Pulvérisation des solides

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1 Fiche de cours : cours n 1 de Galénique (UE8B/8D) Les opérations pharmaceutiques Opérations pharmaceutiques = opérations techniques, artisanales ou industrielles, réalisées dans le cadre de la fabrication d un médicament. (2 objectifs principaux : transformation des matières premières et mise en forme galénique) Procédé de fabrication d un médicament = Succession d opérations pharmaceutiques et de conditionnement réalisées selon les bonnes pratiques de fabrication (BPF), souvent réalisées en série Pulvérisation des solides La pulvérisation des solides est une opération pharmaceutique, opération mécanique conduisant à la fragmentation d un solide en poudre c'est-à-dire en particules de tailles réduites Intérêt : facilite la mise en forme galénique - Facilite le mélange des poudres (pour formation de comprimé (par compression) et gélule (par remplissage)) - Facilite la dissolution (pour formation de solution) - Facilite la dispersion (pour formation de suspension) - Augmente le pouvoir absorbant des poudres - Accélère le délitement des comprimés Granulométrie : degré de division des poudres Tamisage : séparation mécanique des particules en fonction de leur taille permettant d obtenir un degré de division déterminé et une poudre homogène. Permet l obtention d une poudre de granulométrie déterminée. On réalise toujours un tamisage à la suite de la pulvérisation. Plus leur granulométrie est fine, plus les poudres peuvent absorber. Mondation Division grossière Dessication = Séchage Etapes préliminaires : Débarrasse un solide de toutes ses parties inutiles. Surtout pour substance d origine végétale Réduit la taille des solides trop volumineux pour être engagés en l état dans l opération de pulvérisation - Concassage pour solides cassants très durs (marteaux, pilons) - Rasion pour solide cassant friable (râpes) - Section pour solide élastique (instrument tranchant) Elimine par vaporisation l eau contenue dans un solide et facilite ainsi sa pulvérisation ultérieure Différentes techniques de pulvérisation en fonction de la nature du solide à pulvériser Solides cassants très durs Pulvérisation par écrasement (éclatement mécanique) Pulvérisation par impact (éclatement cinétique) 1

2 Solides cassants friables Usure en surface par frottement sec et lent Pulvérisation interne par frottement sec rapide Solides élastiques (= mous) Pulvérisation en surface par frottement visqueux Différents appareils de pulvérisation Appareils de laboratoire Permet la pulvérisation de petites quantités de solides Mortiers/pilons Les plus utilisés à l officine Trituration = écrasement + frottement Différentes tailles et différents matériaux Broyeurs à hélice ou à couteaux Pulvérisation par cisaillement, rapide Inadapté aux substances trop fibreuses, à réaliser par petites fractions Porphyres/pilons Obtention de poudre très fine par frottement sur une plaque de porphyre Pilon à extrémité aplatie Tamis et cribles Abrasion par agitation sur plaques percées de trous Pour substance très friable et destruction des agglomérats de poudres Moulins Abrasion provoquée en sortie par l hélice du moulin 2

3 Pulvérisation de grandes quantités de solides Appareils industriels A écrasement Broyeur à meules Roue en matériaux très dur tournant sur un support adapté Verticales ou horizontales Broyeur à cylindre Entrainement ou écrasement assurés par la rotation de deux cylindres lisses ou cannelés, à écartement réglable (permet de choisir la taille des particules) et tournant en sens inverse Broyeur tricylindres Homogénéiser des substances semi-solides ex. poudres dentifrices A percussion Broyeur à dent ou à pointe Déchiquetage du solide par passage entre deux plaques métalliques parallèles, hérissées de pointes dont l une est fixe et l autre tourne à grande vitesse autour de l axe. Crible perpendiculairement à la plaque permet une homogénéisation de granulométrie de poudre en sortie Peut fonctionner en continu et est très utilisé en industrie pharmaceutique Broyeur à marteau Impacts sur la paroi d une enceinte cylindrique assurés sur bras articulés (marteau) tournant à grande vitesse sur leur axe Cribles interchangeable sur la paroi selon la granulométrie désirée Pulvérisation de solides durs Peut fonctionner en continu et est très utilisé en industrie pharmaceutique Broyeur à boulet ou à galet Trituration à l intérieur d un récipient cylindrique ou sphérique (jarre) en métal ou en porcelaine, fermé et contenant un nombre déterminé de boules s entrechoquant et percutant les parois sous l impulsion de la rotation de la jarre 3

4 Broyeur planétaire à boulet + rotation de la jarre sur elle-même (double rotation) Avantages - Pas de dissémination des poudres dans l atmosphère - Broyage et mélange simultanés - Obtention rapide de poudres micronisées à partir de solide très durs (broyeur planétaire à boulet) Inconvénients - Fonctionnement discontinu - Rendement faible - Broyage par tâtonnement - Risque de relarguage de particules métalliques provenant des boulets Microniseurs à air comprimé = broyeur à jet Impacts provoqués par la circulation d un violent courant d air comprimé dans une enceinte spécifique Particules les plus fines sont entrainées dans cyclone alors que les plus grosses continus leur broyage. Obtention de poudre micronisées Avantages - Très efficace - Pas d échauffement des poudres Inconvénients - Très encombrant et onéreux - Consommation très importante d air comprimé Facteurs influençant le choix d un appareil de pulvérisation Propriété de la substance à pulvériser Dureté, friabilité et élasticité Taux d humidité Thermosensibilité Granulométrie initiale et souhaitée des particules Chaque appareil possède un rapport de réduction granulométrique déterminé Valorisation des appareils permettant d obtenir une poudre de granulométrie régulière et contrôlée (cribles) Forme souhaitée des particules Quantité de substance à pulvériser Prise en compte du fonctionnement continu ou discontinu des appareils pour un rendement optimal 4

