压片机结构的研究及发展方向

2020-03-03 01:22:47 来源：范文大全收藏下载本文

重庆医药高等专科学校

药学系

09级专科药学3班

韦雨露

学号：2009002201 压片机结构的研究及发展方向

作者：韦雨露

（单位：重庆医药高等专科学校

邮编：400030）摘

要：归纳目前片剂生产中存在的问题，并对近年来压片机结构的研究进行了较详细的总结，探讨了结构改进对片剂生产的影响。对制药设备发展方向和研发思路作进一步的探讨，以提高中国制药设备整体水平并将其不断推向新的高点。关键词：压片机；影响；制药机械；发展方向

随着科技的进步与发展，人民生活水平大大提高，对一些保健品和药品的需求量日益增加。而片状剂型的药品、保健品因其剂量准确、质量稳定、定量合理、服用方便、便于识别等优点，已成为品种多、产量大、用途广的剂型之一。压片机又是片剂设备中最关键、最重要的装备，压片机的性能直接关系到片剂的生产质量，因而人们对压片机的结构研制给予了极大的关注。下面将对片剂生产中的常见问题、相关装置的结构改进以及未来的发展方向予以分析。

1、压片机的工作原理及特点

目前国内各制药企业所使用的国产压片机可简单地分为单冲式压片机（单冲压片机、花篮式压片机）和多冲式或旋转压片机（普通旋转压片机、亚高速压片机、高速压片机、包芯片压片机、全粉直接压片等）。其中，单冲压片机价格低廉、操作方便、结构简单，因此广受实验室、研究所和医院院校等研究人员的欢迎，然而由于单冲压片机存在诸多的不足，有时实验室小试的结果与实际大生产旋转式压片机所得的结果差异很大，无法将其数据直接复制用于实践生产。旋转式压片机则由于结构复杂、价格昂贵、操作者需经过培训等，使其应用受到一定的限制，多数只用于药厂生产。单冲压片机和多冲压片机特点比较如表Ⅰ所示：表Ⅰ单冲压片机和多冲式压片机特点

项目

单冲式压片机

多冲式压片机压力

小，1.5kN,

大，5～150kN 预压装置

无

有速度

慢，无调速

快，可调速过载保护

没有

有

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学号：2009002201 物料流动性

不能观察

能观察受压方式

撞击式，压力不均

压力逐渐增加，均匀压缩过程

无保压时间，排气差

有保压时间，排气好成品情况

一般，易顶裂

较好

操作过程

简单，不封闭，不符合GMP

复杂，封闭，符合GMP 1.1单冲压片机

单冲压片机主要由冲模、加料机构、填充调节机构、压力调节机构和出片机构组成，其原理是通过偏心轮的转动带动上下冲运转，使之产生相对运动而压制成药片。压力调节器的作用是调整上冲下降的距离，在充填一定的情况下，上冲下降多，上下冲之间的距离愈近，压力就大，反之就愈小。填充调节机构包括片重调节器和出片调节器，片重调节器用来调整下冲下降的深度（也即下冲的最低位置），目的是控制中模孔内物料的容积即片重；出片调节器可以用来调整下冲升起的高度位置，一般调整至与中模上缘相平。单冲压片机是间歇式生产设备，其生产效率低，一般在40～100片／min；压片时由于上冲单向加压而容易产生裂片、噪音大等缺点。单冲压片机可以手摇，也可以电动连续压片，一般适用于小批量生产和实验室试制。目前国内主要有TDP、ZP、YP等型号。

1.2 旋转式压片机

旋转式压片机主要由工作转盘、加料机构、填充调节机构、上下冲的导轨装置和压力调节机构组成。工作转盘由3部分组成：上层为上冲、中层为中模、下层为下冲，中层位置装有填料斗。旋转式压片机的工作原理是将多副冲模呈圆周状装置在工作转盘上，各上、下冲的尾部由固定不动的升降导轨控制；工作转盘由传动设备带动旋转，使得上下冲随其作同步旋转，同时又受导轨控制做轴向的升降运动，填料斗中的颗粒连续加入冲模；在上冲上面及下冲下面装有压轮，当各自转动到各自压轮时，物料被连续压制成片并连续出片。

