top of page

Rheology & Flow

Amorphous Content

Rheology & Viscosity

Microrheology

Stability

Powder Flow

Texture Analysis

Products

Working with powders

Freeman Technology

Freeman Technology
Powders are Versatile

Powders are utilised extensively across a broad range of industries and yet many of the flow properties of powders remain poorly understood. As final products, they are diverse in nature and may exist in the form of a loose powder in a sachet, a fluidised toner in a laser printer, or a powder that has been compressed into a tablet. The process operations employed during the manufacturing cycle are numerous, and can be very different in nature. It is perhaps no surprise then, when we consider the number of variables in a formulation, the diversity of unit operations employed during manufacturing, and the variety of applications, that working with powders is challenging.

Whether you are interested in formulation, process development, scale-up, commercial manufacturing, tech transfer, or quality assurance, there are many ways in which powder flow properties will be important. Powders have been utilised extensively because they possess a range of characteristics, which if well understood can be exploited to produce unique and highly valuable products.

Consider a dishwasher tablet that is processed as a powder, but then formed into an easy to handle compact of exact quantity, or a dry powder inhaler that provides a pain-free way of delivering a pharmaceutical drug directly to the target site within the patient’s lung. Powders have such versatility that they have long been employed ubiquitously across many industries.

The Challenge

As a consequence of a diverse range of properties, powders have proven to be highly functional materials, however they are notoriously difficult to handle. Powder behaviour is complex and cannot simply be categorised as universally “good” or “bad”. Powders can change their behaviour with a slight increase in ambient moisture, or if vibrated for a fraction of a second. Some have a tendency to stick to processing equipment, become electrostatically charged, change their characteristics if mixed at a different speed, or for an increased duration. These are complex materials, and if well understood their properties can be used to our advantage. However, if poorly characterised, a powder’s attributes can easily cause production problems and quality issues with the product.

The kinds of challenges confronted by industry vary enormously, but typical questions include: -

1. Can I use this new grade of raw material in my existing formulation without introducing production or quality issues?

2. What is the optimum water content required to ensure ideal final product attributes?

3. Can blend uniformity be achieved using a slower mixing speed, perhaps for a longer mixing time?

4. Will this powder flow out of my hopper in a consistent way?

5. How can we enhance this formulation so that we can run the process faster and make more product, without compromising quality?

6. Why is this batch giving us problems, when it should be performing as well as the last batch?

7. Is this powder so cohesive we won’t be able to eliminate the agglomerates during mixing?

8. Will this grade of raw material agglomerate and densify when passed through the screw feeder?

9. Why are the tablets laminating after compression?

There are literally hundreds of questions routinely asked across formulation, development, production and quality departments, and solving these normally requires an understanding of the characteristics of the powder. Whilst the solution is not always easy to attain, having access to important properties of the material being processed is the starting point to understanding the problems and engineering a solution.

Characterisation Leads To...

Utilising powder testing instrumentation from Freeman Technology, it is now possible to complete a detailed analysis of your powder’s behavioural properties, leading to the prediction and understanding of: -

  • Flow and behaviour in: -

  • Hoppers (will       the powder discharge with uniform flow rate, or will it bridge, block or       result in pulsatile flow?)

  • Feeders (is       flow rate uniform; does feeding result in agglomeration / densification       of the powder; will the powder flood through the feeder?)

  • Filling       systems (can the filling system be run at acceptable speed, whilst still       achieving target fill weight; does powder fill the die uniformly?)

  • Conveyors       (what air velocity is required for a given mass transfer; dilute phase       vs. dense phase; will particles breakdown through attrition?)

  • Mixing / blending performance

  • The effect of feeding /      conveying (agglomeration, attrition)

  • Consolidation / caking      potential

  • The influence of changes in      relative humidity / moisture content on powder behaviour

  • The influence of process variable      changes (e.g. amount of water added during wet granulation, blender speed      during mixing, turret speed whilst running a rotary tablet press, carousel      speed when bag filling)

  • The effect of formulation      decisions on in-process performance, and the attributes and quality of      final product

  • Final product quality /      attributes from upstream measurements of powder properties

  • Optimum process settings for      incoming raw materials / intermediates

  • Quality of raw materials (in      more detail than traditionally possible (beyond just particle size /      density))

  • Suitability of new product on      an existing line, or existing product processed on different equipment

  • What range of material      properties can be handled in a specific process, and how process settings      can be adapted to accommodate a broader range or material properties

Powder characterisation is more than just understanding the flowability of powder in a hopper! Powders have many behavioural characteristics, and all must be understood for optimal product development and efficient manufacturing.

