La granulación es el proceso de formación de granos o gránulos a partir de una sustancia sólida o en polvo , produciendo un material granulado . Se aplica en varios procesos tecnológicos en las industrias química y farmacéutica. Por lo general, la granulación implica la aglomeración de partículas finas en gránulos más grandes, normalmente de tamaño que oscila entre 0,2 y 4,0 mm, dependiendo de su uso posterior. Con menos frecuencia, implica la trituración o molienda de material sólido en gránulos o pellets más finos.
El proceso de granulación combina una o más partículas de polvo y forma un gránulo que permitirá que la fabricación de comprimidos se realice dentro de los límites requeridos. Es el proceso de reunir partículas creando enlaces entre ellas. Los enlaces se forman por compresión o mediante el uso de un agente aglutinante. La granulación se utiliza ampliamente en la industria farmacéutica para la fabricación de comprimidos y pellets. De esta manera, es posible un proceso predecible y repetible y se pueden producir gránulos de calidad constante.
La granulación se lleva a cabo por diversas razones, una de las cuales es evitar la segregación de los componentes de la mezcla en polvo. La segregación se debe a diferencias en el tamaño o la densidad de los componentes de la mezcla. Normalmente, las partículas más pequeñas y/o más densas tienden a concentrarse en la base del recipiente y las más grandes y/o menos densas en la parte superior. Una granulación ideal contendrá todos los componentes de la mezcla en la proporción correcta en cada gránulo y no se producirá segregación de gránulos.
Muchos polvos, debido a su pequeño tamaño, forma irregular o características superficiales, son cohesivos y no fluyen bien. Los gránulos producidos a partir de un sistema tan cohesivo serán más grandes y más isodiamétricos (aproximadamente esféricos), ambos factores que contribuyen a mejorar las propiedades de flujo.
Algunos polvos son difíciles de compactar incluso si se incluye un adhesivo fácilmente compactable en la mezcla, pero los gránulos de los mismos polvos suelen compactarse más fácilmente. Esto está asociado con la distribución del adhesivo dentro del gránulo y es una función del método empleado para producir el gránulo.
Por ejemplo, si se tuvieran que fabricar tabletas a partir de azúcar granulado en lugar de azúcar en polvo , el azúcar en polvo sería difícil de comprimir para formar una tableta, mientras que el azúcar granulado sería fácil de comprimir. Las partículas pequeñas del azúcar en polvo tienen características de fluidez y compresión deficientes. Estas partículas pequeñas tendrían que comprimirse muy lentamente durante un largo período de tiempo para formar una tableta que valga la pena. A menos que el azúcar en polvo esté granulado, no se podría convertir de manera eficiente en una tableta que tenga buenas características, como un contenido uniforme o una dureza constante.
Se emplean dos tipos de tecnologías de granulación: granulación húmeda y granulación seca.
En la granulación húmeda, los gránulos se forman mediante la adición de un líquido de granulación sobre un lecho de polvo que está bajo la influencia de un impulsor (en un granulador de alto cizallamiento), tornillos (en un granulador de doble tornillo) [1] o aire (en un granulador de lecho fluidizado ). La agitación resultante en el sistema junto con la humectación de los componentes dentro de la formulación da como resultado la agregación de las partículas de polvo primarias para producir gránulos húmedos. [1] El líquido de granulación ( fluido ) contiene un disolvente o material portador que debe ser volátil para que pueda eliminarse mediante secado y, según la aplicación prevista, no ser tóxico. Los líquidos típicos incluyen agua , etanol e isopropanol, ya sea solos o en combinación. La solución líquida puede ser de base acuosa o de base disolvente. Las soluciones acuosas tienen la ventaja de ser más seguras de manejar que otros disolventes.
El agua mezclada con los polvos puede formar enlaces entre las partículas de polvo que son lo suficientemente fuertes como para unirlas. Sin embargo, una vez que el agua se seca, los polvos pueden desintegrarse. Por lo tanto, el agua puede no ser lo suficientemente fuerte como para crear y mantener un enlace. La unión de las partículas con el uso de líquido es una combinación de fuerzas capilares y de adherencia hasta que se establece una unión más permanente.
Los gránulos pueden presentar estados de saturación de líquido; el estado pendular es cuando las moléculas se mantienen unidas por puentes líquidos en los puntos de contacto. El estado capilar se produce una vez que el gránulo está completamente saturado. Se llenan todos los huecos con líquido, mientras que el líquido de la superficie se arrastra hacia los poros. La alteración del estado funicular une el pendular y el capilar donde los huecos no están completamente saturados con líquido. El líquido ayuda a unirse a las partículas que se desgastan en un tambor giratorio. En tales casos, se requiere una solución líquida que incluya un aglutinante (pegamento farmacéutico). La povidona , que es una polivinilpirrolidona (PVP), es uno de los aglutinantes farmacéuticos más utilizados. La PVP se disuelve en agua o disolvente y se añade al proceso. Cuando se mezclan PVP y un disolvente/agua con polvos, la PVP forma un enlace con los polvos durante el proceso y el disolvente/agua se evapora (se seca). Una vez que el disolvente/agua se ha secado y los polvos han formado una masa más densa, se procede a la granulación . Este proceso da como resultado la formación de gránulos.
