Galé - Les poudres - Broyage

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14/02/11

10h30-12h30

Galénique, Mr Marchais

Christelle, Elise

Les Poudres - Broyage

III- Broyage

1- Broyage du solide

Définition : En pharmacie, le broyage est une opération importante car la taille des particules

(du PA) a une grande influence :

- sur certaines opérations consécutives (contrôle la qualité du mélange)

- sur certaines propriétés des formes pharmaceutiques : stabilité des suspensions,

vitesses de dissolution des principes actifs (plus la particule seras grosse, plus

la vitesse seras lente), biodisponibilité (dissolution du PA dans les liquides

biologiques) …

La fragmentation d’un solide nécessite un apport d’énergie lié à l’augmentation de la surface

libre du produit (opération mécanique).

Broyage : Réduction d’une matière solide brute en particules grossières de granulométrie

hétérogène. (= fragmentation des solides)

C’est la 1ère

opération de réduction de taille des matières premières. On obtient des fragments

de plusieurs centaines de micromètres à plusieurs millimètres (opération grossière).

Pulvérisation : Réduction d’une masse déjà divisée (résultat d’une opération de broyage), en

particules fines de granulométrie homogène (obtention d’une poudre).

Obtention de particules de quelques dizaines de micromètres.

Micronisation : Réduction d’une poudre fine en poudre ultrafine de granulométrie homogène.

Obtention de particules inférieures à 5 micromètres.

Aucun appareillage ne permet l’obtention d’une poudre ultrafine à partir de gros fragments

directement. Il faut absolument passer par ces 3 procédés pour obtenir des particules

inférieures à 5 micromètres.

2- Procédés

5 procédés principaux:

- Ecrasement: Eclatement sous pression lente

- Percussion: Eclatement sous pression rapide

- Abrasion: Usure par frottements

- Arrachement: Tensions mécaniques lentes

- Cisaillement: Tensions rapides de direction opposée

Les matériaux à broyer ont des propriétés physiques, mécaniques différentes donc on doit

choisir le procédé de broyage en fonction de la nature du produit.

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3- Choix du type de broyeur

Nature du produit

Donne une orientation sur le procédé à mettre en œuvre.

- Dureté : donne l’aptitude à l’écrasement

- Plasticité et élasticité : aptitude à la déformation (broyage par arrachement,

cisaillement)

- Friabilité : aptitude à l’abrasion

- Texture : aptitude à l’arrachement/cisaillement (produits fibreux ? …)

- Sensibilité à la chaleur : cryobroyeurs (le broyage nécessite un apport

d’énergie donc il va y avoir un échauffement donc un risque de dégradation du

PA si celui-ci est sensible à la chaleur. Pour ces PA on va utiliser des broyeurs

ayant des systèmes de réfrigération = cryobroyeurs)

Taille des particules

Coefficient de réduction : Dn

DoR Paramètre spécifique de l’appareillage

Do : Diamètre des particules avant broyage

(Do = C’est le maximum tolérable)

Dn : Diamètre des particules après broyage

(Dn = C’est le minimum efficace)

Forme des particules

Intervient en fonction de ce qu’on veut faire après le broyage.

- Forme avant broyage : concassage (si particules solides) ou découpage (si matériaux fibreux

d’origine végétal)

- Forme après broyage : si on veut faire un enrobage ou une suspension, la forme sphérique

est l’optimum. Donc on essaye, si possible, de choisir des broyeurs qui vont donner cette

forme sphérique.

Quantité à traiter

- Limite inférieure de remplissage (pour appareils fonctionnant en discontinus) ou de débit

(pour appareils fonctionnant en continue). Il faut un minimum de matière, sinon on obtient

quelque chose d’hétérogène (mauvaise étape de broyage).

- Limite supérieure de remplissage ou de débit. Si trop de produit, il va y avoir une surchauffe

excessive ou un blocage de l’appareil, donne quelque chose d’hétérogène.

