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Prädiktive Pulververdichtungsmodelle

Pulververdichtung, ein Verfahren, das großflächig zur Herstellung qualitativ hochwertiger partikulärer Produkte angewandt wird, ist bei wärmeempfindlichen Materialien wie bspw. Polymeren von begrenzter Tauglichkeit. Ein zentrales Problem ist das unvollständige Wissen über das thermomechanische Verhalten solcher Materialien während der Pulververdichtung.
Prädiktive Pulververdichtungsmodelle
Sowohl Walz- als auch Pressverfahren sind kosteneffektive kontinuierliche Fertigungsprozesse mit geringer Abfallproduktion. Die Ansammlung von Wärme und die nachfolgende Zersetzung wärmeempfindlicher Materialien schränken jedoch die Anwendung von Verdichtungsverfahren für die Herstellung von Produkten mit hoher Wertschöpfung ein.

Die EU-finanzierten Forscher des Projekts THERMOPC (Thermomechanical modelling of powder compaction) arbeiteten an der Entwicklung innovativer prädiktiver Modelle zur Darstellung des thermomechanischen Verhaltens wärmeempfindlicher Materialien während der Pulververdichtung.

Es wurde erfolgreich ein Finite-Element-Methode-basiertes thermomechanisches Modell für die Pulverpress- sowie Pulverwalzverdichtung entwickelt. Daraufhin wurden verschiedene Stanzformen evaluiert.

Die Resultate ergaben, dass sich Pressform, Verdichtungsgeschwindigkeit und Presse-Wand-Reibung in erheblicher Weise auf das thermodynamische Verhalten von Pulvern während der Pressverdichtung auswirken. Zu wichtigen Faktoren, die reguliert werden müssen, um die maximale Temperatur der Tablette zu reduzieren, zählen die Presse-Wand-Reibung und die Verdichtungsgeschwindigkeit. Diese Erkenntnisse sind in zwei Papern veröffentlicht worden.

Bezüglich der Walzverdichtung untersuchten Forscher die Auswirkungen der Walzgeschwindigkeit auf die Temperaturverteilung in dem Material. Es wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Walzgeschwindigkeit die Temperatur des Bandes an der engsten Stelle steigerte, die Dichte jedoch verringerte.

Pharmazeutische Pulverformulierungen können während der Verdichtung einer thermischen Degradation oder Kristallinitätsänderungen unterzogen sein. Da es von entscheidender Bedeutung ist, diesbezügliche Reaktionen zu verstehen, war THERMOPC auf eine experimentelle Erforschung des Verhaltens von mikrokristallinen Zellulosepulvern unterschiedlicher Beschaffenheit während der Tablettierung fokussiert. Die Testergebnisse lieferten wichtige Informationen darüber, inwiefern Temperaturveränderungen von den Materialeigenschaften, der Verdichtungsgeschwindigkeit und der Tablettenform abhängen.

Zunächst wurden im Rahmen der THERMOPC-Untersuchung prädiktive Modelle entwickelt, um die thermische Reaktion von Pulvern auf die Verarbeitungsbedingungen während der Verdichtung zu bestimmen. Solche robusten prädiktiven Modelle sollten sich für die Produktentwicklung, insbesondere für die europäischen Herstellungsindustrien im Bereich partikulärer Produkte, als ungemein wertvoll erweisen.

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Schlüsselwörter

Pulververdichtung, partikuläre Produkte, wärmeempfindliche Materialien, thermomechanisch, THERMOPC
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