旋转式压片机按转速高低可分为普通旋转压片机、高速旋转压片机和亚高速旋转压片机，其产量每小时为几万到几十万片之间，可满足不同的生产需求。(1)目前国内普通旋转压片机转台的最高转速只能达30r／min左右，生产能力较低，一般在10万片／h左右；(2)高速旋转压片机转台的转速一般为50～90r／min左右，生产量大概为 (20～50)万片／h；(3)在实际生产过程中，特别是生产一些具有中批量多规格的产品，选择普通旋转压片机难以承担任务，而选择高速旋转压片机则会出现投资过高和利用率低的局面，可选用生产能力介于普通和高速之间的亚高速旋转压片机。与高速压片机相比，亚高速压片机具有结构简单、价格便宜、运行成本低等优点。亚高速旋转压片机转台的最高转速可达40r／min左右，其生产能力大概为 (20～26)万片／h。

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学号：2009002201 旋转式压片机因其振动小、噪声低、能耗小、产量高、质量稳定以及适合规模生产等特点在国内外得到广泛应用，已成为片剂生产的主要机械设备。目前国内生产旋转式压片机的厂家较多，型号主要为ZP系列。

1.3花篮式压片机

花篮式压片机是一种小型、花篮式连续自动压片机，它也是单副冲模的压片机械，但其工作原理与单冲压片机不尽相同，它主要通过三角皮带和一级圆柱齿轮，带动主轴旋转，主轴上装有3种凸轮机构，通过三者协调运作，完成填充、压制、出片3个工艺程序。花篮式压片机与单冲压片机相比较为笨重，难以进行手摇式压片，其生产能力与单冲压片机相差无几，一般也只适用于实验室、医院等部门的小批量生产。由于其冲模较大，装量也大，还适用于大剂量片剂以及各种异形片的压制。国内型号主要为THP系列。

1.4 包芯压片机

包芯片是近年来国内外发展起来的新剂型，也称干法包衣片。传统干法包衣片制备时首先需要预先压制含药片芯，然后再转入另一压片机中进行第2步压制，一般是将2台旋转式压片机用单传动轴连接配套使用。包衣时，先用 1台压片机将物料压成片芯后，由传递装置将片芯传递到另1台压片机的模孔中，在传递过程中由吸气泵将片外的细粉除去，在片芯到达第2台压片机之前，模孔中已填入了部分包衣物料作为底层，然后片芯置于其上，再加入包衣物料填满模孔，进行第2次压制成包衣片。此法压制片剂步骤繁琐、成本较高；而且2次压片的方法可能导致无芯片、双芯片、芯片偏离中心等一系列的质量问题，因此传统的干法包衣没有得到广泛的应用。

YuichiOzeki等人将单冲压片机进行了改造，研制出一步干法包衣压片机。该机与传统的压片机结构上的不同在于，一步干法包衣压片机的冲头含有双层结构：中心冲和外周冲，中心冲的直径比外周冲的直径小。该系统可以装备在旋转压片机上用于工业化大生产，但目前还未有成品上市。

目前国内外包芯片的制备依旧采用传统方法，其型号为ZPW系列，产品质量已赶上甚至超过国际同类产品水平，而价格还不到同类产品的1/10，具有极强的竞争力。

1.5 粉末直接压片机

粉末直接压片是将药物的粉末与适宜的辅料分别过筛并混合后，不通过湿法制粒或干法制粒而直接压制成片。由于其不必经过制粒、干燥，工艺过程简单，节能省时的同时，还能保护药物，特别是增加对湿热敏感药物的稳定性，产品崩解或溶出快，成品质量稳定，并能提高片剂制备的工业自动化程度，符合GMP，因此粉末直接压片机越来越多地被各国的医药企业所采用，在国外约有40％的片剂品种采用粉末直接压片的工艺进行生产。目前国内虽然还以湿法制粒工艺进行压片为主，但随着药用辅料新品种、压片设备的不断引进和完善，粉末直接压片法的应用也将逐渐增加。