4- Différents types de broyeurs

a) Officine et laboratoire

Mortier

Procédés mis en œuvre : écrasement et abrasion

Utilisé pour des produits semi-durs ou friables

Système automatique de broyage : le pilon

est sur le couvercle

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Broyeur à hélices

Procédés mis en œuvre : Percussion et cisaillement

Utilisés pour des produits semi-durs ou fibreux

(Principe du mixeur)

b) Industrie

Broyeur à boulets/billes

Procédé mis en œuvre : percussion

Utilisés pour des produits durs et semi-durs

Cuve avec billes à l’intérieur. On introduit le PA dans la cuve. Les chocs entre les billes et le

produit provoquent la fragmentation par percussion.

Utilisé plutôt pour la pulvérisation.

Broyeurs à marteaux

Procédé mis en œuvre : percussion

Utilisé pour des produits durs et semi-durs

Introduction du produit dans la cuve. A l’intérieur de la cuve : axe rotatif sur lequel sont fixés

des masses (en forme de marteaux).

Permet l’obtention de produits grossiers

Intérêts : - appareil fonctionne en continue

- membrane calibrée qui ne laisse passer que les particules de taille voulue

Concasseurs à mâchoires

Procédé mis en œuvre : écrasement

Utilisé pour des produits durs et cassants

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Le produit passe dans un goulot. Au niveau de ce goulot, il y a une pièce mécanique qui vient

écraser le produit (principe du casse noix).

Obtention de produits grossiers

Appareil fonctionnant en continue

Concasseurs à cylindres

Procédé mis en œuvre : écrasement

Utilisé pour des produits durs, semi-durs et cassants

On fait passer le produit entre 2 cylindres cannelés tournant en sens inverse.

Appareil fonctionnant en continue

Utilisé lorsqu’on fait de la granulation sèche.

Broyeur à pointes

Procédé mis en œuvre : cisaillement

Utilisé pour des produits semi-durs

On fait passer le produit entre 2 plaques ayant des doigts métalliques (en forme de “peigne”) :

- une plaque fixe : stator

- une plaque mobile : rotor qui tourne à une vitesse élevée

Calibreur – Emotteur

Procédé mis en œuvre : abrasion

Utilisé pour les produits friables

Très souvent utilisé au cours de l’étape de granulation (ex : granulateur oscillant) Cf cours

de granulation.

Utilisé pour broyer/calibrer les grains selon un processus d’usure par frottement.

Broyeur à jet d’air ou microniseur

Utilisé pour faire de la micronisation donc utilisé sur un produit déjà pulvérisé.

Introduction du produit dans une enceinte et en même temps on injecte de l’air comprimé à

haute pression. On applique à ses particules un mouvement extrêmement violent qui est à

l’origine de chocs sur la paroi qui vont permettre la micronisation du produit.

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Moulin colloïdal à meules

Fonctionne avec des milieux liquides. On doit faire une suspension lorsque l’on a un produit

solide et c’est la suspension qui passe dans le moulin.

Le moulin est constitué d’un rotor et d’un stator (possibilité de réglage de l’espace entre le

rotor et le stator). Grâce au mouvement du rotor, on obtient un produit très fin.

Ce n’est pas le moyen le plus utilisé pour les formes sèches car il faut trouver un véhicule

liquide où le produit est non soluble.

5- Contrôle granulométrique

Il existe différentes méthodes.

Méthodes directes

- Tamisage (spécifique aux formes sèches)

- Microscopie (optique ou électronique)

Méthodes indirectes

- Compteurs électroniques de particules

- Granulométrie laser

Les contrôles permettent de déterminer :

- la taille des particules

- distribution granulométrique (hétérogène ou homogène)

Le schéma correspond à des histogrammes de taille donnée

avec les % respectifs de ces tailles.

Tamisage

Définition

Opération permettant de déterminer les différentes classes granulométriques d’une poudre par

passage de celle-ci à travers différents tamis de dimension donnée.