Advantages of Comprehensive Powder Characterisation

Comprehensive powder characterisation does require significant capital investment and the resources to run measurements and trials. However, the many benefits and cost savings are substantial, and when implemented correctly, comprehensive powder characterisation can lead to:

  • Improved product quality

  • Faster time to market

  • Reduced wastage

  • Better equipment utilisation

  • More efficient manufacturing -      fewer stoppages, less batch to batch variation

  • Better control of raw material      quality and increased confidence when changing raw material suppliers

  • Demonstrated interest to your      customers and regulators that you are motivated to provide the best      product

Advanced powder characterisation is already a key strategy for many powder processing companies, and it continues to be widely embraced by the broader community as the benefits to formulation, processing, QA/QC and technical services become increasingly understood.

עבודה עם אבקות

Freeman Technology

Freeman Technology

אבקות הן ורסטליות, הן מסוגלות להסתגל או להתאים לתפקודים רבים ו/או פעילויות שונות.

אבקות מנוצלות במגוון רחב של תעשיות ובכל זאת רבים ממאפייני הזרימה של אבקות נותרו לא מובנים. כמוצרים סופיים, הם מגוונים באופיים ועשויים להתקיים בצורה של אבקה חופשית בשקית, טונר ח במדפסת לייזר, או אבקה שנדחסה לקפסולה. הפעולות בתהליך הייצור הן רבות ויכולות להיות שונות מאוד באופיין. אם כן, ניתן להסכים כי כאשר אנו בוחנים את מספר המשתנים, את מגוון יחידות הפעולה הקיימות במהלך הייצור ואת מגוון היישומים, העבודה עם אבקות היא מאתגרת.

בין אם אתם מעוניינים בייצור פורמולציה, פיתוח תהליכים, הבאה לידי ייצור בקנה מידה גדול יותר, ייצור מסחרי, העברה טכנית (tech-transfer)או הבטחת איכות, ישנן דרכים רבות בהן תכונות זרימת האבקה יהיו חשובות. אבקות מפיקות תועלת באופן נרחב מכיוון שיש להן מגוון מאפיינים, שאם ניתן להבין אותם היטב ניתן לנצל את האבקות לייצר מוצרים ייחודיים ובעלי ערך רב.

מוצרים רבים מבוססי אבקות, טבליה למדיח מעובדת כאבקה, אך לאחר מכן מתגבשת לכדי קובייה קומפקטית נוחה בכמות מדויקת, או משאף מבוסס אבקה יבשה המספק דרך נטולת כאבים להעברת תרופה ישירות לאזור המטרה בתוך ריאות המטופל. אבקות הן בעלות רבגוניות כזו שהן קיימות כבר זמן רב בכל מקום בענפי תעשייה רבים.

האתגר

כתוצאה ממגוון רחב של תכונות, אבקות הוכיחו שהן חומרים מאוד פונקציונליים, אולם ידוע שקשה לטפל בהן. התנהגות אבקה היא מורכבת ואינה יכולה להיות מסווגת פשוט כ"טוב" או "רע" באופן כללי. אבקות יכולות לשנות את התנהגותן עם עלייה קלה בלחות הסביבה, או אם הן רוטטות במשך שבריר שניה. לחלקם יש נטייה להידבק לציוד התהליך, להיטען באלקטרוסטטיות, לשנות את מאפייניהן אם מערבבים אותם במהירות אחרת או למשך זמן מוגבר. מדובר בחומרים מורכבים, ואם מבינים היטב ניתן להשתמש בתכונותיהם לטובתנו. עם זאת, אם היא מאופיינת בצורה לא טובה, תכונותיה של אבקה יכולות לגרום בקלות לבעיות ייצור ולבעיות איכות עם המוצר.

סוגי האתגרים העומדים בפני התעשייה משתנים מאוד, אך שאלות אופייניות כוללות: -

  1. האם אוכל להשתמש בגרסה חדשה זו של חומר גלם מבלי להכניס בעיות ייצור או איכות?

  2. מהי תכולת המים האופטימלית הנדרשת להבטחת תכונות המוצר הסופי האידיאלי?

  3. האם ניתן להשיג אחידות תערובת באמצעות מהירות ערבוב איטית יותר, אולי זמן ערבוב ארוך יותר?

  4. האם האבקה הזו תזרום מהמיכל שלי בצורה עקבית ורציפה?

  5. כיצד נוכל לשפר פורמולציה, כך שנוכל לבצע את התהליך מהר יותר ולהפיק יותר מוצרים, מבלי לפגוע באיכות?

  6. מדוע אצווה זו "עושה לנו בעיות", כאשר היא אמורה לפעול בדיוק כמו האצווה האחרונה?

  7. האם אבקה זו כל כך דביקה שלא נוכל לפזר את האגלומרטים במהלך הערבוב?

  8. האם סוג זה של חומרי גלם יצטבר ויתעבה כשהוא עובר דרך יחידת ההזנה?

