DE102021107251A1

DE102021107251A1 - Verfahren zum Beschichten von Partikeln

Info

Publication number: DE102021107251A1
Application number: DE102021107251.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Thommes; Gerhard Schaldach; Anna Katharina Pennemann
Original assignee: Technische Universitaet Dortmund
Current assignee: Technische Universitaet Dortmund
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-09-29
Also published as: EP4313388A1; WO2022200380A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Partikeln (12), aufweisend die Verfahrensschritte:a) Bereitstellen von zu beschichtenden Partikeln (12);b) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials (18), wobei das Beschichtungsmaterial (18) in fluider Form vorliegt;c) Formen eines insbesondere kontinuierlichen Stromes (16) des Beschichtungsmaterials (18),d) Einbringen der Partikel (12) in den Strom des Beschichtungsmaterials (18) in einer ersten Frequenz ƒ1,e) Formen von Tropfen (40) aus dem Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) in einer zweiten Frequenz ƒ2, wobei ƒ2gleich oder ein Mehrfaches von ƒ1ist, so dass Tropfen (40) mit darin enthaltenem Partikel (12) geformt werden; undf) Verfestigen des Beschichtungsmaterials (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Partikeln. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, mit dem auf besonders homogene Weise Partikel mit einer Beschichtung versehen werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, mit der ein derartiges Verfahren ausführbar ist.
Oftmals ist es von Wichtigkeit, Partikel homogen zu beschichten. Bei pharmazeutischen Anwendungen ist eine Beschichtung von wirkstoffhaltigen Partikeln etwa zur Beeinflussung der Freisetzungsgeschwindigkeit eines Wirkstoffs im Körper eine gängige Methode. Ebenso lässt sich mit einer Beschichtung der Freisetzungsort für einen Wirkstoff während der Magen-Darm-Passage festlegen. Bei der Herstellung von Katalysatorpartikeln etwa für großtechnische chemische Umsetzungen werden die Partikel ebenfalls beschichtet. Hier ist oftmals die Steigerung der Abriebfestigkeit der Partikel das Ziel der Beschichtung.
Beschichtungen von Partikeln werden häufig in Wirbelschichtverfahren oder sogenannten Trommel- Coatern vorgenommen, wobei in beiden Verfahren eine Flüssigkeit auf die bewegten Partikel über Zerstäuber aufgetragen wird. In diesen Verfahren kann die auf jedes Partikel aufgetragene Masse nur mit einer großen Streubreite erfolgen. Das führt zu einer großen Variation der Schichtdicken auf den verarbeiteten Partikeln. Sowohl die Schichtdicke auf einem einzelnen betrachteten Partikel als auch die Schichtdicke auf unterschiedlichen Partikeln unterliegt dabei einer breiten Verteilung. Da sowohl beispielsweise die Wirkstofffreisetzung im Falle einer pharmazeutischen Anwendung, als auch Abriebfestigkeiten bei Katalysatorpartikeln von einer gleichförmigen und möglichst konstanten Schichtdicke des aufgebrachten Films abhängen, ist eine Verfahren, mit dem diese Eigenschaften gezielter eingestellt werden können, wünschenswert.
EP 0 623 018 B1 betrifft ein Tropfzufuhrverfahren zur Herstellung von Weichgelatinekapseln, wobei der vorzugsweise weiche oder flüssige Inhalt in Weichgelatine eingeschlossen ist, die dann in einem Niedertemperaturkühlbad verfestigt wird, dass ein chemisch inertes verflüssigtes Gas enthält, das keine biologisch unerwünschtes oder toxische Rückstände auf den Kapseln hinterlässt.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch Verbesserungspotential aufweisen insbesondere hinsichtlich einer homogenen Beschichtung von Partikeln.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme zu schaffen, durch welche wenigstens ein Nachteil des Stands der Technik zumindest teilweise überwunden werden kann. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme bereitzustellen, mit der auf definierte und homogene Weise Partikel mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren offenbart, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren oder dem Beispiel beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Partikeln, aufweisend die Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen von zu beschichtenden Partikeln;
b) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials, wobei das Beschichtungsmaterial in fluider Form vorliegt;
c) Formen eines insbesondere kontinuierlichen Stroms des Beschichtungsmaterials;
d) Einbringen der Partikel in den Strom des Beschichtungsmaterials in einer ersten Frequenz ƒ₁,
e) Formen von Tropfen aus dem Strom des Beschichtungsmaterials in einer zweiten Frequenz ƒ₂, wobei ƒ₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist, so dass Tropfen mit darin enthaltenem Partikel geformt werden; und
f) Verfestigen des Beschichtungsmaterials.

Ein derartiges Verfahren erlaubt gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik deutliche Vorteile insbesondere hinsichtlich einer homogenen Beschichtung von Partikeln.
