Approches des paramètres de solubilité δ

UTILISATION DES APPROCHES THERMODYNAMIQUES POUR LA PRÉDICTION DU MODE D’INTERACTION LIANT/SUBSTRAT DANS LE PROCÉDÉ DE GRANULATION

M. BENALI, V. GERBAUD, M. HEMATI.

Laboratoire de Génie Chimique, UMR CNRS 5503, 5 rue Paulin Talabot, BP1301, 31106 Toulouse cedex 01 France

e-mail : Mohammed.Benali@ensiacet.fr

Approches des paramètres de solubilité δ

►

Méthode employée : Simulation moléculaire

U_totale= Uintramoléculaire + Uintermoléculaire Van der Waals + Electrostatique (répulsion / attraction)

Le système

►boite périodique

Le capteur

►modèle de calcul des interactions au sein du système

L’appareil de mesure

►Technique d’échantillonage des états du système

Le résultat :

►Valeur moyenne de la densité d’énergie cohésive

( )

∑

=

=

= ^Zetats

j j etats

Z CED CED

1

δ 1

Δt Δt Δt

Dynamique moléculaire NVT

trajectoire U0 U1… z

U_totale= Uintramoléculaire + Uintermoléculaire Van der Waals + Electrostatique (répulsion / attraction)

Le système

►boite périodique

Le capteur

►modèle de calcul des interactions au sein du système

L’appareil de mesure

►Technique d’échantillonage des états du système

Le résultat :

►Valeur moyenne de la densité d’énergie cohésive

( )

∑

=

=

= ^Zetats

j j etats

Z CED CED

1

δ 1

Δt Δt Δt

Dynamique moléculaire NVT

trajectoire U0 U1… z

►

Modèle d’énergie de cohésion et d’adhésion

- Force de cohésion du liant σ_LL^: σ =σLL=0,25δ²L

2 S

SS 0,25δ

σ

= =

σ

- Force d’adhésion substrat / liant σ_SL^: σ =σLS=0,25 δLδSφ^LS - Force de cohésion du substrat : σ_SS^:

2 p 2 d

2=δ+δ

δ - Force de cohésion du liant σ_LL^: σσ ==σσLLLL==0,250,25δδ²L²_L

2 S

SS 0,25δ

σ

= =

σ =σSS=0,25δ²S

σσ

- Force d’adhésion substrat / liant σ_SL^: σσσ ==σσLS_LS==00,,2525 δδL_LδδS_Sφφ^LSLS - Force de cohésion du substrat : σ_SS^:

2 p 2 d

2=δ+δ

δ

Approches des énergies de surface γ

►

Modèle des énergies de surface

- Travail de cohésion de liant (L) :

- Travail de cohésion de substrat (S) :

- Travail d’adhésion liant/substrat :

L LL=2γ W

(

^dL

)

d S P L P S

a=2 γγ + γγ

W

d L P L

L=γ +γ

γ

S SS=2γ

W d

S P S

S =γ +γ

γ

Polaire dispersive

- Travail de cohésion de liant (L) :

- Travail de cohésion de substrat (S) :

- Travail d’adhésion liant/substrat :

L LL=2γ W

(

^dL

)

d S P L P S

a=2 γγ + γγ

W

d L P L

L=γ +γ

γ

S SS=2γ

W d

S P S

S =γ +γ

γ

Polaire dispersive

►

Méthode expérimentale : Mesure de l’angle de contact

Micro-seringue

Pastille Caméra

γ γ + γ γ 2

= θ + 1

γ_LV( cos) _solide^{d d}_{LV solide}^{p p}_LV

p Solide

2 γ

d LV

Solide

( 1 cos )

4 + θ

= γ γ

Liquide non-polaire (diiodométhane)

Liquide polaire (eau ou formamide)

•Principe

Résultats et discussions

►

Angle de contact et énergie de surfaces: Résultats

►

Paramètres de solubilité : Résultats & comparaison

W_LL < W_a < W_SS: Formation d’un film autour du substrat⇒Agglomérat rigide

W_SS < W_a < W_LL:zones isolées de substrat recouvertes par le liant⇒Agglomérat friable

Produits θ(°) γ(mN/m)

Diiodométhane Eau Formamide γ_d γ_p γ

MCC 34,0 ±1,1 - 29,0 ±2,9 42,4 10,7 53,1

PVP 22,5 ±2,3 33,5 ±1,8 - 46,7 30,8 77,5 HPMC 43,2 ±0,9 66,4 ±2,5 - 38,4 13,5 51,9 CMC-Na 25,6 ±1,4 36,9 ±2,2 - 45,7 27,0 72,7

