Tabletteerpersen: een overzicht

Tabletteerpersen, en in het algemeen roterende stempel-en-matrijs persen, worden in verschillende industrieën gebruikt om poeder en korrels te compacteren en vervolgens een tablet te produceren, die gemakkelijk hanteerbaar, verkoopbaar en door de klant in te nemen is. Deze machines zijn uiteraard wijdverspreid in de farmaceutische industrie en ook in de groeiende voedingssupplementenindustrie. Hetzelfde compactieprincipe wordt echter ook toegepast in zwaardere industrieën, zoals bij de productie van vuurvaste stenen, hoewel de machinemaat verschilt en het eerder geen roterend type is, maar meer een enkel-slagmachine.

1. Wat is een tabletteerpers?

Wat is tabletpersen?

Een tabletteerpersmachine is een apparaat dat toelaat om poeder te agglomereren, of korrels dankzij compactie. Het proces, droog, bestaat erin een mengsel van poeder of korrels (poeder dat een voorafgaande granulatiestap heeft ondergaan, zoals natte agglomeratie) in een matrijs te brengen en een hoge druk uit te oefenen met een paar stempels. De druk compacteert het poeder, vervormt het en zorgt ervoor dat het aan elkaar hecht.

• Heen-en-weer gaande stempel-en-matrijs persen : de eenvoudigste machines hebben een enkele matrijs en werken volgens een heen-en-weer gaande beweging met bovenste en onderste stempels die afwisselend sluiten en openen om het poeder te compacteren en vervolgens het gecompacteerde poeder in de vorm van een tablet of briket uit te stoten. Deze machines hebben een lage doorvoer, maar worden vaak gebruikt voor de vervaardiging van metalen onderdelen of vuurvaste stenen.

• Roterende stempel-en-matrijs persen: het principe blijft hetzelfde; stempels sluiten op het product in een matrijs om het te compacteren, maar meerdere stempels en matrijzen zijn gemonteerd op een roterende ring, wat toelaat om de persfrequentie aanzienlijk te verhogen. Deze machines worden echter voornamelijk gebruikt in de farmaceutische industrie en produceren zeer kleine compacte poeders van enkele grammen. Het aantal geproduceerde tabletten is dus hoog, maar de massadoorvoer van de machine blijft enkele tientallen of honderden kilogram per uur.

2. Hoe blijft het poeder samenhangen door compactie?

Hoe maakt u tabletpoeder?

Compactie is in wezen een droog proces waarbij vaste deeltjes onder invloed van hoge druk aan elkaar hechten en een bepaalde vorm behouden. Bij het compacteren van het poeder vinden verschillende fenomenen plaats die leiden tot een tablet of briket (voor grotere machines). Deze fenomenen worden hieronder vermeld, hoewel slechts enkele ervan van toepassing kunnen zijn voor een specifieke applicatie [Pietsch]:

• Vorming van vaste bruggen tussen deeltjes door
• Chemische reactie
• Smelten of sinteren
• Adsorptielagen
• Niet-valentie-associaties
• Moleculaire, elektrische, magnetische krachten tussen deeltjes (bijvoorbeeld Van der Waals-krachten)
• Verstrengeling

In elk geval moeten de compressiekrachten zodanig zijn dat de vaste deeltjes een plastische vervorming ondergaan, een plastische vervorming, [Perry] wat leidt tot een zeer intiem contact tussen deeltjes en resulteert in enkele van de eerder genoemde bindingsfenomenen. Een typische compressiecyclus en het effect op de vaste deeltjes wordt weergegeven in grafiek 1. Het dient opgemerkt te worden dat de materialen, na compactie en nadat de druk is vrijgegeven, meestal licht uitzetten door het vrijkomen van samengeperste lucht en/of een vorm van elastisch herstel van het materiaal [Pietsch].

In sommige gevallen is de toevoeging van een bindmiddel vereist, indien compactie van bulkvaste stoffen slechts zwakke bindingen oplevert die onvoldoende mechanische sterkte bieden aan het compactaat (tablet, briket...) dat geproduceerd wordt.

3. Werkingsprincipe van een tabletteerpers

Hoe werkt een tabletteerpers?