Das Verfahren betrifft somit das Beschichten von Partikeln. Anwendung kann ein derartiges Verfahren beispielsweise in der Herstellung von pharmazeutischen Produkten oder auch bei der Herstellung von Katalysatorpartikeln finden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, wobei die Schritte vorzugsweise in der genannten Reihenfolge ablaufen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass weitere Verfahrensschritte hinzugefügt werden beziehungsweise, dass die Schritte nicht unmittelbar aufeinander folgen, obwohl dies im Sinne der Erfindung bevorzugt ist.
Gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt zunächst das Bereitstellen von zu beschichtenden Partikeln. Wie vorstehend bereits angedeutet sind die Partikel in Art und Beschaffenheit, wie etwa Größe, nicht zwingend beschränkt. Vorteilhaft kann es jedoch sein, dass die Partikel im weiteren Verfahrenslauf stabil sind und nicht etwa schmelzen oder in Lösung gehen. Dies kann jedoch beispielsweise auch durch die Wahl des Beschichtungsmaterials beeinflusst werden. Die Partikel können in einem geeigneten Reservoir bereitgestellt werden, aus welchem sie für das weitere Verfahren entnommen werden können.
Vorteilhafte Größen für die Partikel, mit der das Verfahren im Weiteren durchführbar ist, können in einem beispielhaften Bereich liegen von ≥ 0,2 mm bis ≤ 2 mm, vorzugsweise in einem Bereich von ≥ 0,5 mm bis ≤ 1 mm. Ferner können die Partikel bevorzugt in einer Kugelform vorliegen, wobei jedoch andere Formen ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt das Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials, wobei das Beschichtungsmaterial in fluider Form vorliegt. Das Beschichtungsmaterial in seiner fluiden Form ist wiederum nicht beschränkt. Es sollte jedoch vorzugsweise sichergestellt sein, dass das hier bereitgestellte Beschichtungsmaterial beziehungsweise die mit diesem in fluider Form vorliegender Komponenten die bereitgestellten Partikel nicht negativ beeinflussen, also etwa lösen oder eine chemische Reaktion eingehen. Aufgrund des Ziels, mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Partikel zu erzeugen, ist es von Vorteil, wenn das Beschichtungsmaterial bei Normalbedingungen, also insbesondere 22°C und 1 bar, als Feststoff vorliegt.
Das Vorliegen des Beschichtungsmaterials in fluider Form kann grundsätzlich auf verschiedene Weise realisierbar sein. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial in Reinform vorliegen und dabei etwa als Schmelze verwendet werden. Dies kann von Vorteil sein, da keine weiteren Substanzen in den Prozess eingetragen werden, bei welchen sichergestellt werden sollte, dass diese nicht in dem Beschichtungsmaterial verbleiben beziehungsweise die zu beschichtenden Partikel negativ beeinflussen. Alternativ kann es von Vorteil sein, dass das Beschichtungsmaterial in Verfahrensschritt b) als Lösung oder als Dispersion vorliegt. In dieser Ausgestaltung kann auf einfache und reproduzierbare Weise die Viskosität des fluiden Beschichtungsstoffs durch Auswahl und/oder Menge eines Lösungsmittels eingestellt werden, so dass das Verfahren sehr definierte und homogene Partikel entstehen lässt und ferner sehr anpassbar an das gewünschte Beschichtungsmaterial ist.
Gemäß Verfahrensschritt c) erfolgt im Weiteren das Formen eines bevorzugt kontinuierlichen Stroms des Beschichtungsmaterials. Durch diesen Verfahrensschritt wird somit das fluide Beschichtungsmaterial in Bewegung versetzt, so dass es durch eine vorgesehene Fluidführung strömt. Dabei sollte die Fließgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials bevorzugt konstant sein. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial in fluider Form in einem Reservoir bereitgestellt werden und durch eine geeignete Fluidpumpe ein entsprechender Strom des Beschichtungsmaterials in der Fluidführung erzeugt werden.
Gemäß Verfahrensschritt d) erfolgt das Einbringen der Partikel in den Strom des Beschichtungsmaterials in einer ersten Frequenz ƒ₁. In diesem Verfahrensschritt werden somit in den Strom aus Beschichtungsmaterial in definierter zeitlicher Abfolge und damit hinsichtlich des Stroms des Beschichtungsmaterials in definiertem Abstand zueinander die Partikel eingebracht. Dieser Verfahrensschritt kann grundsätzlich durch an sich bekannte Austrageinheiten realisiert werden, welche in einer definierbaren zeitlichen Abfolge die Partikel in den Strom einbringen können. Die gewählte Frequenz kann dabei insbesondere abhängig sein von der gewählten Fließgeschwindigkeit des Stroms an Beschichtungsmaterial, wie dies nachstehend in größerem Detail beschrieben ist, oder auch von der gewünschten Beschichtungsdicke.
