專利名稱：聚合物加工方法及片劑成形設備的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及塑料的制造，尤其是由在制造之前需要混合和/或對熱處理敏感的聚合物來制造塑料，但并不限于此。
許多聚合物由聚合反應器制成為比較粗的粉末或顆粒。在擠壓或模塑形成最終的塑料制品之前，聚合物通常需要與其它成分混合，例如潤滑劑、穩定劑、增塑劑、填料、起泡劑、著色劑、防燃劑、流動促進劑等。
可以在擠壓或模塑最終制品前一時刻將各成分混合形成粉末，或者在擠壓材料時將各成分添加到材料中。然而，經常很難使所有添加劑可靠地分散在粉末中以獲得均勻的制品。此外，粉末狀材料難于處理并且趨向于形成搭接物并阻塞機器。粉末狀材料還會產生灰塵，所以操作者需要戴上面罩和其它防護衣來處理材料。因此，如果可能的話，最好不采用粉末狀材料。
另一種方法是將所需成分混合，然后使之熔化并將該混合物擠壓形成丸劑。丸劑可以由最終使用者可靠地送入一個擠壓機中，并且較少需要特定的處理防護措施。此外，這些成分可以更加均勻地混合在片劑中。這種方法已成功地用于某些熱塑性塑料、如聚乙烯。
這種方法的一個問題是形成丸劑需要大量的能源，這導致最終制品的成本增加了。
英國專利GB-1,397,127公開了一種制造片劑的方法，其中具有特定顆粒分布且熔化指數小于100的α-烯烴熱塑性聚合物與玻璃纖維在一干燥混合器中混合并且被冷壓制成丸劑；此處所公開的發明是為了避免產生在所形成的丸劑中具有水分的問題。
另一個問題是許多組合物并不是完全熱穩定的，而是對組合物的熱歷程敏感的。產生特定問題的這種聚合物是PVA(聚乙烯醇)和PVC(聚氯乙烯)，但是取決于聚合物和各混合成分的性質，可能在各種塑料中出現問題。這種熱敏感的結果是制品受到形成片劑的初始方法和擠壓方法中的變化的影響。
盡管令人滿意的擠壓通常是通過調整最終擠壓參數以及通過控制形成丸劑的方法(例如通過以較低的溫度熔化丸劑并且快速冷卻丸劑以盡可能減少熱損失)來實現的，但當擠壓參數優化時，占顯著比例的制品可能會被廢棄掉。這個問題對于特別是熱敏性的制品、例如生物可降解制品或PVA基的粘接劑而言是更加嚴重的，在這些制品中通常在每次啟動機器時會浪費大約第一個20分鐘制造時間，并且在每次關機時可能需要清洗操作。對于每小時能擠壓許多噸的機器而言，這體現出明顯的浪費。
由于要獲得可靠擠壓的問題，盡管用于PVC基的生物可降解塑料的基本成分是比較便宜的，但目前制品的最終成本顯著高于聚乙烯基的制品，部分原因在于上述問題；如果這些問題能得到緩解，生物可降解塑料可以更為廣泛地加以使用。
本發明總體涉及一種能緩解部分上述問題或全部上述問題的聚合物原料，但并不限于此。聚合物原料是指一種包含聚合物的物質，其形式適于送入一個機器中，該機器最好是一種傳統的擠壓設備以用于制造最好為熱塑性塑料的塑料制品。“混合”是指聚合物原料與添加劑混合以便在最終制品中提供所需性能或者影響制品的加工。
根據第一方面，本發明提供了一種制造混合聚合物原料的方法，該方法包括對最好基本上是未混合且粉末狀或顆粒狀形式的聚合物與至少一種混合成分加以混合并且將此混合物冷壓制以形成片劑或丸劑。該混合物優選包含用于粘接片劑或丸劑的水分。
采用這種方法，各種成分可以以正確的比例均勻地混合和攙合以形成最終制品，并且被制成比粉末更易處理的形狀。此外，由于混合物是被冷壓制而不是被熔化的，熱損失的問題或性能的變化減小了。這種方法不再需要依靠特定性能的α-烯烴聚合物以確保粘接，但最好是該方法用在諸如PVA等聚合物中，這類聚合物可以在存在少量水分的情況下在壓力作用下很容易地粘接。
