Пояснити механізм подрібнення твердих тіл (теорії подрібнення)

Подрібнення – це процес зменшення розмірів частинок (шматочків) твердих матеріалів під впливом зовнішніх механічних сил. В результаті подрібнення збільшується поверхня матеріалів, що призводить до прискорення процесів розчинення, виділення біологічно-активних речовин з матеріалу рослинного та тваринного походження, підвищує точність дозування діючих речовин. Подрібнення може також (в окремих випадках) підсилювати фармакологічну активність лікарської речовини.

ТЕОРІЇ ПОДРІБНЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ (ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ

ОСНОВИ ПОДРІБНЕННЯ)

Процеси подрібнення пов'язані із значними витратами енергії на:

1. утворення нових поверхонь;

2. подолання внутрішнього тертя часток при їх деформації під час руйнування;

3. подолання зовнішнього тертя між матеріалом та робочими елементами подрібнювача

Витрати енергії на подрібнення оцінюють виходячи з існуючих теорій, в основу яких покладені дві гіпотези – об’ємна та поверхнева.

Теорія поверхневого подрібнення вперше була запропонована в 1867 р. П. Ріттінгером, згідно якої необхідна для подрібнення робота пропорційна поверхні подрібнюваного матеріалу, що знов утворюється:

А_n = σ ∆ F

де А_n - робота утворення нової поверхні при подрібненні, Дж;

σ — коефіцієнт пропорційності, рівний роботі, витраченій на утворення одиниці нової поверхні ТТ, що утворюється при подрібненні; залежить від властивостей подрібнюваного матеріалу, враховує неправильність форми часток і визначається дослідним шляхом, Дж;

∆F - величина новоствореної поверхні, м².

Як відомо, матеріал, що подрібнюється, має визначену міцність (міцність – властивість матеріалу чинити опір зовнішнім силам). Під дією зовнішніх сил ТТ піддається деформації, яка буває пружною та пластичною. Пружна деформація зникає зразу після зняття навантаження. При пластичній деформації розміри та форма тіла після зняття навантаження не відновлюються. Внаслідок цього порушується міцність матеріалу, яка супроводжується зміною форми ТТ. За гіпотезою П. Ріттінгера при подрібненні матеріалу на першому місці знаходяться деформації, при яких матеріал руйнується по площинах розколу ТТ, внаслідок чого робота, що витрачається на подрібнення, витрачається, в основному на утворення тріщин розколу. Гіпотеза П. Ріттінгера не враховує витрати на пружну деформацію ТТ і більш за всього відповідає визначенню наближеної повної роботи на створення нової поверхні при дрібному і тонкому подрібненні шляхом стирання (іноді – розколювання).

Теорія об'ємного подрібнення, запропонована в 1874 р. В. Л. Кирпичовим і пізніше, в 1885 р., Ф. Киком, виходить з того, що при подрібненні робота витрачається на деформацію матеріалу, передуючу руйнуванню, тобто пропорційна зміні (зменшенню) об'єму його шматків перед подрібненням:

А _D= k ∆V

де А _D - робота пружної деформації шматка, що руйнується, Дж;

k - коефіцієнт пропорційності, рівний роботі пружної і пластичної деформації на одиницю об'єму ТТ, Дж;

∆V - зміна об'єму (деформований об'єм) шматка, що руйнується, м³.

При цьому повна робота подрібнення визначається ближче до дійсності у порівнянні із теорією П. Ріттінгера, але лише для середнього і крупного подрібнення, оскільки враховується тільки робота деформації об'єму.

У реальних умовах зазвичай поєднується об'ємне і поверхневе подрібнення. Це знайшло відображення в теорії подрібнення, запропонованій П. А. Ребіндером, згідно якої енергія, що витрачається на подрібнення матеріалу, визначається сумою робіт, що витрачаються на деформацію подрібнюваних тіл і на утворення нових поверхонь.

А = σ ∆F + k ∆V

Подрібнення здійснюється під впливом зовнішніх сил, які долають сили взаємного зчеплення часток ТТ. При цьому процесі шматки ТТ спочатку зазнають об’ємну деформацію, а потім руйнуються по ослабленим дефектами (макро- та мікротріщини) перетинам з утворенням нових поверхонь. Новостворені шматки ТТ ослаблені тріщинами значно менше ніж вихідні. Тому із збільшенням ступеню подрібнення збільшуються витрати енергії на подрібнення. При великому подрібненні величина новоутворених поверхонь внаслідок великих розмірів вихідного матеріалу, відносно невелика. Тому в рівнянні Ребіндера другий член (k ∆V) значно перевищує перший, і витрати енергії на дроблення приблизно пропорційні об’єму ТТ. При тонкому подрібненні новоутворена поверхня велика, тому перший член рівняння Ребіндера в багато разів більший другого, а витрати енергії приблизно пропорційні новоутвореній поверхні.

Теорія Ребіндера, що поєднує об’ємну та поверхневу теорії, більше, ніж інші, узгоджується із дослідницькими даними.