Sind nun in einer definierten Abfolge die Partikel in dem Strom an Beschichtungsmaterial eingebracht, so können die Partikel mit einer definierten Menge an Beschichtungsmaterial voneinander getrennt werden. Hierzu ist gemäß Verfahrensschritt e) vorgesehen das Formen von Tropfen aus dem Strom des Beschichtungsmaterials in einer zweiten Frequenz f₂, wobei f₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist, so dass Tropfen mit darin enthaltenem Partikel geformt werden. Es werden somit Tropfen des fluiden Beschichtungsmaterials gebildet, wobei in Abhängigkeit der Frequenz f₂ in jedem oder in einer wählbaren Anzahl an Tropfen jeweils ein Partikel, bevorzugt genau ein Partikel, vorliegt. Die Partikel sind somit umhüllt von fluidem Beschichtungsmaterial und getrennt von anderen Partikeln, wobei das Beschichtungsmaterial in einer genau definierbaren Menge um die Partikel vorliegt und ferner die Partikel von dem Beschichtungsmaterial homogen umschlossen sind.
Schließlich erfolgt gemäß Verfahrensschritt f) das Verfestigen des Beschichtungsmaterials. In diesem Schritt soll somit das Beschichtungsmaterial aus der fluiden Form in einen festen Zustand versetzt werden, um so Partikel zu formen, die mit einem festen Beschichtungsmaterial beschichtet sind.
Dieser Schritt kann grundsätzlich wählbar ausgeführt werden, wobei die Art der Verfestigung zweckmäßigerweise angepasst ist an die Art, in welcher das Beschichtungsmaterial in eine fluide Form gebracht ist. Beispielsweise, wenn das Beschichtungsmaterial als Schmelze vorliegt, kann dieser Verfahrensschritt beispielsweise durch eine Kühleinheit realisiert werden oder einfach durch passives Abkühlen der beschichteten Partikel. Wenn das Beschichtungsmaterial etwa als Dispersion oder als Lösung vorliegt, kann dieser Verfahrensschritt ferner als Trocknungsschritt ausgeführt werden. Trocknungsschritte können etwa unter Anwendung von Wärme, vermindertem Druck, Luftströmung oder anderen Möglichkeiten ausgeführt werden, um das Lösungsmittel zu verdunsten oder zu verdampfen. Auch Kombinationen der vorgenannten Möglichkeiten sind von der vorliegenden Erfindung umfasst.
Durch das hier beschriebene Verfahren wird es somit möglich, sehr homogen beschichtete Partikel zu erzeugen. Dabei sind zum einen die Partikelbeschichtungen an sich sehr homogen, da durch die Einbettung der Partikel in Tropfen die Partikel in einer Masse von Beschichtungsmaterial homogen eingebettet sind. Wird das Beschichtungsmaterial so verfestigt entsteht entsprechend eine sehr homogene Beschichtung, die umlaufend eine einheitliche Dicke aufweist.
Darüber hinaus ist auch eine hohe Homogenität verschiedener Partikelbeschichtungen zu einander gegeben. Denn bei konstanten Frequenzen ƒ₁ und ƒ₂ und insbesondere bei konstanter Fließgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials, wenn die Partikel in dieses eingebracht werden, Kann jeder Tropfen die gleiche Größe haben und damit die gleiche Menge an Beschichtungsmaterial aufweisen. Darüber hinaus sind die Herstellungsbedingungen für alle Tropfen gleich, so dass die geformten beschichteten Partikel sehr einheitlich erzeugt werden und damit eine sehr homogene Mischung ausbilden. Dies kann noch dadurch verstärkt werden, dass eine Rückvermischung der beschichteten Tropfen nicht stattfindet, somit benachbarte Tropfen sich nicht gegenseitig beeinflussen.
Darüber hinaus ist das Verfahren äußerst anpassbar. Beispielsweise kann die Dicke der Beschichtung problemlos angepasst werden durch eine geeignete Wahl der Fließgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials und der Frequenzen ƒ₁ und ƒ₂. Insbesondere ist durch die Tropfgeschwindigkeit beziehungsweise die Tropfenbildungsfrequenz f₂ die Menge an Beschichtungsmaterial einstellbar, aus welchem die entsprechenden Tropfen geformt werden können, und damit die Dicke der Beschichtung.
Dadurch, dass die zu beschichtenden Partikel in dem Strom aus Beschichtungsmaterial transportiert werden, kann das Verfahren ferner als kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden, was die Effizienz erhöhen kann und somit auch für Massenproduktionen grundsätzliche Eignung gegeben ist.
Besonders bevorzugt weist der der Strom des Beschichtungsmaterials einen konstanten Volumenstrom auf. In dieser Ausgestaltung ist somit nicht nur die Fließgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials einheitlich, sondern es kann sichergestellt werden, dass pro Zeiteinheit stets die gleiche Menge an Beschichtungsmaterial sich entlang einer bestimmten Strecke bewegt. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders sichere Anpassbarkeit und ferner ein besonders definiertes und homogenes Beschichtungsergebnis ermöglicht werden. Denn die aus dem konstanten Strom an Beschichtungsmaterial geformten Tropfen werden insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders verlässlich mit stets der gleichen Menge an Beschichtungsmaterial geformt. Abweichungen an der Menge des Beschichtungsmaterials bei unterschiedlichen beschichteten Partikeln können so vermieden oder zumindest im Wesentlichen vermieden werden.
Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, wenn ƒ₁ gleich ƒ₂ ist. In anderen Worten erfolgt die Tropfenbildung in Einklang mit dem Einbringen der Partikel in den Strom an Beschichtungsmaterial. Dadurch kann das gesamte bereitgestellte Beschichtungsmaterial zur Beschichtung verwendet werden. Ausschuss kann so vermieden werden. Darüber hinaus kann so durch die problemlos einstellbaren Parameter bei Einstellung der entsprechenden Frequenzen die Menge definiert werden, welche auf die Partikel aufgetragen wird. Somit kann auch diese Ausgestaltung die Homogenität der Beschichtung weiter verbessern.
Hinsichtlich der Tropfenbildung kann es bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt e) durch das Einbringen von periodischen Störeinflüssen in den Strom des Beschichtungsmaterials erfolgt. Diese Ausgestaltung erlaubt es auf besonders definierte Weise, Tropfen aus dem Strom des Beschichtungsmaterials zu formen. Dadurch kann wiederum das Beschichtungsergebnis besonders homogen sein. Darüber hinaus wird es durch externe Störeinflüsse einfach und anpassbar möglich, die zweite Frequenz f₂ anzupassen, so dass die Beschichtungen sehr definiert an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann.
Beispiele für das Einbringen von externen Störeinflüssen umfassen etwa das Einbringen von Vibrationen oder auch das Einbringen von Schall in den Strom des Beschichtungsmaterials.
Hinsichtlich des Einbringens der Vibrationen in den Strom des Beschichtungsmaterials kann dies insbesondere realisierbar sein, indem eine Vibrationseinheit auf eine Fluidführung zum Führen des Beschichtungsmaterials wirkt, wobei die Wirkung insbesondere auf einen Fluidauslass beziehungsweise eine Abrisskante für das Beschichtungsmaterial wirken kann. Insbesondere, wenn unmittelbar vor dem Austreten des Beschichtungsmaterials beziehungsweise bei dem Austreten des Beschichtungsmaterials aus der Fluidführung diese in vertikaler Richtung in Vibration versetzt wird, können die so in das Fluid eingebrachten Vibrationen eine effektive Tropfenbildung durch einen Fadenzerfall bewirken. Dann können die einzelnen Tropfen anschließend nach deren Bildung aus einem Flüssigkeitsfaden heruntertropfen. Dies ist wiederum vorteilhaft für die ausgebildete Beschichtung.
Aber auch das Einbringen von Schall kann einfach und anpassbar verwendet werden und dabei zu einer definierten Tropfenbildung führen.
Ein vorbeschriebenes Verfahren kann bei vielen Anwendungen von Vorteil sein. Beispiele umfassen etwa das Ausbilden von Glanz- und Farbbeschichtungen, Geschmacksbeschichtungen, Schutzbeschichtungen, freisetzungsbeeinflussende Beschichtungen oder Aktivbeschichtungen, wobei die vorgenannten Beispiele nicht beschränkend zu verstehen sind. Anwendungsgebiete umfassen in nicht beschränkende Weise das Beschichten von Pharmazeutischen Produkten und Katalysatoren. Insbesondere Aktivbeschichtungen, also Beschichtungen mit einem aktiv wirksamen Stoff, können vorteilhaft erzeugt werden, da die Beschichtungen sehr homogen sind und so auch die Aktivität gut einstellbar ist. Dies war so im Stand der Technik nicht oder nur begrenzt möglich.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung der Vorrichtung, auf die Figuren und auf die Beschreibung der Figuren verwiesen und umgekehrt.
Beschrieben wird ferner eine Vorrichtung zum Beschichten von Partikeln, aufweisend eine Fluidführung zum Führen eines Stroms von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial und aufweisend einen Einfüllmechanismus zum Einbringen von zu beschichtenden Partikel in den Strom von Beschichtungsmaterial in einer ersten Frequenz ƒ₁, wobei die Vorrichtung ferner einen Tropfenbildungsmechanismus zum Ausbilden von Tropfen aus dem Strom des Beschichtungsmaterials aufweist in einer zweiten Frequenz ƒ₂, wobei ƒ₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist, und gegebenenfalls aufweisend eine Verfestigungseinheit zum Verfestigen von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial.
Eine derartige Vorrichtung erlaubt insbesondere ein Verfahren auszuführen, wie dies vorstehend mit Bezug auf das Beschichtungsverfahren im Detail beschrieben ist. Entsprechend kann eine derartige Vorrichtung die Vorteile erreichen, wie sie mit Bezug auf das Verfahren vorstehend im Detail beschrieben sind.
Insbesondere wird es unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung möglich, Partikel in einem kontinuierlichen Verfahren sehr homogen zu beschichten. Dabei kann die Dicke der Beschichtung der einzelnen Partikel an sich sehr homogen sein und ferner können unterschiedliche Partikel zueinander eine sehr homogene Beschichtung aufweisen.
Darüber hinaus lässt sich unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung eine hohe Anpassbarkeit ermöglichen, so dass die Vorrichtung für eine Vielzahl von spezifischen Anwendungen verwendbar ist.
