타정공정 - 멀티펀치

타정공정에서 생산량을 증가시키기 위하여 두개 또는 세개의 팁이 있는 타정펀치를 사용하는 것을 고려하게 됩니다. 

멀티펀치를 사용하게 되면 싱글팁 펀치로 타정할때보다 두배 또는 세배의 생산량을 얻게 되는데 균일하고 적합한 품질의 제품을 얻기 위해서는 신중하게 평가해야 합니다.

 

로터리 타정기는 상부 펀치, 하부 펀치, 다이로 구성된 프레스 도구로 구성됩니다.

대부분의 응용 분야에서 상부 펀치는 생산되는 정제의 형상과 일치하도록 구성된 단일 팁을 갖습니다. 정제 프레스 도구 형상은 American Pharmacists Association의 Tableting Specification Manual(TSM)(1)의 미국 표준과 European Euronorm 표준(2)에 의해 관리됩니다. 이러한 표준은 도구 길이, 도구 헤드 형상 및 관련 허용 오차를 정의합니다. 대부분의 최신 정제 프레스는 서로 다른 크기의 정제(다른 도구 표준 사용)를 동일한 프레스에서 생산할 수 있도록 하는 교환식 터렛 기능을 제공합니다.

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타정 속도에서 회전당 하나의 정제를 생산하는 생산량은 아래 식과 같습니다.

 

생산량(정제/시간) = 타정 속도(회전/분) x 펀치수 x 60분(시간)

 

생산량을 높이는 방법

1) 타정속도 증가

2) 펀치수 증가

3) 펀치팁 증가

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타정압력 제어 이론

정제 질량은 중요한 품질 속성입니다. 정밀한 정제 질량은 각 정제가 처방된 복용량의 주성분을 전달하도록 보장합니다. 가장 진보된 정제 테스트 기술을 사용하더라도 타정기는 정제 질량을 측정할 수 있는 것보다 더 빠르게 타정할 수 있습니다. 주기적 샘플과 통계적 제어 방법이 좋으며, 각 정제를 생산하는 데 필요한 타정압력이라는 보조 매개변수가 있어 자동 정제 무게 제어의 기준으로 실시간으로 측정할 수 있습니다. 이 시스템은 정제 무게를 실시간으로 공정 중에 측정하고 지정된 품질 관리 한계를 초과하는 개별 정제를 선별하여 제외할 수 있습니다. 

 

일반적으로, 프레스 힘 조절 이론은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

• 다이에 일정량의 혼합물을 채운 후 압축할 때 위쪽과 아래쪽 펀치 팁을 서로 더 가깝게 맞춰서 부피를 줄이면 그에 따른 압력이 발생합니다.

• 다이에 있는 혼합물의 부피가 일정하고, 압축 시 최종 두께(상단 및 하단 펀치 팁 사이의 거리)가 일정하다면 압축력도 일정할 것입니다. 

• 다이 내부의  혼합물 부피가 일정하고 압축 시 최종 두께(상단 및 하단 펀치 팁 사이의 거리)가 줄어들면 압축력이 증가합니다.

• 다이에 있는 혼합물의 부피가 일정하고 압축 시 최종 두께(상단 및 하단 펀치 팁 사이의 거리)가 증가하면 압축력은 감소합니다.

• 그에 따라 압축 시 최종 두께가 고정되고, 다이에 있는 혼합물의 양이 증가하면 압축력이 증가합니다. 압축 시 최종 두께가 고정되고, 다이에 있는 혼합물의 양이 감소하면 압축력이 감소합니다.

• 대부분의 타정기에서 압축 롤러는 압축 중에 고정됩니다. 즉, 상단 및 하단 펀치는 상단 및 하단 압축 롤러에 의해 동일한 위치로 구동됩니다. 압축 중에 일정한 두께에서 타정압은 다이의 혼합물 양, 즉 정제 질량에 의해 결정됩니다. 

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멀티팁의 한계

 

멀티팁 툴링 사용의 주요 제약은 타정압력 측정과 관련된 검증과 기준을 벗어난 개별 정제를 선별하는 것 입니다. 개별 타정압 측정을 해당 태블릿 무게에 맞추는 타정압 제어 이론은 멀티팁 툴을 사용할 때 상당한 어려움에 부딪힙니다. 본질적으로 펀치 하나에서 여러 개의 정제가 생산되지만 단 하나의 압력만 측정됩니다. 

