Brevet FR2622190A1 — publié le 19890428

Sorbitol sec possédant des propriétés d'utilisation techniques améliorées, et procédé pour sa fabrication ". L'invention concerne un sorbitol sec dont les propriétés techniques d'utilisation sont améliorées, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Le sorbitol sec est utilisé, dans différentes productions, comme substitut du secre pour les diabétiques et dans les articles de sucreries pour la prophylaxie des caries. l'utilisation du sorbitol s'est fortement développée pour les comprimés à sucer en sorbitol et pour la fabrication de comprimés phar- maceutiques au sorbitol. Le sorbitol est fabriqué par hydro- génation catalytique sous pression du glucose en solu- tion aqueuse (1). Après l'hydrogénation et éventuelle- ment après séparation du catalyseur, la solution de sorbitol est soumise à différentes opérations de puri- fication telles qu'élimination de charges, filtration et déminéralisation. Ensuite, la solution purifiée est concentrée, par évaporation d'eau, à environ 70 % et, ou bien mise dans le commerce sous forme de masse épais- se, ou bien, on poursuit le traitement pour obtenir le sorbitol sec (2). Comme substance cristallisant dif- ficilement, le sorbitol a tendance à former des solu- tions sursaturées, à cristalliser à retardement, et à- 2. durcir partiellement ou totalement sous forme de masses fondues vitreuses. Il cristallise sous trois formes de cristaux différentes (a-, B- et y-sorbitol), dont les deux premières sont instables, seule la troisième, la forme y se distinguant par sa résistance. En général, pour fabriquer un sorbitol sec stable défini, on s'ef- force d'obtenir une proportion de la forme y de > 90 % (3). La proportion de cristallisation du sorbitol est affectée négativement par l'isomère hexite, qui a été amené avec le glucose, ou qui peut se former au cours de réactions secondaires. Il a été proposé un grand nombre de procédés pour la production du sorbitol sec, qui peuvent être rangés essentiellement dans les trois principes opérationnels précédents. D'après la façon la plus commode à réaliser, on fait évaporer la solution de sorbitol jusqu'au voisinage de l'état anhydre par évaporation sous vide. Au cours du refroidissement éventuellement avec addition de sorbitol cristallisé, cette masse fondue durcit, et en la brisant et la broyant, on en obtient du sorbitol sec en grains qui peuvent aller jusqu'à la poudre fine (4, 5). Le produit ainsi obtenu présente un spectre granulométrique qui est peu étendu et la proportion de y-sorbitol est sou- mise à d'importantes variations. A côté de sorbitol cristallin, on constate la présence d'importantes pro- portions de sorbitol amorphe. La fluidité est mauvaise. Au cours du stockage, ce sorbitol sec se prend en masse, après absorption d'une faible quantité d'humidité, et devient une masse dure. Par suite, le transformateur ou l'utilisateur rencontreront des problèmes au cours de l'utilisation. Suivant une seconde façon d'opérer, on pulvérise une solution de sorbitol très concentrée, ou la fait tomber goutte à goutte sur un lit, agité mécaniquement, de sorbitol cristallisé (6, 7). Le lit de cristaux agités et mouillés est maintenu, pour assu- rer l'évaporation de l'eau, à une température de 60 à C par passage d'air ou d'un gaz inerte, chaud à tra- vers ce lit. Après une durée de cristallisation appro- priée, on retire du circuit, continuellement, on la refroidissant, une partie du sorbitol sec. Le sorbitol sec ainsi obtenu présente également, à nouveau, un très large spectre de granulométrie. Il doit être préparé pour l'utilisation par broyage. En raison de sa struc- ture très compacte, ce sorbitol présente une densité apparente relativement élevée. La teneur en sorbitol-y se situe