Die Vorrichtung umfasst eine Fluidführung zum Führen eines Stroms von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial. Die Fluidführung kann beispielsweise eine nach oben geöffnete Rinne sein, oder auch geschlossen sein. Wichtig ist, dass in dieser Fluidführung der Strom aus Beschichtungsmaterial geführt werden kann. Hierzu kann die Fluidführung mit einem Reservoir für das in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial verbunden sein, von wo letzteres etwa unter Verwendung einer geeigneten Fluidpumpe gefördert werden kann, um einen kontinuierlichen Strom des Beschichtungsmaterials zu formen. Insbesondere kann durch die Fluidpumpe ein konstanter Volumenstrom des Beschichtungsmaterials in der Fluidführung eingestellt werden.
Weiterhin ist ein Einfüllmechanismus zum Einbringen von bereitgestellten zu beschichtenden Partikeln in den Strom von Beschichtungsmaterial in einer ersten Frequenz ƒ₁ vorgesehen. Wenn die Fluidführung beispielsweise als nach oben offene Rinne ausgebildet ist, können die Partikel auf einfache Weise in die Fluidführung eingebracht werden. Wenn die Fluidführung etwa geschlossen ist, kann an geeigneter Stelle der Fluidführung eine Öffnung vorgesehen sein, um die Partikel in den Strom an Beschichtungsmaterials einzubringen.
Der Einfüllmechanismus kann beispielsweise wie folgt ausgestaltet sein.
Beispielsweise kann der Einfüllmechanismus zum Einbringen von zu beschichtenden Partikel in den Strom von Beschichtungsmaterial eine rotierbare Scheibe aufweisen, die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung aufweist, und wobei ein Abdeckelement vorgesehen ist, relativ zu dem die Scheibe rotierbar ist, wobei das Abdeckelement die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung in einer Mitnahmeposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung mit Bezug auf eine Rotation verschließt und wobei das Abdeckelement die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung in einer Durchlassposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung mit Bezug auf eine Rotation freigibt.
Dabei kann eine Mehrzahl an Durchlass- und Mitnahmeöffnungen vorgesehen sein, welche in verschiedenen Kreissektoren, bevorzugt auf einer Kreislinie, angeordnet ist.
Ferner kann das Abdeckelement einen Aufnahmeraum für die rotierbare Scheibe ausbilden, wobei das Abdeckelement oder die rotierbare Scheibe an einer Durchlaufposition der wenigstens einen Durchlass- und Mitnahmeöffnung einen Sammelraum für zu beschichtende Partikel ausbildet.
In dieser Ausgestaltung kann die rotierbare Scheibe mit einer konstanten Geschwindigkeit rotieren und so immer dann, wenn sich die Durchlass- und Mitnahmeöffnung in einer Durchlassposition befindet, die Partikel durchlassen und in den Strom aus Beschichtungsmaterial einbringen. Wenn ein vorbeschriebener Sammelraum vorgesehen ist, kann sich in Abhängigkeit der Größe der Partikel jeweils ein Partikel in einer Durchlass- und Mitnahmeöffnung positionieren und durch die Rotation der Scheibe zu der Durchlassposition verbracht werden.
Auf diese Weise wird es einfach und effizient möglich, die Partikel in einer vordefinierten Frequenz in den Strom an Beschichtungsmaterial einzubringen. Die Frequenz ist ferner auf einfache Weise änderbar durch die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe.
Die Vorrichtung weist ferner einen Tropfenbildungsmechanismus zum Ausbilden von Tropfen aus dem Fluss des Beschichtungsmaterials auf in einer zweiten Frequenz ƒ₂, wobei ƒ₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist. Durch den Tropfenbildungsmechanismus können aus dem kontinuierlichen Strom aus Beschichtungsmaterial aufeinander folgende Tropfen geformt werden. Die Tropfen werden durch die Wahl der ersten und der zweiten Frequenz entsprechend derart geformt, dass jedes Partikel in einem einzelnen Tropfen geformt ist. Beispielsweise weist jeder Tropfen ein Partikel auf.
Hinsichtlich des Tropfenbildungsmechanismus kann es vorgesehen sein, dass dieser als Vibrationseinheit zum Einleiten von Vibrationen in den Strom des Beschichtungsmaterials ausgebildet ist. Genauer kann es von Vorteil sein, dass die Vibrationseinheit auf einen Fluidauslass der Fluidführung wirkt. Dies erlaubt auf definierte und sichere Weise in einer vordefinierten Frequenz Tropfen aus dem Strom in einem Fadenzerfall auszubilden. Dabei kann es besonders bevorzugt sein, wenn die Tropfen nach dem Austreten aus dem Auslass und nach deren Bildung aus dem Faden abtropfen.
Alternativ kann auch eine Schallquelle vorgesehen sein, welche unter Erzeugung von Druckschwankungen auf den Strom des Beschichtungsmaterials wirkt.
