Dokument: Continuous granulation with a twin-screw extruder

Titel:	Continuous granulation with a twin-screw extruder
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=8390
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080724-114421-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Djuric, Dejan [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,81 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.07.2008 / geändert 07.07.2008
Beitragende:	Prof. Dr. Kleinebudde, Peter [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter]
Stichwörter:	Continuous granulation, twin-screw extruder, screw configuration
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	The feasibility of a twin-screw extruder for a continuous wet granulation process was investigated. On the one hand the impact of different screw configurations and process parameters on granule and tablet properties was evaluated. On the other hand mixing properties of several screw configurations were tested with respect to a continuous process including mixing and granulation in one process step. Furthermore a comparison of differently sized twin-screw extruders was performed to evaluate differences and similarities between both machines. Screw configuration had a major impact on granulation behaviour. The tested screw configurations led to similar granule characteristics irrespective whether lactose or mannitol, as water-soluble substances, or dicalcium phosphate, as a water-insoluble substance, was agglomerated. Conveying elements generally produced easy-flowing granules with the highest amounts of fines, porosity values and thus highest granule friabilities. Combing mixer elements also produced easy-flowing granules with less amounts of fines and lower porosity. Kneading blocks achieved free-flowing granules with negligible amounts of fines and the lowest porosities. In general increasing granule porosity led to higher tensile strengths of tablets. Finally the element combination of kneading block and combing mixer element proved to be the screw configuration of choice for all substances. Agglomeration behaviour of the tested screw configurations was comparable for 2kg/h and 6kg/h powder feed rate respectively, providing the possibility of a simple increase in material output regarding a possible scale-up. Process parameters also had an influence on granule characteristics. Amounts of fines and granule friability decreased with higher water content as well as with increasing screw speeds. More abrasive granules resulted with increasing powder feed rate. Distributive mixing was tested concerning water and API content of granule samples. Almost all tested screw elements, except the 15mm pitch conveying element, showed good distributive properties. Dispersive mixing was achieved by the use of kneading blocks. Conveying elements and combing mixer elements showed hardly any dispersive properties. Comparison of two differently sized twin-screw extruders showed that the extruder type had a high influence on properties of lactose or dicalcium phosphate granules. Next to extruder type, total input rate significantly affected granule particle size distribution, whereas screw speed did not have a significant influence in these experiments. An increasing total input rate amplified agglomeration of water-soluble and water-insoluble substances resulting in lower amounts of fines and coarser granules. Due to a difference in free chamber volume for the passing material, different granule properties were achieved: the larger extruder produced coarser granules with lower amount of fines due to a higher mechanical input realised by a smaller free chamber volume. The smaller sized extruder led to granules with higher amount of fines and less oversized agglomerates due to less mechanical input. However, both extruders produced easy- or free-flowing granules. For both substances the resulting tablets did not show an influence of extruder type or process variable. The results proved that both extruders are not simply replaceable for a given formulation since the resulting granules possessed different properties. However continuous granulation using a twin-screw extruder proved to be a robust process. Die Machbarkeit einer kontinuierlichen Feuchtgranulation mit Hilfe