en général au-dessus de 90 %. La surface spé- cifique est de 0,1m /g. Un point défectueux du sorbitol sec, préparé suivant ce principe de fabrication, est que les différentes particules de sorbitol se prennent en masse quand elles absorbent une faible quantité d'humidité de l'air et forment rapidement des masses dures, le temps nécessaire pour la dissolution dans l'eau étant relativement élevé. En raison de la mauvai- se fluidité, le traitement sur des machines à fabriquer des comprimés n'est possible qu'avec des restrictions et de fréquentes perturbations du fonctionnement. Le troisième principe d'opération est un procédé d'atomisation modifié. Ici, une solution de sorbitol à 60 à 80 %, purifiée, est fractionnée, par un dispositif de pulvérisation, en très fines goutte- lettes, et, en même temps, il est introduit, avec de l'air, du sorbitol cristallisé finement dispersé, dans un appareil à pulvérisation dans une tour d'atomisation, d'une façon telle que la solution pulvérisée de sorbi- tol revêt les particules cristallines de sorbitol d'une mince pellicule. Pour l'évaporation de l'eau, il est soufflé supplémentairement un courant d'air chaud (8, 9). L'humidité résiduelle peut être modifiée dans des limites relativements larges en faisant varier la tem- pérature et le rapport entre l'air chaud et la solution de sorbitol (11). Après une durée de cristallisation de à 90 minutes, le sorbitol sec est refroidi à une température de est retournée dans la tour d'atomisation. Le sorbitol sec fabriqué par ce procédé présente une teneur en y-sorbitol qui peut aller jusqu'à 98 %. La densité apparente se situe entre 0,35 et 0,45 g/ml. En raison de sa plus grande surface inté- rieure, ce sorbitol a beaucoup moins tendance que le sorbitol sec fabriqué par les autres procédés à prendre en masse, en cas de petites absorptions d'humidité. D'autre part, grâce à la grandeur de la surface acces- sible, le temps de dissolution dans l'eau est extrême- ment court pour le sorbitol sec fabriqué par atomisa- tion. L'inconvénient de ce sorbitol sec est la faibles- se de sa densité apparente par les volumes d'emballages sensiblement plus grands qui sont nécessaires. De plus, un autre point désavantageux est le parcours sensible- ment plus important du piston des machines de pressage dans les opérations de fabrication de préparations com- primées (par exemples des sucreries en comprimés), par- cours qui est plus grand qu'avec le traitement du sor- bitol sec obtenu par un autre procédé. En outre, ce sor- bitol sec possède une structure qui a pour conséquence une fluidité relativement mauvaise, qui a, à son tour, un effet négatif sur la vitesse et la reproductibilité quand on remplit de petits emballages, et quand on produit des comprimés sur des machines rapides desti- nées à cette fabrication. L'invention a pour objet un sor- bitol sec ayant des propriétés d'usage améliorées au point de vue technique, et un procédé pour la fabrica- tion d'un tel sorbitol sec par atomisation. A cet effet l'invention propose de réaliser en conséquence un sorbitol sec et un pro- cédé pour sa fabrication, qui se distingue en particu- lier par une élévation de la densité apparente, et de la vitesse d'écoulement, une diminution de l'angle de talus, une réduction de la grosseur de grains, ainsi qu'une amélioration des propriétés de transformation en comprimés, exprimée par l'augmentation de la ré- sistance à la flexion et à la rupture, des comprimés fabriqués à partir du sorbitol, et un meilleur rapport énergétique EV lors de la fabrication de comprimés par rapport aux types de sorbitol sec connus et qui contri- bue dans une large mesure à conserver les propriétés avantageuses acquises par le séchage par atomisation. Le but recherché est atteint du