Die gegebenenfalls vorliegende Verfestigungseinheit kann angepasst sein an die Art, in welcher das Beschichtungsmaterial in eine fluide Form gebracht wurde. Beispielsweise kann die Verfestigungseinheit als Trockner ausgestaltet sein, um Lösungsmittel zu verdunsten oder zu verdampfen. Alternativ kann die Verfestigungseinheit als Kühleinheit ausgebildet sein, um eine Schmelze zu verfestigen. Um das Verfahren besonders anpassbar zu machen kann die Verfestigungseinheit auch eine Temperiereinheit sein, mit welcher die Tropfen kühlbar und heizbar sind. Dadurch kann die Verfestigungseinheit für unterschiedliche Systeme anwendbar sein und die gleiche Vorrichtung so eine breite Anwendung finden.
Wenn das Beschichtungsmaterial als Schmelze vorliegt kann auf eine Verfestigungseinheit gegebenenfalls verzichtet werden, da auch eine passive Kühlung zum Verfestigen gegebenenfalls möglich ist.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Vorrichtung wird auf die Beschreibung des Verfahrens auf die Figuren und auf die Beschreibung der Figuren verwiesen und umgekehrt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, und wobei die Erfindung nicht auf die folgende Zeichnung, die folgende Beschreibung und das folgende Ausführungsbeispielbeschränkt ist.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Beschichten von Partikeln gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Detailansicht eines Einfüllmechanismus für eine Vorrichtung aus 1; und
3 eine Detailansicht einer Tropfenbildung.

In der 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Beschichten von Partikeln 12 gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Fluidführung 14 zum Führen eines Stroms 16 von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial 18. Die Fluidführung 14 kann von einem Reservoir 20 versorgt werden, etwa unter Verwendung einer geeigneten Fluidpumpe 22, welche das in fluider Form vorliegende Beschichtungsmaterial 18 in die Fluidführung 14 pumpt. In der Ausgestaltung in 1 ist die Fluidführung 14 als nach oben offene Rinne ausgestaltet.
Es ist ferner ein Einfüllmechanismus 24 zum Einbringen von zu beschichtenden Partikeln 12 in den Strom 16 von Beschichtungsmaterial 18 in einer ersten Frequenz ƒ₁ gezeigt. Der Einfüllmechanismus 24 ist in der 1 nur schematisch gezeigt, jedoch in der 2 in größerem Detail dargestellt.
In der 2 ist dargestellt, dass der Einfüllmechanismus 24 zum Einbringen von zu beschichtenden Partikeln 12 in den Strom 16 von Beschichtungsmaterial 18 eine rotierbare Scheibe 26 aufweist, die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 aufweist. Im Detail ist in der 2 gezeigt, dass eine Mehrzahl an Durchlass- und Mitnahmeöffnungen 28 vorgesehen ist, welche in verschiedenen Kreissektoren und auf einer Kreislinie, also jeweils am gleichen Radius, angeordnet ist.
Ferner ist ein Abdeckelement 30 vorgesehen, relativ zu dem die rotierbare Scheibe 26 rotierbar eist. Die rotierbare Scheibe 26 ist in einem Aufnahmeraum 34 des Abdeckelements 30 anordbar, wobei der Aufnahmeraum 34 durch eine umlaufende Wandung 36 des Abdeckelements 30 ausgebildet wird.
Das Abdeckelement 30 ist dabei derart ausgestaltet, dass es die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 in einer Mitnahmeposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 mit Bezug auf eine Rotation verschließt und dass das Abdeckelement 30 die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 in einer Durchlassposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 mit Bezug auf eine Rotation freigibt. Dies ist in der Ausgestaltung gemäß 2 derart realisiert, dass die Abdeckung 30 in der Durchlassposition eine Öffnung 32 aufweist, durch welche die Partikel 12 in den Strom 16 eingefüllt werden können. Ist die Durchlass- und Mitnahmeöffnung 28 nicht in der Durchlassposition sondern an eine andere Stelle rotiert, nämlich an eine Mitnahmeposition, wird diese durch das Abdeckelement 30 abgedeckt, so dass ein Eintragen der Partikel 12 in den Strom 16 nicht erfolgt.
Es ist ferner gezeigt, dass das Abdeckelement 30 an einer Durchlaufposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnungen 28 der Scheibe 26, also an einer Position beziehungsweise in einem Bereich, durch welche beziehungsweise durch welchen die Durchlass- und Mitnahmeöffnungen 28 rotieren, einen Sammelraum für zu beschichtende Partikel 12 ausbildet. Dadurch gelangen die Partikel 12 in die Durchlass- und Mitnahmeöffnungen 28 und werden durch die Rotation der Scheibe 26 zu der Öffnung 32 transportiert beziehungsweise mitgenommen und können dort, bei geeigneter Rotationsgeschwindigkeit, in einer definierten Frequenz in den Strom 16 eingefügt werden. Der Sammelraum kann beispielsweise durch die umlaufende Wandung 36 gebildet werden, welche eine größere Dicke aufweist, als die rotierbare Scheibe. Werden dann die Scheibe 26 und das Abdeckelement 30 gekippt angeordnet sind, also etwa in einem 45°-Winkel zur Horizontalen, Sammeln sich die Partikel 12 im unteren Bereich, der dann als Sammelraum dient.