El proceso puede ser muy sencillo o muy complejo dependiendo de las características de los polvos, del objetivo final de la fabricación de los comprimidos y del equipo disponible. En el método tradicional de granulación húmeda, la masa húmeda se hace pasar a través de un tamiz para producir gránulos húmedos que posteriormente se secan.
La granulación húmeda es tradicionalmente un proceso por lotes en la producción farmacéutica, sin embargo, se prevé que en el futuro las granulaciones húmedas de tipo por lotes sean reemplazadas cada vez más por la granulación húmeda continua en la industria farmacéutica. La Administración de Alimentos y Medicamentos ha recomendado el cambio de tecnologías por lotes a tecnologías continuas . [2] Esta tecnología de granulación húmeda continua se puede llevar a cabo en una extrusora de doble tornillo en la que se pueden introducir materiales sólidos y agua en varias partes. En la extrusora, los materiales se mezclan y granulan debido al engrane de los tornillos, especialmente en los elementos de amasado. [3]
El proceso de granulación en seco se utiliza para formar gránulos sin una solución líquida porque el producto granulado puede ser sensible a la humedad y al calor. Para formar gránulos sin humedad es necesario compactar y densificar los polvos. En este proceso, las partículas primarias de polvo se agregan a alta presión. Para la granulación en seco se puede utilizar un granulador oscilante o un compactador de rodillos.
La granulación en seco se puede realizar mediante dos procesos: se produce una tableta grande (slug) en una prensa de tabletas de alta resistencia o se aprieta el polvo entre dos rodillos que giran en sentido contrario para producir una lámina o cinta continua de material.
Cuando se utiliza una prensa de comprimidos para la granulación en seco, los polvos pueden no tener suficiente flujo natural para alimentar el producto de manera uniforme en la cavidad de la matriz , lo que da como resultado una densidad variable. El compactador de rodillos (granulador-compactador) utiliza un sistema de alimentación por barrena que entregará el polvo de manera uniforme entre dos rodillos de presión. Los polvos se compactan en una cinta o en pequeños gránulos entre estos rodillos y se muelen a través de un molino de bajo cizallamiento. Cuando el producto se compacta correctamente, se puede pasar a través de un molino y mezclarlo por última vez antes de comprimir los comprimidos. [4]
Los procesos típicos de compactación con rodillos consisten en los siguientes pasos: transportar el material en polvo al área de compactación, normalmente con un alimentador de tornillo, compactar el polvo entre dos rodillos que giran en sentido contrario con fuerzas aplicadas, moler el material compacto resultante hasta obtener la distribución de tamaño de partícula deseada. Las partículas compactadas con rodillos son típicamente densas, con perfiles de bordes afilados. [5]
En el reciclaje de plástico , la granulación es el proceso de trituración de objetos plásticos que se van a reciclar en copos o pellets, adecuados para su posterior reutilización en la extrusión de plásticos . En la primera etapa, los objetos plásticos que se van a reciclar se introducen en una cámara de corte accionada por un motor eléctrico, que corta continuamente el material utilizando uno de varios tipos de sistemas de corte. Algunos sistemas utilizan un movimiento de corte similar al de una tijera, un rotor helicoidal de tipo chevron o V o cuchillas volantes. [6] [7] El material se muele en todos los copos más pequeños hasta que se vuelven lo suficientemente finos como para caer a través de una malla. En las líneas de granulación húmeda, se rocía agua continuamente en la cámara de corte para eliminar los residuos e impurezas, y actúa como lubricante de las cuchillas de acero; en las líneas de granulación seca, el agua no está presente, pero dicha tecnología generalmente produce un resultado de menor calidad que la tecnología húmeda. [8] Si bien el proceso es relativamente simple, debe parametrizarse cuidadosamente, ya que las altas temperaturas resultantes de la fricción pueden dañar el material y afectar su plasticidad. El mantenimiento regular y el afilado de las hojas de las tijeras son esenciales, así como una estrecha vigilancia del proceso debido a posibles obstrucciones y atascos. [9]
En muchos casos, la granulación puede ser el único paso necesario antes de que los plásticos puedan reutilizarse para la fabricación de nuevos productos. En otros casos, el material plástico nuevo o reciclado debe transformarse en pellets . El material se funde y se extruye en varillas delgadas, que luego se enfrían en un tanque de agua y se cortan finamente en pequeños pellets cilíndricos. [10]
La granulación es importante para los fertilizantes ya que el producto granulado es más económico de transportar y almacenar, además de ser más fácil de aplicar. [11]