Порошок — это совокупность сухих частиц, диспергированных в воздухе. Если два разных порошка идеально смешать, теоретически можно получить три типа смесей порошков: случайную смесь, упорядоченную смесь или интерактивную смесь.
Различные типы порошков
Порошок называется сыпучим, если частицы не слипаются. Если частицы слипаются, они сцепляются друг с другом, образуя агрегаты. Значимость слипания возрастает с уменьшением размера частиц порошка; частицы размером менее 100 мкм, как правило, слипаются.
Случайная смесь
Случайную смесь можно получить, если смешать два разных свободнотекучих порошка примерно одинакового размера частиц, плотности и формы (см. рисунок A). В этом типе смеси присутствуют только первичные частицы, т. е. частицы не связаны и не прилипают друг к другу. Время смешивания будет определять качество случайной смеси. Однако, если смешивать порошки с частицами разного размера, плотности или формы, может произойти сегрегация. Сегрегация приведет к разделению порошков, так как, например, более легкие частицы будут склонны перемещаться в верхнюю часть смеси, тогда как более тяжелые частицы будут удерживаться внизу.
Заказная смесь
Термин упорядоченная смесь был впервые введен для описания полностью однородной смеси, где два компонента прилипают друг к другу, образуя упорядоченные единицы. Однако полностью однородная смесь достижима только в теории, и позже были введены другие обозначения, такие как адгезионная смесь или интерактивная смесь.
Интерактивная смесь
Если свободно текучий порошок смешать с когезионным порошком, можно получить интерактивную смесь. Когезионные частицы прилипают к свободно текучим частицам (теперь называемым частицами-носителями), образуя интерактивные единицы, как показано на рисунке B. Интерактивная смесь может не содержать свободных агрегатов когезионного порошка, что означает, что все мелкие частицы должны быть прилипшими к более крупным. Отличие от упорядоченной смеси заключается в том, что все частицы-носители не обязательно должны быть одинакового размера и разного количества мелких частиц, прикрепленных к каждой из них. Узкий диапазон размеров частиц-носителей предпочтителен, чтобы избежать сегрегации интерактивных единиц. На практике может быть получена комбинация случайной смеси и интерактивной смеси, которая состоит из частиц-носителей, агрегатов мелких частиц и интерактивных единиц.
Формирование
Образование интерактивных смесей не может быть автоматически предположено, особенно если используются более мелкие частицы носителя или большая доля мелких частиц. Если необходимо сформировать интерактивную смесь, необходимо, чтобы частицы носителя прикладывали достаточно силы во время сухого смешивания, чтобы разбить агрегаты, образованные мелкими частицами. Адгезия может быть достигнута, если адгезионные силы превышают гравитационные силы, которые в противном случае приводят к разделению компонентов.
Приложения
Например, интерактивные смеси могут использоваться в производстве таблеток, улучшая растворение плохо растворимых лекарств или для назального введения. Одним из распространенных применений является ингаляционная терапия, где эта концепция использовалась при разработке альтернатив дозированным ингаляторам под давлением.
Инициатива по качеству по проектированию (QbD) Управления по контролю за продуктами и лекарствами США требует, чтобы процесс был контролируемым и предсказуемым. Теории и методы для характеристики порошковой смеси способствовали внедрению подходов QbD для прогнозирования свойств текучести порошковой смеси. Например, показано, что подход QbD полезен для прогнозирования характеристик текучести и поиска пространства для проектирования во время разработки рецептуры.
Схематическое изображение образования случайной смеси (А) и интерактивной смеси (Б) путем сухого смешивания двух порошковых материалов.