術語“冷壓制”意指對粉末施加壓力以便產生聚結而不會使聚合物顯著熔化。溫度優選低于約100攝氏度，更優選低于約70-80攝氏度。優選的是，熱量并不直接施加到混合物上。然而，可以由混合和/或壓制產生熱量，并且這可以用來使混合物溫熱，或者也可以采用冷卻操作。如果需要的話可以將某些熱量直接施加以便粘接。聚合物或其它成分可能發生某種程度上的熔化，特別是由于相鄰顆粒之間的界面上的壓力作用的原因發生顯微級別的熔化，但是重要的是大部分聚合物顆粒不會液化。
優選地，混合物例如在片劑壓制機中以離散狀態被壓制成片劑或丸劑；這可以提供更為可靠的聚結。
然而，可以使混合物在壓力作用下通過小孔，混合物從小孔排出之后就形成丸劑。在這種情況下，優選在混合物被擠壓或者在各組分的初始混合之后，可以將粘接劑或水分加到混合物中。
優選地，混合物基本上是干燥的，但是含有足夠的殘余水分以便在壓制時粘接片劑或丸劑。這避免了增加單獨粘接劑的需要，并且當片劑或丸劑進入擠壓機時通過進一步將其干燥可以使其更易于裂開。當粘接取決于水分時，需要(盡管并不是絕對重要的)確保片劑或丸劑在擠壓之前經過干燥，例如在40-80攝氏度下干燥4-8小時；這緩解了在擠壓過程中出現的形成蒸汽的問題。水分含量是形成片劑所需的，但在形成后，在大多數情況下片劑應該保持其形狀，甚至在干燥時也應如此。
優選地，水分含量小于重量百分比約10％，且優選大于重量百分比0.1％，更優選為至少約1％且優選不超過5％。然而，如果丸劑或片劑被擠壓或在較低壓力下以其它方式形成，那么水分含量可以約為20％或者更高以確保粘接。如果丸劑太濕，它們可能會趨于粘連在一起，限制流動，并且在成形之后可能需要干燥。
水分可包括在聚合物或者一種或多種混合成分中的殘余水分。這樣，可以通過在混合之前不完全地干燥各成分來自動簡單地提供水分。
所述至少一種混合成分優選包括潤滑劑、滑移劑或流動促進劑。優選地，各混合成分被供給到壓制設備以形成呈自由流動的粉末狀片劑或丸劑。這例如通過使粉末在重力作用下被供給而有利于粉末的壓制。
所述至少一種混合成分可以包括下述的至少一種作為任選成分穩定劑、填料、著色劑、增塑劑、起泡劑、防燃劑。
盡管混合成分的具體特性可以根據不同申請而有變化，但混合物最好包括至少兩種混合成分，優選為潤滑劑或流動促進劑或滑移劑以及穩定劑、增塑劑和填料中的至少一種。將這些混合物預成形為片劑或丸劑可有利于隨后的擠壓加工。可以理解，混合物中的某些其它成分可用于增強粘接；并不排除其它粘接劑的存在，本發明主要是采用水分來助于粘接的。
聚合物和所有的混合成分優選為可食用(food-grade)的和/或生物可降解的。這使得所得到的丸劑能更廣泛地用作聚合物原料。然而，該方法可以包括在成形之前將生物不可降解的和/或不可食用的成分加入片劑或丸劑中。
所述方法還可包括熔化片劑或丸劑的步驟以及將混合物擠壓或模塑以形成制品的步驟。選擇性地可以添加其它成分。可以在擠壓模塑之前實行干燥步驟。
當片劑或丸劑包含至少一種熱敏成分、特別是PVC或PVA、最顯著地為PVA時，這種方法是特別有用的。“熱敏”意味著如果混合物被熔化且之后被冷卻，則各成分的性能易于變化，例如在常規的丸劑擠壓加工中所發生的。然而，應當指出，即使不包括熱敏成分，也可以獲得那些優點(例如在能源節省方面)。
