Dispositifs d’enrobage à sec impliquant des forces de moindre

5.2.1 Thêta Composer

Le Theta Composer,_{présenté sur la figure (I.14), est un appareil développé par la compagnie} japonaise Tokuju. Il est capable d’appliquer des contraintes plus faibles, contrairement aux autres dispositifs comme l’Hybridizer, pour réaliser l’enrobage dans des conditions plus douces. Cet appareil est équipé d’une chambre elliptique tournant à faible vitesse (environ 30 tr.min^-1) et d’un rotor elliptique interne tournant à vitesse plus élevée (500-3000 tr.min^-1).

La figure (I.15) montre l’évolution et le comportement des poudres dans le Theta Composer. La chambre et le rotor tournent co-axialement dans des directions opposées (Fig. I.15a). Les particules sont soulevées vers le haut par le mouvement de la chambre (Fig. I.15b) et puis soumises à des forces de cisaillement et de compression lors de leur passage dans l’espace très étroit entre le rotor et la chambre (Fig. I.15c).

Figure I.15 : Schéma des mouvements du rotor, de la chambre et de la poudre dans le Theta Composer (Watano et al. 2000)

En raison des fortes contraintes de cisaillement et de compression, un mélange uniforme, un enrobage des particules, une formation de nouveau composite, et une modification de surface, peuvent être obtenus. Cependant, les particules subissent un temps de relaxation jusqu’à ce qu’elles soient à nouveau soulevées vers le haut par le mouvement de la chambre. Par conséquent, les particules reçoivent une contrainte et une relaxation par tour, permettant ainsi la réalisation de l’enrobage sans trop générer de chaleur.

Cet appareil peut être utilisé pour des solides organiques comme les produits pharmaceutiques et agroalimentaires (Watano et al., 2000).

Dans le but de déterminer les conditions opératoires optimales dans le Thêta Composer, Iwasaki et al. (2001a), ont développé une méthode d’optimisation basée sur l’énergie nécessaire pour immobiliser un matériau fin sur la surface de particules plus grosses. Dans leur étude expérimentale, le système de particules, considéré comme modèle, comprenait des particules sphériques de cuivre (particules hôtes ; 69,1m) et des particules plus fines d’alumine (particules invitées ; 0,4 m). L’énergie requise pour l’immobilisation dans le système correspond à l’énergie d’enfoncement des particules invitées dans les particules hôtes. Cette dernière dépend essentiellement des propriétés mécaniques des particules hôtes telles que la dureté et la contrainte élastique. Dans le Theta Composer utilisé, des perles de zirconium ont été ajoutées et l’énergie nette appliquée aux particules a été estimée expérimentalement à partir de la déformation des particules de cuivre (Iwasaki el al., 2001a) et l’énergie de collision des perles de zirconium a été analysée numériquement par la

méthode des éléments discrets (Iwasaki el al., 2001 b). Les auteurs ont utilisé les résultats, pour essayer de préparer des particules enrobées ayant une surface lisse et en maintenant la forme et la distribution de taille des particules de cuivres. La forme et la surface des particules de cuivre enrobées ont été observées par microscope électronique à balayage (MEB). Une analyse d’image a permis d’évaluer le degré d’enfoncement en mesurant la surface projetée des particules d’alumine dépassant la surface des particules de cuivre. Les conditions opératoires dans le procédé d’enrobage ont été déterminées en considérant la déformation permise de la particule de cuivre dans une compression simple par les perles de zirconium par le rotor. Il a été démontré que la déformation permise de la particule hôte dans une seule compression par le rotor et l’épaisseur d’enfoncement des particules invitées sont des paramètres importants dans la détermination des conditions opératoires (vitesse de rotation et temps de traitement). En effet, lorsque la déformation était fixée à approximativement 0,5% (correspondant à la contrainte dans la région intermédiaire entre l’élasticité et la plasticité de la particule de cuivre), la forme et la distribution de taille des particules hôtes étaient maintenues dans tout le processus d’enrobage.

5.2.2 Appareil d’enrobage par impact magnétiquement assisté (MAIC)

Un schéma du dispositif d’Enrobage Magnétiquement Assisté (MAIC) est représenté sur la figure (I.16). Il est considéré comme étant une méthode d’enrobage douce, développé par la compagnie Américaine Aveka.