fait que les propriétés d'utilisation technique d'uti- lisation sont améliorées par des post-traitements mé- caniques ou pneumatiques qui permettent d'arriver ici à un sorbitol sec qui présente les propriétés spéciales suivantes: - une densité apparente d'au moins 0,5 g/ml, - un angle de talus de 33 au maximum, - une vitesse d'écoulement d'au moins 12 g/sec, - une surface spécifique d'au moins 0,9 m2/g, - un point de fusion d'environ 95 C, - une humidité résiduelle inférieure à 1 %, - un rapport énergétique Ev, au cours de la fabrication de comprimés d'au moins 0,2 pour des poussées de pres- sage de 128 MPa, - une résistance à la flexion des comprimés, fabriqués à partir du sorbitol avec des poussées de pressage d'environ 120 MPa, qui soit d'au moins 8 N/mm2, - une résistance à la rupture des comprimés fabriqués à partir du sorbitol sous des poussées de pression d'environ 120 MPa qui soit de 120 N au minimum. Pour la fabrication de ce sorbitol sec suivant l'invention, on pulvérise dans une tour d'atomisation au moyen d'un appareillage approprié, une solution à 60 à 80 % de sorbitol, purifiée, dont la teneur en alcools de sucre isomères est inférieure à 2 % et la proportion de sucre résiduel inférieure à 0,2 %, et mélange intimement la solution pulvérisée avec des particules de sorbitol cristallisé finement divisé dans un courant d'air. En même temps, il est envoyé dans cette tour d'atomisation pour l'évaporation de l'eau, un autre courant d'air, dont la température est de 120 C à 150 C, de façon telle que l'humidité résiduelle du sorbitol sec qui se forme atteigne un taux inférieur à 1 %. Le sorbitol sec produit en pre- mier est laissé à une température de 40 à 80 C pour continuer la cristallisation et est ensuite refroidi à 40 C. Une partie de ce sorbitol sec cristallisé est finement divisée et retournée, dans un courant d'air, dans la tour d'atomisation, pendant que l'autre partie est retirée du circuit et est, suivant l'invention, soumise à un traitement mécanique. Ce traitement méca- nique doit être réalisé de façon telle qu'il arrive à une diminution des particules de sorbitol à une aug- mentation de la densité apparente et par un lissage de la surface extérieure à une amélioration de la fluidi- té. On a constaté que le passage dans un désintégra- teur, ou le passage dans un parcours de transport pneu- matique pourvu de chicanes constituent des traitements mécaniques appropriés. Dans le désintégrateur, les par- ticules de sorbitol sont chassées, avec des vitesses de rotation de 1500 à 4500 tpm 1, à grande vitesse, les unes contre les autres, et contre des tôles de re- bondissement, mobiles ou fixes. Il se produit alors une 2 6 2 2 1 9 0 7. rupture des agglomérats et il se produit une modifica- tion de la structure des particules de sorbitol. La grosseur moyenne des particules tombe à 40 à 60 % de sa valeur originelle. Des effets analogues seront obte- nus au cours du passage sur un parcours de transport pneumatique pourvu de chicanes. La vitesse optimum des gaz doit être ici de 15 à 50 m/sec. Il en résulte un traitement mécanique qui assure une diminution de la grosseur moyenne des grains de 20 à 60 % et un arron- dissement des particules de sorbitol qui étaient aupa- ravant fortement ramifiées. La figure 1 montre une représen- tation photographique de sorbitol sec avant le traite- ment mécanique et la figure 2 la même représentation après le traitement mécanique du sorbitol suivant l'invention. D'une façon surprenante, la surface BET ne se modifie, ici, pas d'une façon significative, de sorte que la la fluidité, avec une légère absorption d'humidité par le sorbitol et le temps de dissolution dans l'eau, restent aussi inchangés. En revanche, la densité apparente augmente de 30 % et peut s'élever