Таким чином, користуючись наведеними вище теоріями подрібнення, можна в першому наближенні визначити витрати енергії на процеси подрібнення (дроблення та помелу) та правильно спланувати виробничий процес.

Приймаючі до уваги високу енергоємність процесу подрібнення, необхідно прагнути до зменшення маси продукту, що переробляється, керуючись принципом — не подрібнювати нічого зайвого. З метою зменшення витрати енергії доцільно перед подрібненням виділити з матеріалу частинки дрібніше за той розмір, до якого проводиться подрібнення, наприклад, ситовим розділенням. Процес більш економічний при використанні машин безперервної дії, в яких продукт, що досяг необхідного ступеня подрібнення, постійно віддаляється.

Дати загальну характеристику мазям. Класифікація мазей

Під терміном мазі (unguenta) об’єднується велика група різноманітних за складом і дією ліків, які мають в’язко-пружно-пластичну консистенцію. Мазі є офицінальною лікарською

формою.

Державна фармакопея України визначає мазі я к м’які лікарські засоби для місцевого застосування, призначені для місцевої терапевтичної або захисної дії або для проникнення лікарських речовин крізь шкіру.

Мазі складаються з основи і лікарських речовин, рівномірно в ній розподілених.

Класифікація мазей.

Мазі класифікують за наступними ознаками:

1. склад (прості, складні);

2. тип дисперсного середовища (гомогенні - сплави, розчини, гетерогенні - суспензійні, емульсійні, комбіновані);

Приймаючи до уваги великий асортимент лікарських та допоміжних речовин, що застосовуються у виробництві мазей, та різноманітність їх фізіко-хімічних властивостей і рецептур, всі мазі прийнято розділяти на дві великі групи: гомогенні та гетерогенні дисперсні системи.

Групу умовно гомогенних мазей складають мазі, компоненти яких взаєморозчинні або змішуються між собою без видимого розділу фаз. В гомогенних мазях лікарська речовина розподілена в основі до молекулярної або мицеллярного ступеня дисперсності (по типу розчину). Характерною для них ознакою є відсутність міжфазної поверхні розділу між лікарськими речовинами і основою. Проте гомогенні мазі не завжди є однофазними, оскільки самі мазеві основи часто бувають структурованими. За способом отримання розрізняють наступні види гомогенних мазей: мазі-сплави; мазі-розчини; мазі екстракти:

1) мазі – розчини, які утворюються при умові розчинення лікарських речовин в гідрофобній основі (носії) або водорозчинних речовин в гідрогелях, поліетиленоксидах;

2) мазі – сплави, які одержують шляхом сплавлення складових компонентів;

3) екстракційні мазі, які одержують шляхом екстракції гідрофобною рідиною (олією) діючих речовин з рослинної або тваринної сировини.

Гетерогенні мазі представляють собою двухфазні (емульсійні, суспензійні) або багатофазні (комбіновані) дисперсні системи. Суспензійні мазі містять тверді порошкоподібні лікарські речовини, подрібнені до мікроскопічних розмірів, нерозчинні в основі і розподілені в ній по типу суспензії. Емульсійні мазі мають в своєму складі рідкий компонент, нерозчинний в основі і розподілений в ній по типу емульсії.

Технологія гетерогенних мазей більш складна і залежить від якісних та кількісних характеристик компонентів.

Крім, зазначених вище, виділяють ще дві умовні групи:

пасти (суспензійні мазі, що містять більше 20% твердих нерозчинних в основі часток). Для їх приготування використовуються ті ж самі основи (носії), що використовуються у виробництві мазей, гелів та ін. Залежно від консистенції мазі втираються, намазуються або накладаються на шкіру;

лініменти (рідкі мазі). До них можуть бути віднесені системи у вигляді гелів, кремів, власне мазей, паст.

3. з урахуванням концентрації та властивостей лікарських речовин (власне мазі, пасти);

4. спорідненістю до води (гідрофільні, ліпофільні);

5. здатністю адсорбувати різні рідини (ексудат, піт);

6. реологічним властивостям мазей.

7. Залежно від медичного призначення розрізняють мазі місцевої і загальної дії.

Мазі місцевої дії не всмоктуються шкірою і слизистими оболонками; вони служать головним чином для збереження їх нормальних функцій або для лікування захворювань (пошкоджень) поверхневих шарів шкіри. Звичайно до складу таких мазей входять лікарські речовини, що надають дезинфікуючу, терпку, адсорбуючу і припікаючу дію. Серед мазей місцевої дії розрізняють покривні, захисні і косметичні.

Покривні мазі призначаються для попередження висихання, забруднення шкіри і пом'якшення епідермісу. У разі пошкодження шкірних покривів вони перешкоджають проникненню в рану мікробів і оберігають шкіру від дії інших несприятливих зовнішніх чинників.

Захисні мазі застосовуються як профілактичні засоби на виробництві для захисту шкіри від дії шкідливих чинників — пилу, розчинів кислот, лугів і інших речовин.