eines Zweischneckenextruders wurde untersucht. Dabei wurde der Einfluss der Schneckenkonfiguration und verschiedener Prozessparameter auf die resultierenden Granulate und Tabletten erörtert. Ferner wurde die Mischfähigkeit ausgesuchter Schneckenkonfigurationen getestet im Hinblick auf einen kontinuierlichen Granulationsprozess, bei dem Mischen und Agglomerieren in einem Schritt stattfinden kann. Der Vergleich zweier unterschiedlich dimensionierter Extruder diente zur Erörterung der Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Maschinen hinsichtlich ihrer möglichen Austauschbarkeit. Der Aufbau der Schneckenkonfiguration hatte einen maßgeblichen Einfluss auf das Granulierverhalten. Es wurden sowohl Krustengranulate aus Lactose oder Mannitol, als auch ein Klebstoffgranulat aus Dicalciumphosphat hergestellt. Die untersuchten Schneckenkonfigurationen führten stoffunabhängig jeweils zu vergleichbaren Granulateigenschaften. Förderlelemente produzierten grundsätzlich leicht fließende Granulate mit den höchsten Werten an Feinanteil, Granulatporosität als auch Granulatfriabillität. Mit Mischförderlementen waren ebenfalls leicht fließende Granulate herstellbar, die jedoch niedrigere Feinanteile und Granulatporositäten aufwiesen. Knetblöcke erzielten stets niedrigporöse, frei fließende Granulate mit vernachlässigbaren Feinanteilswerten. Im Allgemeinen führten höhere Granulatporositäten nach der Tablettierung zu festeren Tabletten. Schließlich erzielte die Elementkombination aus Knetblock und Mischförderelement bei allen Substanzen optimale Ergebnisse. Das Agglomerationsverhalten der Schneckenkonfigurationen war auch nach Erhöhung der Durchsatzmenge von 2kg/h auf 6kg/h vergleichbar und stellt somit eine einfache Möglichkeit eines möglichen Scale-up Verfahrens dar. Die Eigenschaften der hergestellten Granulate wurden auch von verschiedenen Prozessparametern beeinflusst. Granulate mit höheren Feinanteilen und Friabilitäten konnten mit einer Erhöhung der Feuchte beziehungsweise einer Erhöhung der Schneckendrehzahl erzielt werden. Höhere Materialdurchsätze hatten weniger abriebsfeste Granulate zur Folge. Distributives Mischen wurde an Hand der Granulatfeuchte und des Wirkstoffgehaltes von Granulatproben untersucht. Bis auf das Förderelement mit einer 15mm Steigung zeigten alle getesteten Elemente ein gutes distributives Mischverhaltenf. Dispersives Mischen wurde durch den Einsatz von Knetblöcken ermöglicht. Förder- und Mischförderlemente waren kaum dispersiv mischend. Der Vergleich unterschiedlicher Extruder zeigte einen hauptsächlichen Einfluss des Extrudertyps auf die Eigenschaften von Lactose- und Dicalciumphosphat Granulaten. Ferner beeinflusste die Materialdurchsatzrate die Partikelgrößenverteilung der resultierenden Granulate. Eine steigende Durchsatzrate führte zu einer höheren mechanischen Beanspruchung der Granulate, was sich in niedrigeren Feinanteilen und insgesamt gröberen Krusten- und Klebstoffgranulaten widerspiegelte. Die Schneckendrehzahl zeigte im Rahmen dieser Untersuchungen keinen signifikanten Einfluss. Auf Grund des Unterschieds im freien Kammervolumen der beiden Extruder resultierten unterschiedliche Granulateigenschaften. Der größere Extruder erzielte gröbere Granulate mit niedrigen Feinanteilswerten. Dies lässt sich auf eine höhere mechanische Beanspruchung während des Granulierens zurückführen als Folge eines kleineren freien Kammervolumens. Der kleinere Extruder, mit einem höheren freien Kammervolumen ausgestattet, produzierte feinere Granulate mit höheren Feinanteilen die auch weniger abriebsfest waren. Beide Extruder erzielten jedoch leicht- bzw. frei fließende Granulate. Tabletten zeigten bei beiden Substanzen keinen Einfluss der untersuchten Variablen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein einfacher Austausch der beiden Extruder bei einer bestehenden Formulierung nicht möglich ist, da sie zu unterschiedlichen Granulateigenschaften führten. Jedoch haben die Versuche bewiesen, dass es sich bei der kontinuierlichen Granulation mit Zweischneckenextrudern um einen sehr robusten und viel versprechenden Prozess handelt.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Dokument erstellt am:	07.07.2008
Dateien geändert am:	07.07.2008
Promotionsantrag am:	09.06.2008
Datum der Promotion:	27.06.2008