Evolution and modelling of compacted binary mixture porosity. Application to pharmaceutical tablets

École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne cedex, France

Abstract

The purpose of this work consists in following physical property variations in relation with geometrical textural parameters during pharmaceutical component compaction. Models are developed to explain porosity variations of granular media submitted to increasing uniaxial pressure. These models are based on reaction mechanisms analogous to these presented in quasi chemical descriptions. Vacancy annihilation occurring when pressure increases is studied in two cases (with or without internal grain porosity). Reaction mechanisms describing different granular rearrangement phenomena are proposed. The behaviour of pure compounds as well as that of binary mixtures are studied from a theoretical point of view, and the model results proposed in this case are compared with the ones derived from experiments. In particular mixtures of one excipient, lactose, and one active principle, ketoprofen, are analysed in order to estimate porosity evolution of such mixtures, and determine mixture effects on tablet properties. The prediction limits which could be done by mixture models giving an expected behaviour starting from pure components only are discussed.

Résumé

Des modèles sont présentés pour décrire les variations de propriétés physiques, dépendant de paramètres texturaux, pendant la compression de produits pharmaceutiques purs ou mélangés. Ils permettent d'expliquer les variations de porosité du milieu granulaire soumis à l'augmentation d'une pression uniaxiale dans une matrice. Ces modèles sont fondés sur des mécanismes de réactions analogues à celles utilisées en quasi-chimie. La disparition des lacunes, lorsque la pression augmente, est étudiée pour deux types de systèmes granulaires (avec ou sans porosité interne). Des mécanismes réactionnels décrivant les différents phénomènes de réarrangements granulaires sont présentés. Le comportement de produits purs et de mélanges binaires de poudres pures est étudié d'un point de vue théorique, et les résultats de nos modèles sont comparés aux résultats expérimentaux. En particulier, des mélanges excipient/principe actif du type lactose/kétoprofène sont étudiés pour estimer l'évolution de la porosité, et déterminer les effets du mélange sur les propriétés du comprimé. Les limites de prédiction des modèles de mélange à partir de la connaissance du comportement des produits purs sont discutées.