在一個相關但獨立的方面，本發明提供了一種制造塑料制品的方法，該方法包括接收包含一種聚合物和至少一種混合成分的經冷壓制的片劑或丸劑作為聚合物原料，并且將該聚合物原料熔化和擠壓或者模塑以形成制品。這種方法可以包括在擠壓之前干燥所述片劑的步驟。
另一方面，本發明提供了一種經冷壓制的丸劑或片劑以用作聚合物原料，該丸劑或片劑包括一種聚合物和至少一種混合成分，該丸劑或片劑包含用作粘接劑的水分。
優選地，丸劑或片劑中的所有成分都是可食用的成分和/或生物可降解的。這使得片劑或丸劑能用于制造具有相應性能的塑料制品。
優選地，至少一種混合物成分包括潤滑劑、滑移劑或移動促進劑。聚合物優選為PVA或PVC。丸劑優選包含至少一種熱敏成分。
優選地，片劑或丸劑具有的最大直徑小于約1cm、優選大于約2mm。已經發現，這些尺寸便于利用傳統機器進行加工。
優選地，丸劑或片劑基本上是球形的或橢球形的。這便于處理。
已知片劑形成機具有一個旋轉水平盤，在該旋轉水平盤上具有多個豎直孔，在該豎直孔中通過上、下板形成片劑，當該水平盤轉動時，該上、下板移動到一起來壓制片劑、然后該上下板分開以便將一成形片劑推出。這些措施適用于現代化大量生產均勻片劑，一般是對于一個盤每分鐘生產幾千個片劑。然而，這種機器不能按比例增大，并且非常大量的片劑生產可能會帶來問題。本發明人已設計出能更易于形成更高產量的機器。
另一方面，本發明提供了一種形成片劑的設備，它包括在其輥壓表面上具有多個凹槽的輥子裝置以及支承裝置，該輥子裝置和支承裝置在其間限定了一個輥隙；原料的粉末供給源，它包括聚合物和至少一種混合劑，所述粉末包含充足量的水分以用作粘接劑；在所述輥隙的供料側向輥子裝置供給粉末的裝置；使輥子裝置前進以將粉末引導通過該輥隙的裝置，以便將粉末壓制到所述凹槽中以形成被壓制的片劑；以及在所述輥隙的另一側接收所述片劑的裝置。
片劑形成設備可以用于形成大量的片劑。可以通過改進輥子裝置的前進(旋轉)速度來調整產量。片劑的產量取決于輥子的長度和有效直徑，所以這些尺寸可以按比例增大以便在給定的旋轉速度下獲得所需的產量。連續的旋轉可以保持高產量。
優選地，支承裝置包括另一輥子裝置，這便于粉末的供給。該另一輥子裝置優選還具有凹槽并且被限制成與第一輥子裝置同步轉動(即采用大致相等的圓周速度)，每個輥子的凹槽都對準。這便于可靠地形成規則形狀的片劑、例如雙凸面形的片劑。
優選地，設置了用于將未成功形成片劑的粉末進行接收并將其提供到供料側的再循環裝置。再循環裝置可包括過濾器裝置，用于將片劑與粉末分離。這最大可能地減小了粉末的浪費。
供料側優選位于輥隙上方。這能使粉末在重力作用下供給。
優選地，凹槽基本上呈半球形。已發現這種形狀能可靠地壓制片劑、可靠地分離、以及方便地使片劑成形。
優選地，輥子裝置包括一對基本上圓柱形的輥子，這兩個輥子以基本上相等的圓周速度旋轉，這兩個輥子優選具有大致相等的直徑。這就形成了供給粉末的便利裝置。
優選地，設置了便于使片劑與輥子裝置分離的裝置，例如包括空氣刀裝置或設置成刷掃輥子裝置表面的刷子裝置。這與單獨借助重力或者采用離心加速相比，形成了更可靠的分離。
所述設備優選設置成能接收作為混合粉末(優選基本上是干燥的)的聚合物和混合成分并且能向混合的粉末施加足夠的壓力以形成自支承的片劑，優選不再需要粘接劑。
所述設備優選設置成在粉末經過輥隙時能在每個片劑上施加至少約1/4噸的最大壓力，更優選地施加約1/2噸的壓力。已發現超過此值的壓力對于壓制干燥聚合物粉末以便在無需粘接劑的情況下形成令人滿意的片劑是特別有用的。優選地，最大壓力不超過約20噸，更優選地小于約5噸；超過此限的壓力可能導致過多的熱量聚集并可能導致聚合物熔化。