Косметичні мазі призначені для пом'якшення, очищення і охолоджування шкіри, а також для надання антисептичної дії, а в деяких випадках для усунення косметичних недоліків.

Мазі загальної дії всмоктуються шкірою і класифікуються на проникаючі і резорбтивні.

Проникаючі мазі - проникають в глибокі шари шкіри через протоки пітних і сальних залоз; як правило, до складу них входять антибактеріальні речовини.

Мазі резорбтивної дії містять лікарські речовини, які проникають більш глибоко — в кров'яне русло і надають загальну дію на весь організм. Частіше всього ці мазі містяь гормони, вітаміни, алкалоїди і солі ртуті.

8. По місцю нанесення розрізняють мазі дерматологічні, очні, для носа, вагинальні, уретральні, ректальні, стоматологічні. Кожна з них має свої особливості приготування.

9. По консистенції виділяють рідкі мазі (лініменти), гелі, м'які мазі (креми), власне мазі, пасти і сухі мазі, напівфабрикати, які призначені для розведення водою або жирами

Мазі–гелі, які містять розчинники (поліетиленоксид-400, пропіленгліколь та ін.) і водорозчинні тверді полімери (поліетиленоксид-1500, проксонол-268 та ін.) або мазі – креми (емульсії), що містять гідрофільні та гідрофобні компоненти, представляють собою структуровані дисперсні системи.

Різноманітність підходів до класифікації мазей пояснюється їх різними властивостями. Так: гідрофобні мазі (без врахування фармакологічної дії лікарської речовини) не змішуються з екскудатом, мають пом'якшуючу дію та окклюзійний ефект (запобігають контакту тканин із повітрям, надаючи зігріваючу дію). До їх складу можна ввести обмежену кількість водних розчинів.

Гідрофільні мазі мають протилежні властивості.

Адсорбційні мазі, які представляють собою сплав вуглеводних із емульгаторами типу вода/масло (в/м) можуть в певній мірі мати властивості, що привласні гідрофільним і гідрофобним мазям. Вони можуть містити значну кількість води (водні розчини лікарських речовин або гідрофільних рідин з наступним утворенням емульсій типу в/м - кремів).

Під кремами, як правило, мают на увазі емульсії – гетерогенні дисперсні системи, що складаються з дрібних крапель рідини (дисперсна фаза), розподілених в іншій рідині (дисперсійне середовище). Розрізняют емульсії прямі (типу м/в) та зворотні (типу в/м). Крім таких емульсій є ще множинні емульсії, в яких краплі дисперсної фази є одночасово дисперсійним середовищем для для більш дрібних крапельок. Розрізняють емульсії (креми) гідрофобні та гідрофільні. Гідрофобні креми готують на основі емульсії типу м/в/м, стабілізованої емульгаторами, гідрофільні - на основі емульсії типу м/в або в/м/в, стабілізованих відповідними емульгаторами. До гідрофільних емульсій відносяться також колоїдні дисперсні системи, які складаються з диспергованих у воді або змішаних водно-гликолевих розчинниках вищих жирних спиртів або кислот, стабілізованих гідрофільними поверхнево-активними речовинами (ПАР).

Гелі (за ДФУ) – це м'які лікарські засоби, які представляють собою одно-, двох- та багатофазні дисперсійні системи з рідким дисперсійним середовищем, реологічні властивості яких пов’язані із присутністю гелеутворювачів в порівняно невеликих концентраціях.

Гідрогелі – гелі з водним дисперсійним середовищем, готують на основах, що складаються з води або неводного розчинника (гліцерин, поліетиленоксид-400, пропиленгліколь, спирт етиловий) та гідрофільного гелеутворювача (карбомери, похідні целюлози та ін).

Гідрофобні гелі – гелі з рідким гідрофобним середовищем називають олеогелями, з рідким вуглеводним середовищем - органогелями. Гідрофобні гелі готують на основах, які складаються з гідрофобного розчинника (рослинна олія, вазелинове масло та ін. рідини) та гідрофобного гелеутворювача (поліетилен, колоїдна двоокис кремнію, цинкове мило та ін.).

Студні – гомогенні аморфні еластичні струтуровані дисперсні системи, що складаються із полімера та низькомолекулярної рідини. Вони представляють собою розчини високомолекулярних сполук, макромолекули яких зв’язані у просторову сітку молекулярними силами різної природи. Для студнів характерні великі зворотні деформації при практично повній вітсутності течії.

Така класифікація мазей має значення як з технологічної, так і з біофармацевтичної точки зору, що вказує на комплекс операцій, які закладено в схему технологічного процесу їх виробництва. Так, мазі, які наносять на слизові оболонки, рани, опікові поверхні слід виготовляти в асептичних умовах. Суспензійні мазі, які застосовуються для лікування органів зору, мають містити найдрібніші частинки лікарських речовин. Водночас вибір технологічних операцій повинен бути обґрунтованим і з біофармацевтичної точки зору.

Білет № 15