Zurückkommend zu 1 ist ferner gezeigt, dass die Vorrichtung 10 ferner einen Tropfenbildungsmechanismus 38 zum Ausbilden von Tropfen 40 aus dem Strom 16 des Beschichtungsmaterials 18 aufweist in einer zweiten Frequenz ƒ₂, wobei ƒ₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist. Dieser Tropfenbildungsmechanismus 38 weist gemäß 1 eine Vibrationseinheit 42 zum Einleiten von Vibrationen in den Strom 16 des Beschichtungsmaterials 18 auf. Genauer ist die Vibrationseinheit 42 mit einem Fluidauslass 44 beziehungsweise einer Abrisskante der Fluidführung 14 verbunden und wirkt auf diesen beziehungsweise auf diese. Hierzu werden insbesondere vertikal wirkende Vibrationen verwendet, wie dies durch den Pfeil 54 dargestellt sein soll. Dadurch bilden sich beim Austreten des Stroms 16 aus dem Fluidauslass 44 Tropfen 40 durch einen Fadenzerfall aus. Durch Synchronisation von Partikeldosierrate gemäß der ersten Frequenz ƒ₁ und Abtropffrequenz gemäß zweiter Frequenz ƒ₂ entsteht eine Tropfenkette monodisperser Tropfen 40 wobei jeweils ein Tropfen 40 ein Partikel 12 umhüllt.
Dies ist exemplarisch in der 3 gezeigt, in welcher der Strom 16 an Beschichtungsmaterial 18 durch die Erdanziehung g zunächst in einem Freistrahl nach unten fällt und sich dann einzelne Tropfen 40 aus einem zuvor gebildeten Freistrahl beziehungsweise Flüssigkeitsfaden bilden, welche die Partikel 12 mit einer homogenen Hülle aus Beschichtungsmaterial 18 ausbilden. Es ist angedeutet, dass die Tropfen 40 hinsichtlich ihrer Beschichtung sehr homogen sind und damit die beschichteten Partikel 12 sehr homogen beschichtet sind. Es werden in der gezeigten Ausgestaltung somit aus einer Gerinneströmung durch eine vertikale Schwingung mit einer diskreten Frequenz Tropfen 40 gleichen Durchmessers erzeugt.
1 zeigt weiterhin, dass die Vorrichtung eine Verfestigungseinheit 46 zum Verfestigen von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial 18 aufweist. Durch diese Verfestigungseinheit 46 kann das in fluider Form vorliegende Beschichtungsmaterial 18 in eine feste Form gebracht werden. Die genaue Form der Verfestigungseinheit 46 ist nicht beschränkt und hängt im Wesentlichen ab von der Art, wie das Beschichtungsmaterial 18 in eine fluide Form gebracht wurde. Wenn das Beschichtungsmaterial 18 etwa als Lösung oder als Dispersion vorliegt, kann die Verfestigungseinheit 46 als Trocknungseinheit, beispielsweise als IR-Trockner, zum Verdunsten oder Verdampfen des Lösungsmittels ausgestaltet sein, wie dies in der 1 gezeigt ist. Wenn das Beschichtungsmaterial 18 etwa als Schmelze vorliegt, kann die Verfestigungseinheit 46 als Kühler ausgestaltet sein. Somit bilden sich in der Verfestigungseinheit 46 homogen beschichtete Partikel 48 aus.
Diese können anschließend gesammelt werden. Gemäß 1 können die Partikel 48 etwa auf ein Transportband 50 fallen und von dort in einen Lagerbehälter 52 transportiert und dort gesammelt werden.
Das hier beschriebene Verfahren beziehungsweise die hier beschriebene Vorrichtung 10 zur Beschichtung von Partikeln 12 erlaubt gleichförmige Oberflächenbeschichtungen in einem effizienten Prozess mit hohem Durchsatz. Der Prozess ist im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik kontinuierlich und die pro Partikel 12 aufgebrachte Masse an Beschichtungsmaterial 18 ist konstant. Der Durchsatz ist abhängig von der Tropfenbildungsfrequenz und liegt im Bereich von mehreren 100.000 Partikeln 12 pro Stunde.
Beispielsweise kann ein Beispiel eines Verfahrens in einer vorbeschriebenen Vorrichtung wie folgt ablaufen.
Grundsätzlich ist das Abtropfverhalten für einen Fadenzerfall dem Fachmann wohl bekannt, insbesondere für Kapillarströme. Für die gegebenenfalls vorliegenden Gerinneströmungen kann das Abtropfverhalten entsprechend angenommen werden.
Beispielsweise kann eine Tropfenbildung erreicht werden, wenn die Wellenlänge λ etwa der Vibration oder grundsätzlich der periodischen Störeinflüsse bei λ ≥ 2 π r_Strahl, wobei r_Strahl der Radius des Freistrahls ist. Bei bekannter Tropfenbildungsfrequenz kann dann auf leichte Weise die Dicke der Beschichtung festgelegt werden.