在一個相關的方面，本發明提供了片劑或丸劑成形設備，它包括用以接收粉末形式的聚合物的第一供料裝置；用于接收粉末形式的至少一種混合物成分的第二供料裝置；用于將聚合物和所述或各混合成分加以混合的裝置，以形成包含作為粘接劑的充足量水分的混合粉末；用于壓制混合粉末以便在優選不需添加粘接劑的情況下形成基本上自支承的固體片劑或丸劑的壓制裝置。壓制裝置優選設置成壓制處于離散狀態的混合粉末的形式，但是可以包括用于將粉末擠壓通過小孔的裝置。
本發明還提供了片劑成形設備的用途，以便提供片劑，所述片劑包括作為聚合物原料的聚合物和至少一種混合成分。本發明還提供了冷壓制的片劑或丸劑的用途，所述片劑或丸劑包括在塑料制品制造中的聚合物和至少一種混合成分。
本發明還提供了水分、優選為殘余水分的用途，在利用聚合物原料形成冷壓制的片劑或丸劑的過程中，所述水分作為一種粘接劑，該聚合物原料包括聚合物和至少一種混合成分。
下面將參照附圖借助實施例描述本發明的一個實施方案，其中
圖1是包括本發明的聚合物原料制造系統的總體示意圖。
參照圖1，該圖是純示意性的，并且不是按比例示出的，粉末狀的聚合物10、固體混合成分12以及選擇性的液體混合成分14被供給到混合器20中。聚合物10可以是可從市場上購得的PVA。為了形成生物可降解的制品，并且為了便于形成片劑，優選的是84-98％被水解的并且平均分子量為25000-120000的聚合物。固體混合成分可包括滑移劑、例如包含硬脂酸鹽、著色劑以及一種例如包含白堊的填料。液體成分可包括增塑劑、例如甘油。
控制混合速度以確保充分的混合，而不會使混合物變得過熱。選擇性地可以采用空氣冷卻或水冷以加速混合而避免產生過熱。可以采用分批的混合或準連續的流動混合；分批混合可以更加容易地改變片劑的組成，而流動混合可以更大量地制造出更為均勻的單一制品。可以用空氣使粉末流化以便于混合或者采用一個槳狀物來簡單地攪拌；可以采用已知的混合裝置。
混合物傳送到壓片設備30。在這個實施方案的壓片設備中，粉末被傾倒并且在重力作用下流動到兩個輥子32上，各輥子在其表面上具有多個凹槽34，所以當粉末前進通過兩個輥子之間的輥隙(最小間隔線)L時，粉末被壓制成片劑。輥子通過齒輪(未示出)驅動，該齒輪保持各輥子同步轉動，從而使各輥子上的基本呈半球形的凹槽對準以形成基本上呈球形的片劑。凹槽34的直徑約為5-7mm。沿輥壓線L，兩輥子之間的間距最好為1mm或更小；輥子基本上是接觸的，雖然間距可以例如根據粉末密度而變化。這些尺寸并不是關鍵的，特別是對于聚合物原料而言，片劑無需是均勻的和始終一致的。片劑的直徑約為6mm，其表面積約為0.25cm2，當施加了1/4至1/2噸的力時，片劑可以被成功地壓制；壓力約為100MPa，優選的壓力為100-1000MPa。
在最小間隔線L以下，包括一個壓制空氣細噴嘴的空氣刀36有助于重力和離心加速以將片劑從輥子上除去。片劑落在篩網過濾器輸送機40上并且被輸送到料斗42，而粉末落在一個下方輸送機44上以便例如通過另一個輸送機或真空輸送器(未示出)被再循環輸送至供料側。
在所示實施方案中，直徑為30-50cm且長度約2-3m的圓柱形輥子以在小于10轉/分至高達約1000轉/分之間變化的速度下旋轉，使得片劑的制造速率產生很大的變化，能直至每分生產幾百萬片劑。圓柱形輥子不是主要的；可以例如通過使一個具有所需凹槽34的撓性皮帶繞過較小的輥子來設置輥子的功能，這種設置可以形成多于一條輥壓線。輥子間距、油率、凹槽尺寸以及密度和速度及粉末性能均會影響粉末的壓制程度；應通過實驗調整這些數據以便確保所述粉末能可靠地形成片劑。