jusqu'à 0,6 g/ml. La fluidité est grandement améliorée, ce qui s'exprime par une diminution de l'angle de talus d'environ 5 et l'augmentation de la vitesse d'écoule- ment qui peut aller jusqu'à 60 %. Comme avantage d'utilisation, on obtient une augmentation de la vitesse de travail et la reproductibilité quand on remplit de petits emballa- ges et la fabrication de comprimés sur des machines rapides. D'une façon surprenante, on obtient, comme avantage supplémentaire, une sensible amélioration de l'aptitude du sorbitol à former des comprimés. Pour quantifier cet effet, on a déterminé, à côté de la ré- sistance des comprimés à la flexion et à la compression des comprimés, la courbe de pression pendant tout le cours de l'opération de pressage, en fonction du par- cours du poinçon supérieur (figure 3). La courbe 1 dans cette figure 3 représente l'avancement du poinçon de pressage (augmentation de la pression), la courbe 2, la marche du poinçon, au cours du retour en arrière de ce poinçon, (détente). La surface 3 enclose par les courbes 1 et 2 indique le travail effectué pour la déformation plastique du sorbitol, proportionnellement, pendant que la surface 4 représente le travail pour le regonflement élastique (10). Le rapport énergétique EV: EV = Surface 3/ (Surface 3 + Surface 4) donne la proportion de la déformation plastique par rap- port au travail total de compression, et constitue une dimension pour l'aptitude de la matière à être façonnée en comprimés. Dans l'intérêt d'une bonne évaluation de l'énergie et d'une faible contrainte de pressage en com- primés, EV doit se rapprocher le plus possible de la valeur maximum 1. EV est fonction de la pression maximum de pressage au cours de la mesure. Une comparaison des valeurs de EV pour différents produits exige en conse- quence que l'on maintienne une poussee maximum de pres- sage constante au cours de la mesure. On a trouvé que les valeurs EV du sorbitol fabriqué suivant l'invention avec des poussées maximum de pressage de 128 MPa tend vers 0,16 à 0,34, pendant que le sorbitol qui n'a pas été traité mécaniquement après l'atomisation fait preu- ve, avec les mêmes poussées de pressage maximum, de valeurs EV de 0,06 à 0,11. Exemple 1: Une solution aqueuse à 70 % de sor- bitol dont la température est de 50 C est pulvérisée finement dans une tour d'atomisation par un appareil de pulvérisation mécanique et est mélangée intimement, -avec des particules de sorbitol cristallisées, fine- ment dispersées dans un courant d'air. Dans la tour d'atomisation, on insuffle en même temps, par l'évapo- ration de l'eau, un courant d'air chaud à 120 à 150 C, de façon telle qu'il contribue à ce que l'humidité résiduelle du sorbitol sec qui se forme, se monte à un maximum de 1 %. Pour continuer la cristallisation, on laisse reposer le sorbitol sec à environ 50 C, et le refroidit ensuite dans un tambour de refroidissement à 25 % C. Une partie de ce sorbitol sec est ramenée à nouveau dans la tour d'atomisation avec le courant d'air de la façon qui a été décrite, pendant que l'au- tre partie est retirée du circuit. Dans le tableau 1 sont rassemblées les propriétés du sorbitol sec. Les propriétés des comprimés fabri- qués avec le sorbitol sec sont données par une poussée de pressage de 120 MPa. Pour la détermination de la va- leur Ev, on a choisi une poussée de pressage maximum de 128 MPa. Le diamètre des comprimés se monte à 10 mm. Tableau 1 Propriétés de sorbitol sec séché par atomisation sans traitement mécanique: Point de fusion ( C) 95 Humidité résiduelle (%) 0,6 Densité apparente (g/ml) 0,38 Angle de talus (degrés) 37 Vitesse d'écoulement (g/s) 8,1 Grosseur moyenne de grains (mm) 0,52 Surface spécifique (m2/g) 1,1 Propriétés des comprimés: Rapport énergétique EV 0,09 1.0 