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学号：2009002201 粉末直接压片是将各种粉末材料直接干压成型，与颗粒相比，细粉流动性差，易在饲粉器中出现空洞或流动时快时慢，造成片重差异，因此采用振荡饲粉或强制饲粉装置可以使粉末均匀流入模孔；由于粉末中存在的空气比颗粒中的多，可压性差，压片时容易产生顶裂需降低压片速度，此时可采用两次压缩法解决这个问题，经过第一次预压后，排出细粉中的空气，减少裂片现象，增加片剂的硬度；另外，细粉还具有飞扬性，在直接压片时，会产生大量粉尘，出现污染与漏粉现象，因此除了在直接压片处方筛选时选择可压性和流动性较好的辅料外，用于全粉直接压片的机械还应具备强制饲粉装置，密闭加料装置，刮粉器与转台问的严密接合、较好的除尘装置以及完善的预压机构等，才能有助于保证整个直接压片过程的顺利进行。

目前国内也有一些厂家生产的旋转压片机可以用于全粉压片，但在实际应用中还有一些不完善，尚需我国制药机械专家进一步努力。

2、常见问题

2.1冲模磨损

冲模是压片机的重要配套零件，传统压片机的冲杆和中模都是用钢材制成。在压片过程中，粉末与冲模壁和上下冲杆间都会产生摩擦，这种摩擦会减小粉末轴向和径向力的传送，使得粉末内气孔和密度分布不均，严重时还会导致片重变化很大，出现裂片、叠片，出片时机器损坏等问题。而且摩擦会产生热量，高温会影响热敏性药物的稳定性。

常用的办法是在冲模上涂润滑剂来减小磨损或者更换新的冲杆。润滑剂多为疏水性物质，可延长片剂的崩解时限，阻碍水分进入片剂内部，故用量越大、影响越大。但是常用的润滑剂为硬脂酸镁（从动物体内获取），不易大量使用，而且人体若过量吸收硬脂酸镁，易诱发结石。

为了减小冲模的摩擦，有研究者想到了用氧化锆来代替钢材的想法。如图1左为氧化锆制冲模，右为钢制冲模。氧化锆韧性好，在工程应用中是理想的耐磨材料，硬度高、耐磨，从而延长了磨具的使用时间。摩擦系数低，可以减少压缩粉末的时间，更重要的是能减少出片时间。另外，氧化锆抗静电、无磁性、低导热率，不会因为摩擦生热而对药片的性能产生影响，是理想的制造冲模的材料。

2.2片重差异

在《制剂通则》片剂篇中对重量差异的规定是：“平均重量0.30 g，重量差异限度±7.5%；平均重量≥0.30 g，重量差异限度±5%”。实际生产中片剂的重量差异常常超过这个规定。传统压片机都是在主压处并且固定厚度下，用压力传感器测压力变化来控制药片的片重差异。

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学号：2009002201 Courtoy公司则采用了新的方法，即在预压处测量固定压力下的厚度变化。此时物料受到均匀压力时，其厚度与重量成正比。而保证均匀压力的就是空气补偿器（Air compensator），如图2所示：

这个空气补偿器装在预压和主压位置上。活塞固定在压轮上，空气补偿器与压轮连接。活塞在充满压缩空气的气缸中竖直移动。气缸的空气压力是事先设定的，由压力控制阀和一个气体膨胀室保持压力固定。因为气缸的表面积和空气压力是固定的，所以压缩压力也是固定的。这样就可以保证压力平衡，其被称为