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Tamis

Treillis métallique qui est un tissage de fils métalliques formant des espaces libres de forme

carrée appelée mailles.

C’est la taille des mailles (ouverture) qui définit la dimension du tamis.

Maille carrée : présence de fils qui se croisent et la maille correspond à la distance de fil à

fil. On ne tient pas compte de la grosseur du fil. Expression en µm.

Pharmacopée européenne : 38 µm à 11.2 µm

En pratique, cette méthode est utilisable pour des particules > 50µm.

Cette méthode est basée sur la superposition de tamis les uns sur les autres. La détermination

des tailles se fait par ouverture de mailles décroissantes. On dépose l’échantillon par le haut et

les tamis sont placés sur une colonne de vibration pendant 10 à 15 min. On pèse l’échantillon

de poudres sur chaque tamis (pesée du tamis avant et après l’essai). Cela s’appelle le refus.

Puis on trace l’histogramme avec une courbe granulométrique (=> distribution

granulométrique).

La taille moyenne : ouverture de mailles correspondant à 50% de la population.

La précision de cette méthode est assez correcte.

L’interprétation est semi quantitative pour chaque granulométrie de poudre.

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Microscopie optique

C’est la méthode de référence permettant l’étalonnage d’autres techniques granulométriques.

Elle repose sur la mesure individuelle des particules (chaque particule est analysée une par

une ≠ tamisage).

Elle prend en compte de la forme des particules (très intéressant lorsque les particules sont

sous forme « d’aiguilles » car la méthode de tamisage donne alors un résultat faussé).

Elle se fait à sec ou en phase liquide.

Gamme de mesure : 0.5 µm à 200µm

Images :

En haut : granules

Au milieu : agglomérats

En bas : cristaux de PA

Microscopie électronique

Méthode uniquement utilisée en Recherche & Développement.

Elle donne une idée de la forme et de la taille des particules. On travaille également particule

par particule.

Gamme de mesure : > 0.001µm

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Technique de microscopie à balayage.

Le mannitol est un polyol utilisé comme diluant. Il est très utilisé dans les comprimés

orodispersibles (obtention d’un effet frais lors de la dispersion dans la bouche).

- Mannitol classique pour la granulation : ≈ 60µm

- Mannitol pour compression directe : ≈ 300µm

Ceux sont les fournisseurs de matière première qui réalisent ce type de mesure.

Compteur électronique

Principe

Variation de la résistivité d’une solution d’électrolytes dans lequel sont dispersées les

particules solides.

Le passage d’une particule entre 2 électrodes entraîne le déplacement d’un volume équivalent

d’électrolyte générant une impulsion électrique qui est mesurée.

Résultats

Les résultats sont donnés sous formes d’histogrammes de fréquences de différentes classes

granulométriques des particules.

Gamme de mesure : 1 à 1000 µm.

Rq : Fonctionne pour les particules solides mais il ne faut pas que la particule soit soluble.

R&D +++

Granulométrie laser

Principe

Distribution granulométrique est déduite de l’interaction

(diffusion, diffraction, transmission) entre un ensemble de

particules et un rayonnement laser incident.

L’angle de diffusion est d’autant plus grand que la particule

est petite.

Les résultats obtenus seront d’autant plus fiables que la

forme des particules sera proche de celle d’une sphère

Gamme de mesure : 0,01 à 1000 μm.

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Problème : formes des particules. La technique marche pour des particules sphériques. Il faut

donc faire de la microscopie optique ou électronique avant pour savoir si on peut appliquer

la méthode.

Procédé

Les mesures s’effectuent :

- Soit par voie liquide (les particules sont mises en suspension dans un liquide non

solvant)

- Soit par voie sèche

Résultats

Les résultats sont donnés sous forme d’histogrammes de fréquences des différentes classes

granulométriques des particules.

Gamme de mesure : 0.01 à 1000 µm.

Intérêts des méthodes indirectes :

- Travaux sur de grosses quantités de particules

- Données beaucoup plus importantes