パウダーレオロジー（粉体流動）

製法考案者は、開発段階でかさ粉体挙動に対する知見からメリットが得られます。粉体プロセスの想定外の問題は、生産規模を拡大中に発生する場合があり、製法の再設計が必要になり、製品の商品化を遅らせることになります。

粉体レオロジーの知見

少量の研究室規模サンプル (25 mL未満) で粉体レオロジーを測定すると、処理可能性や性能に関する製法変更の影響が示され、将来の大規模な問題を未然に防止します。

粉体せん断特性に対する添加物の影響を特性化

製法を完成させるには、必要な成分を組み入れながら、最適なレオロジー挙動を達成する必要があります。非常に低濃度であっても、新しい成分を追加すると、全体の特性が変化する可能性があります。

粉体せん断セルがこのような変化に対して感受性を持っていることは、5% シリコンオイルと混合する前後で砂を測定することにより証明されます。このごく少量の添加により、低垂直応力下で挙動が大幅に変化し、粘着力や降伏強度が10倍高まります。圧縮下の最大応力の測定値である主応力には、影響が及びません。

砂の城を作る場合に砂を湿らせますが、この効果は粉体せん断試験によって数値化され、性能要件が満たされるよう何もの粉体製法を最適化する際に広く適用可能です。

ホッパーやサイロは、一定の制御された分注を確実にし、閉塞や隙間、崩壊を防止するため、粉体の特性に応じて最適化されている必要があります。

粉体レオロジーの知見

圧縮された粉体のせん断測定値は、粘着力、非拘束降伏強度、最大主応力、フローファンクション、内部摩擦角度など、ホッパー設計で使用されるパラメータを提供します。

グラファイト陽極粉末の圧密

バッテリーの陽極スラリーに使用されるグラファイトは、大型ホッパーに貯蔵され、必要に応じて分注されます。粉体にかかる圧縮荷重はホッパー内の位置によって異なり、その結果粉体の特性が変化します。圧密応力を増加させながらグラファイトの粉体せん断測定を行うと、降伏強度が増加して、粉体がホッパーから分注されなくなり、粘着力が増加して、スラリーに均質に分散させるために混合時間を延長する必要があることが示されます。

粉体の形態は、混合中、プロセス中、または長期保管中に変化しやすいものです。この不安定性によって、プロセス中に性能が変化し、最終製品の品質を損なうことになります。

粉体レオロジーの知見

流動性試験は、塊化や固化による変化を検出したり、医薬品の不正確な用量や工業材料の不安定な挙動につながる混合剤の分離を検出したりします。

SLSプリントパウダーの安定性

粉末焼結積層造形（SLS）とは、粉末状の原材料を融合して固体部品を形成する積層造形プロセスで、パウダーの大部分が未使用のままになります。理想的な SLS パウダーは、性能を損なうことなく、プリンターベッドから回収して再利用できるものです。PA-11 SLS パウダーの一軸圧縮流動性は、プリント処理に必要なガラス転移温度～溶融温度の範囲の高温で測定しました。測定を繰り返すと、粉体の総流動エネルギーの増加が僅か4％であり、その挙動に有意な変化がみられず、問題なく再利用できることを示しています。

粉体は製造段階で、搬送、混合、造粒、加工など、さまざまなプロセスを経ることになります。プロセスが成功するには、生産ラインに合わせてすべての段階で継続した流れが必要です。

粉体レオロジーの知見

流動性エネルギーを測定すると、様々な流速にわたって拘束および非拘束の両方の条件で、重要な製造段階での処理可能性を予測することができます。

処理中の流動性に対する賦形剤形態の影響

固形薬剤の錠剤化のために医薬品粉体で使用する賦形剤の選択は、重要なプロセスパラメータ (CPP) に影響を及ぼします。ラクトースは製薬業界で広く使用されていますが、レオロジー挙動は、粒子の形態に大きく依存します。

噴霧乾燥ラクトースの表面が滑らかな球状粒子とは異なり、粉砕ラクトースは、そのギザギザで不規則な粒子の連結のために、流れ抵抗が大きくなります。粉体流動セルを使用して両方の材料を一定の速度範囲で測定したところ、粉砕ラクトースの総流動エネルギーのほうがより緩徐に増加することが明らかになり、分注または成形充填中の流量が不十分になることが予測されました。流動性などのCPPを事前にスクリーニングすることで、費用がかさむ製造現場の問題を未然に防止し、製品の品質を保証することができます。

Milled

Spray-Dried

食品、パーソナルケア、消費者製品は、消費者が求める質を満たす必要があります。粉体の固化または塊化は、分注に影響を及ぼし、消費者受容性を低下させます。

粉体レオロジーの知見

粉体レオロジーは、分注時の挙動を直接測定し、圧縮などの保管条件または環境変化の影響を評価します。