Étude du collage observé lors de la fabrication des comprimés pharmaceutiques

Le collage est une problématique qui survient lors du pressage des comprimés pharmaceutiques. Son occurrence résulte en l’obtention de comprimés défectueux réduisant ainsi l’efficacité du procédé de pressage. Malgré toutes les récentes études portant sur le collage, les mécanismes conduisant à son avènement ne sont pas connus. Ainsi, une étude phénoménologique du procédé de pressage s’avère nécessaire. La recherche dans cette thèse a comme hypothèse que les molécules d’eau contenues dans les particules de poudre sont la cause probable du déclenchement du mécanisme conduisant au collage. Ainsi l’objectif général de cette investigation est l’étude du comportement du contenu en eau des particules de poudre au cours du pressage. Dans un premier temps, les coefficients de transport de l’humidité dans les comprimés pharmaceutiques ont été déterminés en se basant sur le test standard ASTM D6539. Les poudres pharmaceutiques étant hygroscopiques, l’hélium a été utilisé comme gaz pour déterminer la perméabilité absolue, les coefficients de diffusivité, de transfert et de perméabilité de l’humidité dans les comprimés à différentes densités relatives. Les coefficients déterminés ont été utilisés dans un deuxième temps pour modéliser le comportement des molécules d’eau au cours du pressage. Le logiciel de simulation numérique COMSOL Multiphysics 5.4 a été utilisé. Les modèles phénoménologiques de Drucker-Prager-Cap et de HAM (Heat, Moisture and Air) ont permis de simuler les variations thermomécaniques et de teneur en eau dans le lit de poudre au cours du pressage. La densité relative des comprimés fabriqués, une sonde proche infrarouge et une caméra thermique ont permis de valider les résultats thermomécaniques et de variation d’humidité obtenus avec la modélisation. La modélisation a montré que le contenu en eau des particules de poudre s’évapore au cours du pressage sous l’effet de l’augmentation de la température du lit de poudre. La mesure de la teneur en eau de surface des comprimés juste après leur éjection a montré que le contenu en eau de surface est supérieur à celui de la poudre initiale alimentée dans la presse. Ce résultat suggère qu’une accumulation des molécules d’eau évaporées se fait à l’interface poinçon – lit de poudre au cours du pressage. Une partie du contenu en eau évaporée peut s’adsorber sur la surface du poinçon de compression et causer une condensation capillaire à l’interface poinçon – comprimé. Ceci induirait l’adhésion des particules de poudre de surface du comprimé par le biais de ces forces capillaires. La propension au collage de poinçons de pressage revêtus de différents matériaux a été testé en compression sur une presse unistationnaire. Il en ressort que l’interaction polaire ou acide – base de Lewis de la surface des poinçons est régie par la composante base de Lewis de l’énergie libre de surface. Les surfaces exhibant une valeur élevée de cette composante ont montré une propension plus élevée à coller. Le pourcentage atomique des groupes fonctionnels polaires et oxides de surface des poinçons quantifié grâce à l’analyse par spectroscopie photoélectronique X s’est aussi relevé plus élevé pour les poinçons sur lesquels le collage a été observé. Ces résultats montrent que les poinçons affectés par le collage ont une capacité plus élevée d’adsorber les molécules d’eau qui s’évaporent du lit de poudre durant la compression. Ces derniers causeront ainsi le collage à travers les forces capillaires qui s’établiront entre les particules de surface du comprimé et la surface active du poinçon.

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