Effect of host particle size on the modification of powder flow behaviours for lactose monohydrate following dry coating

Abstract

Our previous work demonstrated that the powder flowability of a cohesive lactose sample can be improved substantially using a dry coating technique. Our study reported here aims to investigate the influence of host particle size on the modification of powder flowability following dry coating process. Four commercial lactose monohydrate powders with different particle sizes were coated by an intensive mechanical process or mixed using a conventional tumbling process, both with magnesium stearate. All four untreated lactose samples showed a relatively poor powder flow. After dry coating, poured and tapped densities of all the lactose samples increased, while Carr indices and Hausner ratios decreased substantially. The angle of repose values were reduced to a notable extent only for particles with a median size larger than about 7 μm after dry coating. Both specific energy (SE) and cohesion values of lactose samples, measured by a powder rheometer system, decreased substantially after coating. In contrast, no apparent changes in powder flow were evident for conventionally mixed batches, except that in the dynamic powder rheometry measurement, a relatively small change in SE was observed. This study demonstrated that for the finer particles examined, cohesive forces were more influential in the powder bed after the surface treatment and resulted in a relatively poor flow. However, for the larger powders studied, the cohesive inter-particle forces could be overcome after this dry coating, whereby satisfactory flow could be obtained. This study indicated that the host particle size was a critical factor in influencing the modification of cohesive powder flowability.

Abstract

Carr Hausner 7 μm

Résumé

Quatre poudres commerciales de lactose monohydraté ont été enrobées à sec par mécanofusion et mélangées avec du stéarate de magnésium de façon conventionnelle dans un tambour. Avant traitement, les quatre échantillons de lactose non traité présentaient des propriétés d’écoulement relativement faibles. Après enrobage à sec, les masses volumiques, apparente et tassée, de tous les échantillons de lactose augmentaient tandis que les indices de Carr et les ratios d’Hausner diminuaient nettement. Les plus grands changements de masse volumique étaient trouvés pour les échantillons de lactose ayant une taille de particules médiane entre 7 et 20 μm. L’angle de repos était réduit de façon beaucoup plus importante pour les particules ayant une taille médiane supérieure 7 μm. L’énergie spécifique et les valeurs de cohésion des échantillons de lactose mesurées à l’aide d’un rhéomètre à poudres diminuaient substantiellement après enrobage. Au contraire, aucun changement apparent dans l’écoulement de la poudre n’était évident pour les lots mélangés en tambour, si ce n’est que, dans les mesures dynamiques de rhéométrie de la poudre, un déplacement limité de l’énergie spécifique était observé. Cette étude démontre que pour les petites particules, les forces cohésives sont influentes dans le lit de poudre, même après traitement de surface et résultent dans un relativement faible écoulement. Cependant, les poudres de plus grosse taille étudiées ont démontré que les forces de cohésion inter-particulaires à l’intérieur de la poudre d’origine pouvaient être surmontées et qu’un écoulement satisfaisant pouvait être obtenu après enrobage à sec. Dans ces séries de poudres de lactose, il a été montré pour la première fois dans cette étude qu’il semble y avoir une taille de particule critique pour laquelle une amélioration fonctionnelle significative de l’écoulement de la poudre peut être obtenue à l’aide de la nouvelle approche d’enrobage à sec. La rhéométrie de la poudre a été démontrée comme étant capable de détecter des différences fines dans le comportement de la poudre à l’écoulement, que des méthodes traditionnelles n’étaient pas capables d’obtenir.