殘余水分通常應該足以確保足夠的粘接。此外，許多混合成分、例如潤滑劑和如甘油等增塑劑有助于粘接。如果即使在高壓下仍只形成差的粘接，那么尤其對于干燥粉末可根據需要通過降低混合溫度或通過增加額外水分來增加水分含量。如果采用特定的粘接劑，應該進行選擇使之不會對制品的性能產生副作用，優選地可以通過干燥片劑來除去粘接劑。
采用這種成片設備并不是主要的；對于較小的產量，可以方便地采用用于制造藥物片劑或糖果的傳統壓片機。同樣，盡管本發明的片劑成形設備對于聚合物原料成形是特別有利的，但它也可用于其它應用場合。
片劑被收集而輸送到通常在一獨立場所處的制品成形設備(未示出)。在制品成形設備，可以將片劑加熱以將其干燥、然后使其熔化并將其擠壓并通過一個模，例如以形成一個薄膜、或者將其模塑成塑料制品；最后的加工可以是能夠接收片劑或丸劑形的聚合物原料的任何加工，并且丸劑的尺寸可以進行調整以符合最后的加工要求。在最后的加工步驟中可以包括附加的添加劑。
可以理解，本發明的各個方面適用于各種材料，其并不限于所公開的聚合物原料。本發明延續至所單獨公開的全部特征的組合。具體而言，設備、制品、方法中的各選擇性的或優選的特征可以與其它方面的特征進行組合。附屬的摘要在此引入作為參考。
可以理解，可以采用本發明來制造在塑料工業中、特別是在制造生物可降解塑料時有用的聚合物原料。
權利要求
1.一種制造混合的聚合物原料的方法，包括將一種聚合物與至少一種混合成分混合并且將該混合物冷壓制形成片劑或丸劑，其特征在于，在混合物中存在水分以粘接片劑或丸劑。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，在混合和壓制過程中，溫度被保持在約100攝氏度以下。
3.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，所述水分占丸劑重量的約0.1％至10％。
4.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，所述至少一種混合成分包括潤滑劑、滑動劑或流動促進劑。
5.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，混合物作為自由流動的粉末被供給至形成片劑或丸劑的壓制裝置。
6.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，混合物包括至少一種混合成分，該混合成分選自穩定劑、填料、著色劑、增塑劑、起泡劑和防燃劑。
7.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，聚合物和所有的混合成分都是可食用的或生物可降解的。
8.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，至少用一個約1/4噸的力來壓制各片劑或丸劑。
9.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，片劑或丸劑包含至少一種熱敏組分。
10.如上述任一項權利要求的方法，其特征在于，聚合物包括PVA或PVC，優選PVA。
11.如上述任一項權利要求的方法，還包括使片劑或丸劑熔化并將其擠壓或模塑以形成塑料制品的步驟。