Solides Simulation Contribution de

groupes δ(MPa^0,5)

Expériences δ(MPa^0,5) δ_d (MPa^0,5) δ_p (MPa^0,5) δ(MPa^0,5)

MCC 23,44 15,71 28,22 30,19 ^[3] 26,1 ^[1]-39,3 ^[4]

PVP 16,10 11,04 19,53 21,2 ^[2] -

HPMC 14,91 7,87 16,86 16,6-22,6 ^[1] 21-26 ^[1]

Na-CMC 12,51 7,69 15,10 - -

►

Paramètres thermodynamiques d’interaction liant/substrat

Paramètres MCC PVP HPMC CMC-Na

Modèle des paramètres de

solubilité

σ_{LL ou SS} (MPa) 199,1 95,3 71,1 56,9

σ_LS (MPa) - 88,8 83,0 54,4

Modèle des énergies de surface

W_{LL ou SS} (mN/m) 106,2 155,0 103,8 145,4

WLS (mN/m) - 120,6 104,5 118,6

Accord entre le modèle des énergies de surface et celui des

paramètres de solubilité HPMC est le meilleur liant Le HPMC possède une valeur d’énergie de

surface et une polarité plus proche de celles de substrat MCC

Notre approche basée sur la simulation moléculaire reste plus représentative de l’état et de la structure réelle des composés que la méthode expérimentale et semi-empirique

Mod

Modèèle des le des éénergies de surfacenergies de surface PVP et CMC-Na / MCC

WSS < Wa < WLL : Mauvais étalement Granule friable HPMC/ MCC

WLL < Wa < WSS : Bon étalement Granule rigide

[1]Barton, Allan F.M., handbook of solubility parameters and other cohesion parameters, 2nd ed. Allan F.M. Barton, CRC Press, Florida, ISBN 0-8493-0176-9 (1991). [2]Rowe R.C., Interaction of lubricants with microcrystalline cellulose and anhydrous lactose- a solubility approach, Inter. J. Phar., 41, 223-226 (1988). [3]Roberts R.J., Rowe R.C., The solubility parameter and fractional polarity of microcrystalline cellulose as determined by mechanical measurement, Inter. J. Phar., 99, 157-164, (1993). [4]

Rowe, RC. Adhesion of film coating to tablet surfaces- a theoretical approach based on solubility parameters, Inter. J. Phar., 41, 219-222, (1988).

Mod

Modèèle des paramle des paramèètres de solubilittres de solubilitéé PVP et CMC-Na / MCC

σLS < σLL < σSS : Pas d’interaction Granule friable HPMC/ MCC

σLL < σLS < σLL : HPMC entoure MCC Granule rigide

Objectif

Matières premières

Agglomération humide

Séchage

Agglomérat sec

substrat

liant

Liquide+liant+substrat

►Approches expérimentales - paramètres du procédé - paramètres physico-

chimiques

►Approches thermodynamiques 1. Energies de surface 2. Paramètres de cohésion

ou de solubilité

- Cohésion de l’agglomérat - Adhésion liant / substrat Le choix du liant le plus approprié par la quantification de trois types d’interactions

caractérisant les interactions dans l’agglomérat : Cohésion liant/liant, adhésion liant/substrat et cohésion substrat/substrat

La détermination des propriétés cohésives en utilisant une approche basée sur l’estimation des énergies de surfaceγ, et une approche reposant sur la détermination des paramètres de solubilitéδ

L’étude de faisabilité de la simulation par dynamique moléculairepour la prédiction des propriétés cohésives des poudres

Substrat: Cellulose MicroCristalline, MCC.

Liants: - PolyVinylPyrrolidone, PVP - HydroxyPropylMéthylCellulose, HPMC - CarboxyMéthylCellulose de sodium, CMC-Na

►Matériels

Pas d’affinité σ

σ > > σ σ > σ > σ

« entoure »

σ σ

σ > >

entoure

le liant entoure le substrat résistance liée à la cohésion du liant

☺

☺

le liant remplit les interstices du substrat résistance liée à la cohésion du substrat Pas d’affinité

σσ

σσ > > σσ σσ > σσ > σσ

« entoure »

σσ σσ

σσ > >

entoure

le liant entoure le substrat résistance liée à la cohésion du liant

☺

☺

le liant remplit les interstices du substrat résistance liée à la cohésion du substrat