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コリオリ式流量コントローラによる高信頼性・高精度な超臨界二酸化炭素の注入

ホットメルトエクストルージョン(HME)は、熱と圧力を加えてポリマーを溶かし、連続プロセスで型に押し出す方法です。HMEはプラスチック産業で広く応用されており、最近では医薬品の剤形やドラッグデリバリーシステムに使用されています。HME プロセスは、医薬品の有効成分 (API) をポリマーおよびその他の賦形剤と高温高圧で混合するために使用されます。押し出された材料は、カプセルへの充填や、錠剤への圧縮のために、マイクロペレットに切断または粉砕することができます。

コリオリ式流量コントローラによる高信頼性・高精度な超臨界二酸化炭素の注入

流量計への要求事項:

医薬品押出プロセスの重要な要素は、ポリマー/APIの発泡と呼ばれるセル構造を拡張するために、押出機バレルに直接CO2を注入することです。また、多孔質の3Dセル構造を作り出し、ポリマーの表面積を増加させることで、APIの体内での溶解速度や吸収速度を向上する事が出来ます。CO2を注入することにより、押出機を低温(-30℃以下)で運転することができるため、APIの劣化を防ぐことができます。また、CO2は環境に優しく、信頼性が高く、不燃性で、低コストです。しかし、CO2は、圧力や温度がわずかに変化するだけで、液体、気体、超臨界と状態が変わるため、測定が困難な流体でもあります。

従来は、ピストンポンプでCO2を押出機本体に供給していましたが、CO2が正しく供給されているかは、ポンプでは確認することは出来ません。ポンプでモニターできるのは動作速度のみで、CO2の供給量(質量流量)をモニターすることは不可能です。このメーカーは、押出機のバレルに直接注入しているCO2をより正確にモニターし、押出材が望ましいセル構造になるようにする方法を必要としていました。

ハイライト:

  • 超臨界CO2の質量流量の測定と制御
  • 低温(-30℃以下)でも正確な流量を実現

プロセスソリューション:

Brooks Instrumentの Quantimコリオリ式マスフロー流体の計測と制御の信頼性が高いため、このマスフローを用いたシステムでは、ポンプの動作速度ではなく、実際に注入する液体CO2の質量流量を測定し、制御することが可能となりました。HMEプロセスのように、CO2が臨界温度と臨界圧力以上に保たれている場合、それは超臨界状態となります。

超臨界状態の流体は、気体と液体の中間の性質を持ちます。臨界点付近では、比熱、密度、粘度などの流体特性が、温度や圧力のわずかな変化で大きく変化します。このため、ほとんどの流量測定技術では、正確で再現性のある測定が困難です。このような特殊な流体には、流体の特性に依存しない質量流量測定デバイスが理想的です。

ポンプの出口側にコリオリ式マスフローを導入することで、押出機へのCO2の正確な質量流量と流体密度を同時にモニターすることで、超臨界状態を確実にキープすることが可能となりました。Quantimコリオリ式マスフローの測定信号をプロセス制御ループにフィードバックすることで、CO2注入の質量流量に基づいてポンプ速度を正確に制御することが可能となりました。

フロースキーム

 

その結果、ホットメルト押出工程に超臨界CO2を正確に添加し、押出材料の望ましい細胞構造を確保し、最終的には生命を救う可能性のあるドラッグデリバリーシステムに生まれ変わらせることができたのです。


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