 

이론상, 여러 개의 완벽한 정제와 관련된 타정압은 과체중과 저체중 정제의 조합과 관련된 타정압과 동일할 수 있습니다. 따라서 멀티팁을 사용하면 각 정제에 대한 개별 타정압을 측정할 수 없으므로 개별 정제를 선별하여 제거할 수 없습니다. 대부분의 경우 이러한 제한으로 인해 멀티팁을 사용하지 않을 수 있습니다.ㅂ

 

고려해야 할 추가적인 공정 제약도 있습니다. 펀치가 여러 개의 팁으로 구성된 경우 펀치 헤드가 압축 롤러에 가하는 힘은 누적됩니다. 즉, 8mm 정제 하나에 10kN의 압축력이 필요한 경우 팁이 5개인 프레스 도구는 50kN을 측정합니다. 일반적으로 더 높은 압축력이 필요한 제품은 낮은 압축력이 필요한 제품보다 더 터렛속도가 느려지게 됩니다. 실제로 많은 경우 다중 팁 도구로 실현할 수 있는 생산량은 비교적 높은 누적 압축력 요구 사항과 관련된 터렛 속도 감소로 인해 빠르게 상쇄됩니다. 

 

또한 다이 충전의 문제도 있습니다. 특정 타블릿 무게의 단일 8mm 타블릿을 생산하면 모든 펀칭 스테이션에 대해 5개의 다이 구멍을 채워야 하는 공정보다 더 높은 프레스 속도가 허용됩니다. 다시 말해, 흐름성이 좋지 않은 혼합물은 멀티팁을 이용한 타정에서 터렛 속도가 높을 경우 균일하게 다이에 충전되지 않아 터렛 속도를 감소해야 할 수 있습니다.

멀티팁은 정제 질량 조 절이 중요하지 않을 때 가장 좋습니다. 예를 들어, 제약 산업 외에서 시간당 1,000,000개의 타블릿을 초과하는 속도로 작은 민트와 감미료를 생산하는 것은 멀티팁 툴링 사용이 좋습니다.

 

제약 및 건강기능식품에 멀티팁을 활용하고자 하는 사람들에게 타정압 제어/정제 거부 검증 제약을 극복하는 유일한 방법은 일관되고 우수한 공정 능력을 보여주는 통계적 사례를 개발하는 것입니다. 즉, 모든 정제가 항상 사양 한계 내에 있는 것입니다. 이를 위해서는  아래 식에 설명된 대로 정제 무게, 두께 및 경도에 대한 공정 능력을 계산해야 합니다 . 

 

Cp = (USL – LSL) / 6 X Σ

 

여기서 Cp = 공정 능력 지수, USL = 상한 규격 한계, LSL = 하한 규격 한계, Σ = 표준 편차입니다. 

 

공정 능력 지수는 상한 및 하한 규격 한계의 비율을 6시그마로 나눈 값으로, 공정 샘플의 99.7%를 포함합니다. 1.67 이상의 공정 능력 지수는 일반적으로 양호한 것으로 간주되지만 최종 결정은 품질 관리 그룹의 문제입니다. 일반적으로 공정 능력 지수는 정제 무게, 두께, 경도, 용해 및 함량 균일성을 포함한 모든 중요한 공정 품질 속성에 대해 평가해야 합니다. 

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멀티팁을 사용하면 타정공정에서 생산량을 크게 늘릴 수 있습니다. 그러나 제품 품질과 공정 검증을 둘러싼 중요하고 기술적으로 유효한 제약으로 인해 제약 제조에서 이 기술을 적용하는 데 상당한 제약이 있었습니다. 개별 정제를 타정 중에 선별하여 제거하거나 정제 거부와 관련된 높거나 낮은 개별 타정압을 인식하지 못하는 것이 여전히 주요한 단점입니다.

 

압축력이 낮고 혼합물의 흐름 특성이 우수한 소형 정제 형태(미니 정제 포함)의 경우, 사양 한계의 맥락에서 공정 능력에 대한 상당한 통계적 분석을 기반으로 다중 팁 도구의 사용을 활용할 수 있습니다. 더 큰 정제와 더 높은 압축력의 경우, 멀티팁으로 얻을 수 있는 잠재적 이득은 일반적으로 타정압력 또는 각 스테이션에서 여러 다이 구멍을 채우는 데 필요한 정지 시간을 기반으로 타정속도를 느리게 해야 하는 필요성으로 상쇄됩니다.

 

출처 : F. Murray, “Considerations for Tablet Compression with Multi-Tip Tooling,” Solid Dosage Drug Development and Manufacturing  Supplement (2020년 4월)

https://www.pharmtech.com/