Het compactieproces in een tabletteerpersmachine verloopt volgens deze stappen:

• Matrijsvulling: het te compacteren poeder stroomt vanuit een trechter naar de matrijs,
• Volumeverstelling en matrijsschrapen: de onderste stempel wordt versteld om het juiste volume van het compactaat te meten en een schraper verwijdert het overtollige product,
• Compactie: de bovenste en onderste stempel sluiten en oefenen een hoge druk uit op het poeder, wat leidt tot compactie,
• Stempelfreigave: de bovenste stempel wordt opgetild, er wordt geen compactiedruk meer uitgeoefend,
• Tabletuitstoting: de onderste stempel wordt omhoog gebracht om de tablet te verwijderen, die vervolgens wordt verzameld voor verdere verwerking (meestal verpakking). De stempel wordt dan verlaagd om klaar te zijn voor een nieuwe cyclus,

Figuur 1: werkingsprincipe van een roterende stempel-en-matrijs pers voor tablettering

Deze verschillende acties kunnen worden uitgevoerd op een enkelvoudige stempel-en-matrijs pers, bijvoorbeeld voor labomachines of voor het compacteren van grote hoeveelheden materiaal. De verschillende componenten kunnen echter ook op een draaitafel (turret) worden gemonteerd, wat toelaat om de persfrequentie aanzienlijk te verhogen, zij het met een kleine hoeveelheid materiaal, zoals het geval is in de farmacie. De bovenstaande figuur toont het werkingsprincipe van een roterende stempel-en-matrijs pers voor de productie van tabletten in de farmaceutische of voedingssupplementenindustrie.

4. Factoren die de keuze en het ontwerp van een tabletteerpers beïnvloeden

Ontwerpfactor	Waarop moet u letten
Productievolume en -snelheid	Beoordeel het vereiste productievolume en de snelheid om de capaciteit van de tabletteerpers af te stemmen op de productiebehoeften. Hogesnelheids-rotatiepersen zijn geschikt voor grootschalige productie, terwijl enkel-slagmachines voldoende kunnen zijn voor kleinere batches.
Gereedschap en gereedschapsmateriaal	Evalueer de gereedschapsopties en materialen die beschikbaar zijn voor de pers. Het ontwerp, de duurzaamheid en de compatibiliteit van het gereedschap met de gewenste tableteigenschappen zijn cruciaal voor een succesvolle tabletproductie.
Tableteigenschappen	Definieer de gewenste eigenschappen van de tabletten, inclusief grootte, vorm en hardheid. Verschillende tabletteerpersen kunnen uitblinken in het produceren van specifieke tableteigenschappen, wat de keuze van de apparatuur beïnvloedt.
Poedereigenschappen	Houd rekening met de eigenschappen van het poeder of de korrels die worden gebruikt. Factoren zoals vloeibaarheid, samendrukbaarheid en deeltjesgrootteverdeling hebben invloed op het compactieproces en vereisen afstemming met de mogelijkheden van de pers.
Integratie met neerwaartse processen	Evalueer hoe goed de tabletteerpers integreert met neerwaartse processen, zoals coaten, verpakken of aanvullende verwerkingsstappen. Naadloze integratie verhoogt de algehele efficiëntie.
Regelgevende naleving	Zorg ervoor dat de geselecteerde tabletteerpers voldoet aan industrievoorschriften en -normen, met name in farmaceutische en voedingssupplementtoepassingen. Fabrikanten met een bewezen staat van dienst in het nakomen van regelgevende vereisten zijn preferabel (zie onder).
Onderhoudsgemak	Beoordeel het onderhoudsgemak en de beschikbaarheid van reserveonderdelen voor de tabletteerpers. Stiltijd voor onderhoud moet tot een minimum worden beperkt, en snelle toegang tot vervangingsonderdelen is essentieel voor continue bedrijfsvoering.
Operatoropleiding en gebruiksvriendelijke kenmerken	Overweeg de opleidingseisen voor operators en de aanwezigheid van gebruiksvriendelijke kenmerken. Intuïtieve bedieningselementen en duidelijke documentatie dragen bij aan efficiënte bediening en probleemoplossing.

Deze overwegingen kunnen worden gebruikt als input voor de Gebruikerseisen Specificaties (URS) bij het aanvragen van offertes bij leveranciers.

5. Fabrikanten van tabletteerpersen

Tabletteerpersen worden toegepast in grote industrieën zoals farmacie, voedingssupplementen of keramiek, waardoor veel fabrikanten tabletteerpersen hebben ontwikkeld om te concurreren in deze uitgebreide markt. De volgende fabrikanten van tabletteerpersen kunnen worden geraadpleegd:

• MYM machinery
• GEA
• Korsch
• Fette Compacting

Bij het benaderen van een fabrikant, of het nu gaat om een nieuwe of tweedehands (gebruikte) tabletteerpers, is het belangrijk om de referenties te controleren en een gedetailleerd gesprek te voeren met de verkoop- en technische staf. Hiermee kan de kennis van de leverancier worden beoordeeld en hoe deze u het best kan ondersteunen bij het bedienen en onderhouden van de pers.

Bron

[Pietsch] Agglomeratieprocessen (Fenomenen, Technologieën, Apparatuur), Pietsch, Wiley-VCH, 2004

[Perry] Perry's Chemical Engineers Handbook, Sectie 21 Vaste-stof bewerkingen en verwerking, pagina 21-105, McGraw-Hill, 2008