5 Gestion des risques liés à la pulvérisation Bruit Locaux isolés voire insonorisés Intoxication par dissémination des poudres Favoriser la pulvérisation dans des enceintes closes ou au sein d un liquide Protéger le personnel (masque ) Contamination croisée Contamination entre composants de médicaments différents Respect des BPF (organisation et nettoyage des locaux et matériels) Tamisage et criblage Suit généralement la pulvérisation des solides Permet d obtenir d une poudre hétérogène, une poudre homogène de granulométrie déterminée Tamis Récipient le plus souvent couvert ( dissémination des poudres dans l atmosphère), de forme variée, deux compartiments séparés par la surface tamisante (fil métallique qui dessine des mailles carrées) désignés par un numéro qui correspond à leur ouverture de maille exprimée en µm. Crible Plaque métallique percée de trous circulaires Le plus souvent intégrés au broyeur, ou indépendant Tamisage de sécurité = élimination des substances étrangères introduites accidentellement Tamisage de sélection= élimination des particules de taille supérieure à celle des mailles du tamis Tamisage de démottage = division des amas de poudres (mottes) susceptibles d apparaître lors du stockage Analyse granulométrique des poudres expression de la finesse et de l homogénéité d une poudre, nécessite un tamisage de contrôle Exprimé à l aide : - Du numéro de tamis qui retient la majorité des particules - De l un des 4 qualitatifs définis par la pharmacopée européenne : grossières, modérément fines, fines et très fines (+ extrafines et microfines mais non décrites par la pharmacopée européenne) La forme des particules influence l écoulement, le tamisage, le mélange, l agglomération, la mouillabilité des poudres ex : particule sphérique bon écoulement mais mélange difficile contrairement aux particules de formes plus irrégulières. 1. Dépôt de la poudre sur une colonne composée de plusieurs tamis de dimensions de mailles décroissantes de haut en bas 2. Agitation mécanique de la colonne et répartition des particules selon Tamisage de contrôle leur granulométrie 3. Pesée de chaque fraction retenue sur les différents tamis 4. Établissement d une poudre de distribution granulométrique 5

6 o Courbe de distribution granulométrique % de rétention massique de poudre en fonction du numéro de tamis de la colonne de contrôle Pour poudre homogène monodisperse : courbe en cloche de forme étroite Determination d un diamètre moyen de la poudre Exprime la granulométrie et la distribution granulométrique Surface spécifique= surface totale des particules individuelles par unité de masse (m 2 /g) S spé =6/ρ d moyen Si le diamètre moyen diminue alors la surface spécifique augmente, or la surface spécifique a une influence sur la capacité d absorption (pénétration d une substance externe) ou d adsorption (fixation à sa surface) de la poudre. Capacité d absorption/adsorption augmente si la surface spécifique augmente. Qualificatif % rétention <5% par tamis n % de passage <40% pour tamis n Poudre grossières Modérément fines Poudres fines Poudres très fines Extrafines Examen au microscope microfines o Examen au microscope - Mesure de la granulométrie des particules à l aide d une échelle micrométrique 4 procédés possibles : a. Mesure de la plus grande dimension b. Mesure de la surface de la particule sphérique équivalente c. Mesure d une corde prédéfinie d. Mesure du diamètre projeté de la particule - Evaluation de la distribution granulométrique grâce à un comptage des particules - Etude de la forme des particules o Comptage DLS par diffusion dynamique de la lumière Technique d analyse spectroscopique permettant de mesurer la taille de particules en suspension dans un liquide et soumises à un rayon laser monochromatique sur la base de leur mouvement brownien à une température donnée + les particules sont petites, + elles sont rapides donc elles diffractent plus rapidement la lumière Limite de détection submicronique (taille inférieure au micron) 6

7 Opérations de mélange Opération pharmaceutique fondamentale intervenant dans la préparation de toutes les formes galéniques et visant à réaliser une association homogène de plusieurs substances solides, liquides, semi-solides ou gazeuses Homogénéité d un mélange = présence dans un échantillon prélevé au hasard de chaque constituant dans les mêmes proportions que dans la totalité du mélange Différents types de mélange selon l état physique des constituants Objectif : favoriser l homogénéité du mélange et limiter le démélange Le démélange est un phénomène d instabilité associé aux mélanges pulvérulents et aboutissant à une séparation des particules par glissement, sous l effet de vibrations, des particules + fines et denses au fond du récipient, elles se glissent dans les espaces libres nouvellement formés. Le démélange peut intervenir à l intérieur de certains mélangeurs eux-mêmes, lors de leur vidange, mais aussi pendant le transport ou le stockage des poudres composées obtenues. Cas idéal : mélange de particules présentant des propriétés voisines (granulométrie et densité) dans des proportions voisines. La granulométrie est un facteur déterminant car plus les particules sont fines, plus l homogénéité du mélange est favorisée, de plus, au sein d un mélange de particules fines, les forces d adhérence et de frottement entre les particules sont plus importantes et les différences de densité conduisent donc plus difficilement à un démélange. Opération de pulvérisation et tamisage, indispensable avant une opération de mélange Certains appareils comme le broyeur à boulet permettent de réaliser simultanément la pulvérisation et le mélange La densité des particules + les différences de densité entre les particules d une granulométrie donnée sont importantes, + le démélange est favorisé. La forme des particules + la forme des particules est irrégulière, + l homogénéité du mélange est favorisée. ( des points de contacts, lutte contre les différences de taille et de densité. 7

8 La proportion des différents constituants + elle est différente, + l homogénéité du mélange est difficile à obtenir. Pour une bonne homogénéité il faut : une poudre de granulométrie fine Des particules de densités semblables Des particules de forme irrégulière Des constituants dans des proportions proches 8