Figure I.16 : Schéma du dispositif MAIC (Pfeffer et al., 2001)

Cette méthode utilise un champ magnétique pour accélérer et permettre l’agitation et les déplacements violents des particules magnétiques mélangées avec les particules hôtes et invitées, impliquant ainsi des collisions entre les particules et avec les parois de la chambre de mélange. Les particules magnétiques sont généralement fabriquées avec du ferrite de baryum et recouvertes par du polyuréthane pour éviter la contamination des particules enrobées

(Pfeffer et al., 2001). Le champ magnétique externe est créé par une série d’électroaimants entourant la chambre de mélange.

Le MAIC présente l’avantage de permettre l’enrobage dans des conditions plus douces notamment pour des particules organiques, sans causer des changements dans leur forme ou leur taille (Ramlakhan et al., 2000). De plus, la chaleur générée par collisions au niveau microscopique semble être négligeable et par conséquent il n’y a aucune augmentation de la température des matériaux durant le traitement. Ceci présente un avantage lorsqu’il s’agit de poudre assez sensible à la température comme les poudres pharmaceutiques. Enfin, le procédé MAIC peut opérer en mode batch ou continu le rendant souple par rapport aux quantités à traiter.

Une étude d’optimisation des paramètres critiques affectant l’enrobage par le MAIC, a été réalisée par Ramlakhan et al., (2000). Un système de particules de PMMA (particules hôtes) et d’alumine (particules invitées) a été utilisé. La morphologie de surface a été obtenue par microscopie électronique à balayage (MEB) et les images ont été quantitativement analysées par une technique statistique comptant le nombre de particules invitées pour obtenir le pourcentage de la surface couverte. Différents paramètres ont été étudiés tels que le temps de traitement, la fréquence et le courant, le rapport de masse entre la poudre et les particules magnétiques, le rapport de taille entre les particules magnétiques et les particules hôtes et le rapport de taille entre les particules invitées et les particules hôtes. Les résultats ont montré qu’il y a un temps de traitement optimal pour le MAIC, dépendant des matériaux à enrober. Une augmentation de la taille des particules magnétiques a accru l’efficacité de l’enrobage

avec un rapport de taille optimum entre les particules magnétiques et hôtes

d’approximativement 10. L’efficacité de l’enrobage a augmenté avec la diminution de la taille des particules invitées. Cependant pour de très petites tailles de particules invitées, l’uniformité de l’enrobage était assez faible en raison de la forte agglomération des particules invitées.

Par la suite, Dave et al., (2003) se sont intéressés à la modélisation numérique du système MAIC pour comprendre le mouvement des particules magnétiques sous l’effet du champ externe. Pour cela il était nécessaire d’incorporer les interactions des particules magnétiques dans le code conventionnel basé sur la méthode des éléments discrets (DEM). Pour simplifier les simulations, les particules magnétiques ont été considérées comme des dipôles et le champ magnétique externe a été supposé uniforme dans l’espace et oscillant dans le temps.

5.2.3 Appareil d’enrobage par lit fluidisé rotatif (RFBC)

Un nouveau dispositif d’enrobage, pouvant aussi produire des enrobages doux, a été développé par une équipe de recherche du New Jersey Institute of Technology (NJIT-USA) appelé appareil d’enrobage par Lit Fluidisé Rotatif (RFBC) (Pfeffer et al., 2001). Le lit fluidisé rotatif, représenté sur la figure (I.17), est composé d’une chambre et d’un distributeur de gaz cylindrique poreux.

Figure I.17 : Schéma du système d’enrobage RFBC (Pfeffer et al., 2001)

Contrairement à un lit fluidisé conventionnel, dans le RFBC, les particules hôtes et invitées sont placées à l’intérieur du distributeur d’air et fluidisées par le flux de gaz radial arrivant par les pores. Les vitesses de rotations élevées (de l’ordre de 20 s^-1) génèrent des forces de centrifugation et de cisaillement assez importantes pour permettre de briser les agglomérats des particules invitées. En plus, le grand flux d’air nécessaire pour la fluidisation à des vitesses de rotation élevées et le mouvement des bulles dans des conditions opératoires au-dessus du minimum de fluidisation, créent un mélange fort des particules et par conséquent un meilleur enrobage (Pfeffer et al., 2001). Cet appareil peut aussi opérer en mode continu.