“厚度恒定压片”。在预压阶段，通过改变药片厚度来控制压力，使主控系统重新获得校准，并且不会影响药片的最终厚度或重量。而主压力及药片硬度会随物料的特性不同而有所变化，如果药片过硬就会被人工或自动检测并停止压片。最终主压处的压力传感器测出各个不同的主压力，从而计算出一个移动平均数，这个平均数信号用来调整主压的大小，以确保这个数值在预先设置的范围内。

2.3生产效率低

传统压片机都有中模和中模螺栓，如36冲，则有36个中模和36个中模螺栓，零部件个数众多，且一旦发生损坏，拆卸更换很难，而且必须停车修复，使得生产效率大大降低。于是FETTE公司想出分段中模台的设计，传统转台与FETTE公司分段中模台对比，传统压片机需要逐一把每一只中模装入中模台板中，再用螺钉逐一紧固。如此在更换产品或清洗时非常耗时，而现在压片机只需要3～5个分段中模台，每个模台只需2个卡箍和2个螺钉紧固即可。这些独立的分段中模台按所需压片的模腔尺寸直接做在中模台板上，不再有单独的中模。该设计具有可以缩短装配时间，减少产品损失（中模和中模孔间的缝隙不存在，不再有残留粉末），清洗方便（水平螺纹孔不存在了），提高技术稳定性（人工装配次数减少，从而差错次数也降低）等优点。同时Courtoy公司也研发了类似的中模台，与FETTE不同的是，他们的中模台是一体而不是分段的。德国KORSCH公司研发了可移动转盘。这种新的转盘设计可以完全自动移开整个转台和凸轮架以及压片工具。同时，一个很轻巧的电子移动手可以快速拆卸或安装自动可移转盘。而且，在10 min内就能更换转盘（包括中模，上、下冲杆和凸轮）。

2.4清洗困难

在对压片机的清洗过程中，用于安装中模螺栓的水平螺纹孔一直是个清洗难点。因此，Courtoy设计了一个新型结构，如图6所示。中模仍保留，但是不用中模螺栓固定，而是用圆台型的中模加紧装置，它可以夹在中模孔中，起到固定作用。在这个设计

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学号：2009002201 中，零件都具有光滑表面，且形状简单，清洗方便。另外传统压片机都是竖直放置的，在清洗后水可能难以排出，延长操作时间，从而影响片剂生产的效率。于是英国的Manesty公司发明了一种倾斜机构（tiltingmechanism），如图7所示。这种内置式的提升机构可以使整台压片机倾斜一定的角度，然后把水引到排水点，从而缩短了清洗时间。在加工完一批药片时，传统压片机需要对整台机器都进行清洗。Courtoy公司研发了Modul D型压片机采用集成组合的设计技术。所有和产品接触的零部件包括冲模，全都装在一个可更换压缩模块上（ExchangeableCompreion Module，ECM），完全不需要清洗压片机内部，只需要离线清洗模块，停机时间减到最少，大大提高了生产效率。一批产品加工完成之后，操作工可以简单迅速地取出一个ECM，用另一个清洁的ECM来替换它。整个更换过程不超过30 min，而传统的压片机需要8 h。迅速改型使得加工小批量、高附加值或高毒性的产品更加经济。

在压片机领域，国内药机企业对压片机结构的研究还不够深入，有待进一步探索。然而以上的研究结果已经显示，世界著名压片机制造商已在结构上做了许多改进，揭示了结构对片剂生产的重大影响。因此，国内相关厂家亟待加强新型结构的研究，开发具有中国自主知识产权的压片机，从而真正提高片剂的生产质量。

参考文献：

1) 机电信息·2004年第6期总第66期 2) 中国制药装备·2009年8月·第8辑

3) 中国制药装备·2009年10月·第10辑 4) 中国制药装备·2010年2月·第2辑 5) 中国制药装备·2010年 8月·第 8辑

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