support thermique fourni par Gray Slough, PhD de TA Instruments.
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