聊聊粉末制粒和包衣（一）

无论是医药，食品，新能源材料，陶瓷和化工，都是从原料至成品的过程，可以视为“API->制剂”的路径。然而，因为不同领域的特殊性，原料至成品采用的工艺并没有做到融会贯通。当接触行业和应用比较多后，琢磨琢磨，发现相似之处颇多。如果借鉴其他行业的工艺手段，没准会起到非常好的效果。

包埋，是个很有意思的话题。

在制药行业，片剂包衣是最常见的包埋了。缓控释制剂常用的微丸包衣，即空白丸芯先后包载药层、隔离层和肠溶层，也是很典型的应用。近两年，开辟儿童药物和适用于吞咽困难群体的细粒剂型的赛道也比较火热。当制剂卷的不要不要的时候，也有些公司从源头卷起，通过固体分散体或者包埋对API改性了，提高原料的流动性和溶出，便于后续制剂生产和提高生物利用度等。在上述应用过程中，被包埋物从大到小转变，需要使用不同的工艺设备来实现。片剂用包衣机，微丸/颗粒用流化床，而到了粉末这个级别是特别有挑战性的。

微米级粉末范围是1-100um, 可谓是越小约难包埋，非常难以实现完美包埋；对于固体分散体，我们可以认为是对分子形态API的包埋。统一一下，我们称被包裹的材料为芯材，包裹材料为壁材。对于壁材，也有行业会称之为保护剂，比如冻干保护剂，喷干保护剂——益生菌行业习惯这么说。毋庸置疑，一层一层的包上去获得的产品，是完美的包埋。如果芯材和壁材混合之后，通过某种手段，一步到位的使壁材都包裹在芯材外面，这对于生产效率是最好的。

各行各业都做了很多尝试，可以分为湿法包埋和干法包埋。湿法，顾名思义引入水或溶剂，将芯材和壁材做成溶液/混悬液/或者乳液，然后将水和溶剂去除，进而获得期望的包埋效果。

先说冻干法，壁材和芯材形成均一体系是获得理想“包埋”的前提。之所以打引号，是因为冻干后的物料需要粉碎，而有些芯材成分难以避免的会出现粉碎后的颗粒界面，裸露在外。对于喷雾干燥，喷出来的颗粒表面也有可能会存在芯材（在油脂包埋的时候，会测试表面油，以此来评估包埋效果）。

冻干和喷干，我们可以认为获得的是固体分散体系，即芯材和壁材固体间你中有我，我中有你。壁材表示我已经尽可能去保护你了，但是界面上出墙的红杏，我实在是照顾不到了。为了实现完美的包埋，可以通过以下思路进行优化，即二次包埋。

二次包埋之前，我们需要区分下制粒和包埋。制粒的过程，是将细小的粉末通过粘结剂变成大的粒子。粘结剂往往以雾化液滴的形式喷射在粉末表面的，液滴的粒径因为雾化机制不同，可能在20-50um或者更大。当粉末粒径远小于液滴大小时，粉末就会粘在液滴表面，液滴起到桥接作用，液滴干燥后，粉末聚集成更大的颗粒。当液滴远小于颗粒粒径时，就反过来了，这样子就是包衣（包埋）了。如果粉末和液滴粒径相近，这也是个制粒的过程。当底物粒径变大了，后续包衣就手到擒来了。

粘结剂和包埋材料可以是一种或者多种材料，以便起到不同的功效。

通过制粒过程，单个颗粒中芯材和壁材呈现固体分散形式；再追加一步，将更多的壁材包在前端步骤获得的粒子表面，挨着墙体再筑墙(把墙体加宽)，保险起见，还可以多筑几道墙，红杏就出不来了。

在学习颗粒包衣相关内容时，大部分产品都是经过制取颗粒和包衣两个步骤，也可以采用流化床一锅法来实现制粒和包衣，如上述益生菌产品就是采用一锅法生产的。

参考专利：US 11,039,637

对于其他行业，典型的新能源材料，正在热火的固态电池研究领域。融会贯通一下：

1.固态电解质改性的包覆

为了增加流动性、稳定性等，由于颗粒小，也可以使用包覆材料完成粘结制粒和包覆；

2.正负极材料的包覆

将电解质，包覆材料和正负极材料体系混合，使用包覆材料完成粘结制粒和包覆。

当前新能源材料行业生产上用的湿法包覆（或制粒）一般是采用喷雾干燥设备和湿法高剪切制粒机，这取决于壁材的多少。当壁材量相对较大，通过引入溶剂配置成混悬液，采取喷雾干燥相对适宜。考虑到溶剂类型和产品易氧化，氮气环境是需要的。出于对EHS的考量，设备都会设计成闭式循环的。如果壁材较少，和制药行业的湿法制粒一样，可以将壁材稀释在水或有机溶剂中，在高剪切制粒机中完成混合、喷雾加液，实现制粒和包覆。不推荐流化床的原因是，新能源材料都是金属或者无机材料，密度普遍偏大，初始物料粉体细，不利于流化。

介绍完湿法，再聊下干法。干法的包覆好处很多，不使用水或溶剂，生产效率高。但不适用于包覆材料占比少的情况。

制药行业的干法一般是通过加热融化蜡类、硬脂酸、高分子材料等材料进行制粒或者包覆，根据包覆材料和API的特性，选择高剪切分散包覆及或喷雾冷凝、热熔挤出等手段实现，依然需要关注是不是有红杏出墙（热熔挤出后续的粉碎工艺难以避免）。另外，通过机械能包覆的文献也不少。

对于新能源行业，干法包覆可以通过高剪切完成混合和包覆，或者采用喷雾冷凝的形式。有时候不希望引入起到粘结的介质，希望粉体壁材直接包埋到另外一种材料颗粒表面，而且需要达到Order mixing and coating的效果，那就需要一些特别的设备，通过机械能破坏壁材粉末的团聚，使之包覆在大颗粒表面。

最近在研究粉末制粒/包衣，欢迎朋友们来扰，一起头脑风暴，共同进步。