12.一種制造塑料制品的方法，包括接收作為聚合物原料的經冷壓制的片劑或丸劑供給源，該片劑或丸劑包含一種聚合物和至少一種混合成分，該方法還包括熔化和擠壓或模塑聚合物原料以形成制品。
13.如權利要求11或12的方法，還包括向片劑或丸劑添加其它混合成分或擠壓或模塑劑。
14.如權利要求11-13中任一項的方法，包括在擠壓或模塑之前干燥片劑或丸劑的步驟。
15.一種用作聚合物原料的經冷壓制的丸劑或片劑，該丸劑或片劑包括一種聚合物和至少一種混合成分，該丸劑或片劑包含用作粘接劑的水分。
16.如權利要求15的壓制丸劑或片劑，其特征在于，聚合物包括PVA或PVC。
17.如權利要求15或16的壓制丸劑或片劑，其特征在于，所述至少一種混合成分包括潤滑劑、滑動劑或流動促進劑。
18.如權利要求15、16或17的壓制丸劑或片劑，包括一種熱敏組分。
19.如權利要求15至18中任一項的壓制丸劑或片劑，其特征在于，所有成分都是可食用的和/或生物可降解的。
20.一種形成片劑的設備，包括在其輥壓表面上具有多個凹槽的輥子裝置以及支承裝置，該輥子裝置和支承裝置在其間限定了一個輥隙；作為原料的粉末供給源，它包括聚合物和至少一種混合劑，粉末包含足量的水分以用作粘接劑；在所述輥隙的供料側向輥子裝置供給粉末的裝置；使輥子裝置前進以將粉末引導通過輥隙的裝置，以便將粉末壓制到所述凹槽中以形成被壓制的片劑，從而使粉末中的水分用于粘接片劑；以及在所述輥隙的另一側用于接收所述片劑的裝置。
21.如權利要求20的設備，還包括對未成功形成片劑的粉末進行接收并將其提供到供料側的再循環裝置。
22.如權利要求20或21的設備，其特征在于，所述凹槽基本上呈半球形。
23.如權利要求20至22中任一項的設備，其特征在于，所述輥子裝置和支承裝置包括一對相對的基本上呈圓柱形的反向旋轉的輥子。
24.如權利要求20至23中任一項的設備，包括將成形的片劑與輥子裝置分離的裝置。
25.如權利要求20至24中任一項的設備，還包括用于接收粉末狀聚合物的第一供料裝置；用于接收粉末狀的至少一種混合成分的第二供料裝置；將聚合物與所述或各混合成分加以混合的混合裝置；將混合的粉末供給到輥子裝置的供料側的輸送裝置；設置成優選在不添加粘接劑的情況下將混合粉末壓制以形成自支承的基本上為固體片劑的輥子裝置。
26.片劑或丸劑成形設備，包括設置成用以接收粉末狀聚合物的第一供料裝置；設置成用以接收粉末狀的至少一種混合成分的第二供料裝置；將聚合物和所述或各混合成分加以混合的混合裝置，以形成包含用作粘接劑的充足量水分的混合粉末；設置成用以將混合粉末壓制以形成自支承的基本為固體的片劑或丸劑的壓制裝置，從而優選在不添加其它粘接劑的情況下，使混合粉末中的水分用作粘接劑，以便形成片劑或丸劑。
27.水分、優選為殘余水分在由聚合物原料形成冷壓制片劑或丸劑時用作粘接劑的用途，該聚合物原料包括聚合物和至少一種混合成分。
全文摘要
本發明提供了一種通過將各種成分冷壓制成片劑或丸劑的混合聚合物原料。這避免了傳統丸劑成形方法中加熱的需要,并且特別適用于熱敏材料、例如PVA的混合。本發明還提供了一種新穎的片劑成形設備,其特別適用于形成大量經壓制的混合聚合物原料以及原料片劑,還提供了采用片劑制造塑料制品的方法。
文檔編號B29B9/08GK1256659SQ97181868
公開日2000年6月14日 申請日期1997年12月18日 優先權日1996年12月18日
發明者H·G·斯特文斯 申請人:江米克技術有限公司