Tableau 1 (suite): Résistance à la flexion (N/mm2) 7,5 Résistance à la rupture (N) 110 les données du tableau 1 ont été déterminées comme suit: - Point de fusion au moyen du microscope chauffé, - L'humidité résiduelle au moyen de l'appareil à déter- miner l'humidité absolue FAB 1/2 du VEB Mytron, - Densité apparente suivant DIN 03 912 - Angle de talus, suivant R. Voigt, Manuel de technolo- gie pharmaceutique, 8ème édition, Berlin 1984, - Vitesse d'écoulement suivant C. Schaffner, thèse Halle 1981, - grosseur moyenne de grains calculée d'après l'analyse au tamis suivant d = (X fraction sur tamis. largeur de mailles) m 100 - Surface spécifique suivant Schwab, Handbuch der Kata- lyse, volume V, Vienne 1957, - Rapport énergétique EV suivant DUrr, M. Hanssen, D. u. Harwalik, H. Pharm. Ind. 34 905 (1972), - Résistance à la flexion suivant P. H. List, Arznei- formenlehre, 3ème édition Stuggart, 1982, - Résistance à la rupture, Beyer, B., et Weis, C., thèse Halle 1980. Exemple 2: Du sorbitol sec obtenu suivant l'exemple 1 est envoyé dans un désintégrateur o la vitesse de rotation de la roue est de 3200 tpmin-1. Dans ce désintégrateur, les particules de sorbitol sec sont chassées à grande vitesse, les unes contre les autres, et, contre des tôles de rebondissement. Dans ce travail mécanique, les agglomérats qui existent deviennent plus petits et il se produit un arrondisse- ment que l'on peut constater à la vue, des particules de sorbitol (figure 2) par rapport à l'état o elles se trouvaient auparavant (figure 1). Dans le Tableau 2 sont données les propriétés du sorbitol après le tra- vail dans le désintégrateur. Les conditions de mesure sont les mêmes que pour l'exemple 1. Tableau 2: Propriétés du sorbitol sec atomisé après traitement mécanique dans le désintégrateur. Point de fusion ( C) 95 Humidité résiduelle (%) 0,6 Densité apparente (g/ml) 0,54 Angle de talus (degrés) 32 Vitesse d'écoulement (gis) 12,1 Grosseur moyenne de grains (mm) 0,36 Surface spécifique (m2/g) 1,08 Propriétés des comprimés: Rapport énergétique EV 0,34 Résistance à la flexion -(N/mm2) 8,6 Résistance à la rupture (N) 126 La comparaison des propriétés in- diquées dans les Tableaux 1 et 2 montre que, du fait des contraintes mécaniques subies par le sorbitol sec dans le désintégrateur, la densité apparente a augmen- té de 42 %, et en même temps la fluidité exprimée par un abaissement de 5 de l'angle de talus et une vites- se d'écoulement de 49 % plus grande, est améliorée. La grosseur moyenne des particules s'est abaissée de 39 %. Le comportement énergétique EV au cours de la confec- tion des comprimés et par suite l'aptitude à la trans- formation en comprimés est par suite tout simplement nettement améliorée. Elle s'exprime aussi par une meil- leure résistance à la flexion et à la rupture des com- primés fabriqués à partir du sorbitol. En fait seule reste inchangée la surface spécifique et par suite le comportement recherché par rapport aux effets de l'hu- midité. Exemple 3: Du sorbitol sec obtenu suivant l'exemple 1 est ici transporté sur un parcours de trans- port pneumatique pourvu de chicanes. La vitesse moyenne de l'air se monte à 35 m/sec. Sous cette contrainte mé- canique du sorbitol sec, on arrive à une réduction des agglomérats qui deviennent plus meubles, sont formés irrégulièrement et s'arrondissent d'une façon que l'on peut observer à la vue en particules de sorbitol. Dans le tableau 3 sont rassemblées les propriétés du surbitol après le transport pneumati- que. Les conditions de mesure sont les mêmes que dans l'exemple 1. Tableau 3: Propriétés du sorbitol sec atomisé après contrainte mé- canique par transport pneumatique. Point de fusion ( C) 96 Humidité résiduelle (%) 0,6 Densité apparente (g/ml) 0,59 Angle de talus (degrés) 32,5 Vitesse d'écoulement (g/s) 12,9 Grosseur moyenne de grains (mm) 0,28 Surface spécifique (m2/g) 1,16 Propriétés des comprimés: Rapport énergétique EV 0,21 Résistance à la flexion (N/mm) 8,9 Résistance à la rupture (N) 130 La comparaison des propriétés des tableaux 1 et 3 montre que par la contrainte méca- nique subie par le sorbitol sec au cours du transport pneumatique sur un parcours pourvu de chicanes, la den- sité apparente a augmenté de 55 % de même qu'en même temps la fluidité, qui s'expriment par un angle de talus plus faible de 4,5 , et une vitesse d'écoulement qui est de 50 % plus élevée, ce qui constitue une amé- lioration. La grosseur des particules est descendue à 54 % de la valeur au départ. Le rapport énergétique EV au cours de la confection des comprimés et par suite l'aptitude à cette confection est tout simplement nette- ment augmenté. Cela s'exprime aussi dans une plus gran- de résistance à la flexion et à la rupture des comprimés fabriqués avec le sorbitol. En fait seule reste inchan- gée la surface spécifique et par suite le comportement que l'on recherche par rapport à l'humidité. Littérature utilisée: (1) R. Albert, A. Streitz u. G. Vollheim; Chem. Ing. Techn. 52 (1980), S. 582 - 587 (2) Ullmanns Enzyklopâdie der techn. Chemie, 4. Auflage, Bd. 24, S. 773 (3) Ullmanns Enzyklopâdie der Techn. Chemie, 4, Auflage, Bd. 24, S. 774 (4) DD-PS 49 322 (5) DD-PS 76 487 (6) DD-PS 69 360 (7) DD-PS 83 341 (8) Dan. Pat. 133 603 (9) DE-OS 3 245 170 (10) Stamm, A. u. Nathis, C. Acta Parm. Technol., Suppl. 1, 7 (1976) (11) Ullmanns Enzyklopâdie der techn. Chemie, 4. Auflage, Bd. 2, S. 254 - 258 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Sorbitol sec fabriqué par ato- misation dont les propriétés techniques d'utilisation sont améliorées, caractérisé en ce qu'il présente: - une densité apparente d'au moins 0,5 g/ml - un angle de talus de 33 au maximum - une vitesse d'écoulement d'au moins 12 g/sec - une surface spécifique d'au moins 0,9 m2/g - un point de fusion d'environ 95 C - une humidité résiduelle inférieure à 1 % - un rapport énergétique Ev, au cours de la fabrication de comprimés d'au moins 0,2 pour des poussées de pres- sage de 128 MPa - une résistance à la flexion des comprimés, fabriqués à partir du sorbitol avec des poussées de pressage d'environ 120 MPa, qui soit d'au moins 8 N/mm2 - une résistance à la rupture des comprimés fabriqués à partir du sorbitol sous des poussées de pression d'environ 120 MPa qui soit de 120 N au minimum. 2 ) Procédé pour la fabrication de sorbitol sec présentant les propriétés techniques d'utilisation améliorées suivant la revendication 1, par atomisation d'une solution aqueuse à 50 à 80 % de sorbitol; mélange intime avec du sorbitol cristallisé finement réparti dans un courant d'air, séchage simul- tané avec de l'air chaud à 120 à 150 C Jusqu'à une hu- midité résiduelle de 1 % au maximum, post-cristallisa- tion à 40 à 80 C, et refroidissement à des températures inférieures à 400 C, procédé caractérisé en ce que le sorbitol sec est soumis à un traitement mécanique, as- socié à une fragmentation partielle des grains et/ou une modification de la structure. 3 ) Procédé pour la fabrication de sorbitol sec suivant les revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le traitement mécanique s'effectue au cours d'un passage dans un désintégrateur dans le- quel la grosseur moyenne des particules de sorbitol est diminuée jusqu'à 20 à 60 % de sa valeur au départ. 4 ) Procédé pour la fabrication de sorbitol sec suivant les revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le traitement mécanique s'effectue par un transport pneumatique sur un parcours de trans- port pourvu de chicanes, avec des vitesses moyennes des gaz de 15 à 50 m/sec.