Als Beschichtungsmaterial 18 kann beispielsweise Hydroxypropylmethylcellulose verwendet werden, in welches Partikel 12 aus mikrokristalliner Zellulose mit einem Durchmesser von 1 mm eingebracht werden in einer Frequenz ƒ₁ von 35 Hz. Für die Tropfenbildung kann eine Wellenzahl ka ≈ 0,3 bis 0,9 verwendet werden, wobei die Wellenzahl definiert ist als 2 π r_Strahl/λ, wobei r_Strahl der Radius des Freistrahls und λ die Wellenlänge etwa der Vibration oder grundsätzlich der periodischen Störeinflüsse ist. Der Volumenstrom kann bei 3,5 l/h liegen und die dynamische Viskosität des den Strom 16 ausbildenden Beschichtungsmaterials 18 kann bei η≈0,008 Pas liegen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Partikel
14: Fluidführung
16: Strom
18: Beschichtungsmaterial
20: Reservoir
22: Fluidpumpe
24: Einfüllmechanismus
26: Scheibe
28: Durchlass- und Mitnahmeöffnung
30: Abdeckelement
32: Öffnung
34: Aufnahmeraum
36: Wandung
38: Tropfenbildungsmechanismus
40: Tropfen
42: Vibrationseinheit
44: Fluidauslass
46: Verfestigungseinheit
48: beschichtete Partikel
50: Transportband
52: Lagerbehälter
54: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0623018 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Beschichten von Partikeln (12), aufweisend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von zu beschichtenden Partikeln (12); b) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials (18), wobei das Beschichtungsmaterial (18) in fluider Form vorliegt; c) Formen eines insbesondere kontinuierlichen Stromes (16) des Beschichtungsmaterials (18), d) Einbringen der Partikel (12) in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) in einer ersten Frequenz ƒ₁, e) Formen von Tropfen (40) aus dem Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) in einer zweiten Frequenz f₂, wobei f₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist, so dass Tropfen (40) mit darin enthaltenem Partikel (12) geformt werden; und f) Verfestigen des Beschichtungsmaterials (18).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) einen konstanten Volumenstrom aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ƒ₁ gleich ƒ₂ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verfahrensschritt b) das Beschichtungsmaterial (18) als Schmelze, Lösung oder Dispersion vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt e) durch das Einbringen von periodischen Störeinflüssen in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von periodischen Störeinflüssen in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) erfolgt unter Anwendung von Vibrationen oder Schallwellen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Vibrationen in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) erfolgt, indem eine Vibrationseinheit (42) vertikal auf einen Fluidauslass (44) einer Fluidführung (14) zum Führen des Stroms (16) des Beschichtungsmaterials (18) wirkt.
Vorrichtung (10) zum Beschichten von Partikeln (12), aufweisend eine Fluidführung (14) zum Führen eines Stroms (16) von in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial (18) und aufweisend einen Einfüllmechanismus (24) zum Einbringen von zu beschichtenden Partikeln (12) in den Strom (16) von Beschichtungsmaterial (18) in einer ersten Frequenz ƒ₁, wobei die Vorrichtung (10) ferner einen Tropfenbildungsmechanismus (38) zum Ausbilden von Tropfen (40) aus dem Partikel (12) enthaltenden Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) aufweist in einer zweiten Frequenz f₂, wobei f₂ gleich oder ein Mehrfaches von ƒ₁ ist, und gegebenenfalls aufweisend eine Verfestigungseinheit (46) zum Verfestigen von auf Partikeln (12) in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial (18).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfestigungseinheit (46) zum Verfestigen von auf Partikeln (12) in fluider Form vorliegendem Beschichtungsmaterial (18) vorgesehen ist, die als Trocknungseinheit oder als Kühleinheit ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenbildungsmechanismus (38) als Vibrationseinheit (42) zum Einleiten von Vibrationen in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) ausgebildet ist oder dass der Tropfenbildungsmechanismus (38) als Schallquelle zum Einleiten von Schallwellen in den Strom (16) des Beschichtungsmaterials (18) ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationseinheit (42) vertikal auf einen Fluidauslass (44) der Fluidführung (14) wirkt.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfüllmechanismus (24) zum Einbringen von zu beschichtenden Partikeln (12) in den Strom (16) von Beschichtungsmaterial (18) eine rotierbare Scheibe (26) aufweist, die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung (28) aufweist, und wobei ein Abdeckelement (30) vorgesehen ist, relativ zu dem die rotierbare Scheibe (26) rotierbar ist, wobei das Abdeckelement (30) die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung (28) in einer Mitnahmeposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung (28) mit Bezug auf eine Rotation verschließt und wobei das Abdeckelement (30) die wenigstens eine Durchlass- und Mitnahmeöffnung (28) in einer Durchlassposition der Durchlass- und Mitnahmeöffnung (28) mit Bezug auf eine Rotation freigibt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Durchlass- und Mitnahmeöffnungen (28) vorgesehen ist, wobei die Durchlass- und Mitnahmeöffnungen (28) in verschiedenen Kreissektoren der rotierbaren Scheibe (28) angeordnet sind.