  9. מדוע הטבליות מתפרקות לאחר דחיסה?

יש ממש מאות שאלות שנשאלות באופן שוטף על פני מחלקות רבות: פורמולציות, פיתוח, ייצור ואיכות ופתרון אלה בדרך כלל דורש הבנה של המאפיינים של האבקה. אמנם לא תמיד קל להשיג את הפתרון, אך גישה למאפיינים חשובים של החומר בתהליך היא נקודת המוצא להבנת הבעיות ולימוד פתרון.

אפיון מוביל ל ...

בעזרת מכשור לבדיקת אבקה, ניתן להשלים ניתוח מפורט של תכונות ההתנהגות של האבקה שלך, מה שמוביל לחיזוי והבנה של:

• זרימה והתנהגות ב: -

o מיכלי אחסון (האם האבקה תשתחרר ותזרום עם קצב זרימה אחיד, או שתיווצר חסימה bridging, תיעצר או תגרום לזרימה לא אחידה?)

o יחידות הזנה (האם קצב הזרימה אחיד; האם ההזנה גורמת לאגלומרציה / דחיסה של האבקה; האם האבקה תזרום דרך המזין?)

oמערכות מילוי (האם ניתן לתפעל את מערכת המילוי במהירות מקובלת ועדיין להשיג את משקל המילוי הרצוי; האם אבקה ממלאת את המבלט (die) באופן אחיד?)

oמסועים (איזו מהירות אוויר נדרשת להעברת מסה נתונה; פרקציה מדוללת לעומת פרקציה מרוכזת, האם חלקיקים יתפרקו כתוצאה משחיקה?)

  • ביצועי ערבוב / ערבול

  • השפעת הזנה / העברה (אגלומרציה, שחיקה)

  • פוטנציאל דחיסה / התגיישות / התגבשות

  • השפעת השינויים בתכולת הלחות / הלחות היחסית על התנהגות האבקה

  • ההשפעה של שינוי משתנים בתהליך (למשל כמות המים שהוספה במהלך גרנולציה רטובה, מהירות הבלנדר במהלך הערבוב, מהירות ה-punch בעת הפעלת מכבש טבליות סיבובי, מהירות הקרוסלה בעת מילוי שקים)

  • השפעת הרכב הפורמולציות על הביצועים בתהליך, התכונות והאיכות של המוצר הסופי

  • איכות המוצר הסופי / תכונות האבקה ומדידות שלה בהמשך התהליך

  • הגדרות תהליך אופטימליות לחומרי גלם / חומרי ביניים נכנסים

  • איכות חומרי הגלם (בפירוט רב יותר מהמסורתי (מעבר לגודל החלקיקים / צפיפותו בלבד))

  • התאמה של מוצר חדש בקו קיים, או מוצר קיים המעובד על ציוד אחר

  • באיזה טווח של תכונות חומר ניתן לטפל בתהליך ספציפי, וכיצד ניתן להתאים הגדרות תהליך כך שיתאימו לטווח רחב יותר או למאפייני החומרים

אפיון אבקה הוא יותר מסתם הבנת זרימת האבקה כצבר! לאבקות יש מאפיינים התנהגותיים רבים, ויש להבין את כולם לצורך פיתוח מוצר אופטימלי וייצור יעיל.


היתרונות של אפיון אבקות מקיף

אפיון מקיף של אבקה אכן דורש השקעות הון משמעותיות ומשאבים להפעלת מדידות וניסויים. עם זאת, היתרונות הרבים והחיסכון בעלויות הם ניכרים, וכאשר מיושמים נכון, אפיון אבקות מקיף יכול להוביל ל:

  • איכות מוצר משופרת

  • זמן מהיר יותר לשוק

  • בזבוז מופחת

  • ניצול ציוד טוב יותר

  • ייצור יעיל יותר - פחות הפסקות, פחות שונות בין אצווה לאצווה

  • שליטה טובה יותר באיכות חומרי הגלם וביטחון מוגבר בעת החלפת ספקים של חומרי גלם

  • הראה עניין בפני הלקוחות והרגולטורים שלך כי יש לך מוטיבציה לספק את המוצר הטוב ביותר

אפיון אבקה מתקדם הוא כבר אסטרטגיה מרכזית עבור חברות רבות לעיבוד אבקה, והיא ממשיכה להיות מאומצת על ידי הקהילה הרחבה ככל שהיתרונות בפיתוח, תהליך ייצור, QA/QCושירותים טכניים הופכים מובנים יותר ויותר.

אנחנו בד"ר גוליק נשמח לתת את הייעוץ הרלוונטי בתהליכים השונים בהם משתתפות אבקות במפעלכם.


אתם מוזמנים לפנות אל מומחה האבקות שלנו - עדי בן יעקב : adi@golik.co.il

bottom of page