[기고]타정기 이야기

(주)피티케이 이시훈 차장

기사입력 2018-02-19 12:24     최종수정 2018-02-19 13:22 프린트하기 메일보내기 스크랩하기 목록보기   폰트크게 폰트작게

피티케이 이시훈 차장▲ 피티케이 이시훈 차장
제약산업에 있어 타블렛은 가장 널리 사용되는 제형이 아닌가 한다. 한 통계에 따르면 처방약의 2/3가 고형제이고 그 중 절반이 타블렛이라고 하니 가장 많이 소비되는 것임에는 틀림이 없다.

타블렛은 납작한 원형(Disk-shaped)으로 많이 나와 있지만 다양한 모양으로 생산이 가능함은 물론이고 코팅에 의해 다양한 컬러로 소비자에게 공급이 된다. 제조사 입장에서 타블렛은 대량생산이 가능한 장점이 있어 생산의 측면에서도 중요한 제형이 아닐 수 없다.

금번 기고에서는 타정기의 이론적 내용을 다루고자 한다. 항상 사용은 하고 있어 익숙하지만 그 원리적인 부분까지 이해할 수 있도록 하여 생산 중 발생하는 여러 가지 트러블을 해결함에 있어 좀 더 이론적인 접근을 할 수 있도록 돕고자 한다.

역사

최초의 타블렛 제작도구는 1843년 특허된 것으로 사람의 힘으로 직접 압력을 가해서 만드는 형태였는데 현재의 툴링의 형태와 크게 다르지 않다.

기본적으로 내용 고형제 중 정제, 즉 타블렛은 가장 많이 사용되는 로터리 방식의 타정기를 이용하여 생산된다.

툴링이라고 불리는 상부펀치와 하부펀치 그리고 다이(Die) 세 개의 파트가 가장 기본이 된다.

국내에서 가장 많이 사용되는 D-type, B-type으로 보통 불리는 툴링은 정제 사이즈에 의한 국제적 규격의 분류이다. D-type은 원형기준 직경 25밀리까지 생산이 가능하고 B-type은 16밀리까지 가능하다.

1800년대 후반 가장 상업적으로 성공했던 미국의 Stoke라는 회사의 타정기가 B1과 D3라는 이름의 모델이었고 처음에는 타정기 회사에서 툴링까지 공급했으나 이후 툴링 전문 공급업체가 다원화되다 보니 툴링은 규격화 되면서 B와 D라는 명칭이 생기게 되었다.

프로세스

툴링은 세트로 조립이 되며 터렛이라고 부르는 원형의 판 위에 툴링이 고정되어 회전하며 작동된다.

다이에는 정제의 모양을 가진 다이 캐비티(Die Cavity)가 있고 전 단계의 공정에서 준비한 파우더를 다이 캐비티 내부로 채우게 된다.

하부펀치는 항상 다이 내부에서만 동작을 하게 되며 상부 펀치는 충진 단계와 배출 단계에서는 기능상 다이 캐비티 바깥으로 나오게 된다.

타정기의 프로세스를 크게 세 단계로 나눌 수 있는데 모든 단계는 툴링의 상하부 펀치의 상하 위치에 의해 진행이 된다.

레일(Rail) 혹은 캠(Cam)이라는 부품을 통해 터렛의 회전운동이 상하 운동으로 변환된다.

1. 충진(Fill) : 파우더를 다이 캐비티로 채워주는 프로세스이다. 타정기 꼭대기에 설치된 호퍼(Hopper)에 투입한 파우더는 아래로 이동하여 피더(Feeder)를 통해 다이 캐비티 내부로 채워지게 된다. 이때 충진캠(Fill cam)에 의해 정해진 높이만큼만 충진(Over fill)이 된다. 충진이 끝나면 웨이트 캠(Weight cam)에 의해 충진 높이를 원하는 만큼 맞추고 남는 잔량의 파우더는 스크레퍼(Scraper)로 긁어서 다이 표면 위를 깨끗하게 한 후 상부펀치가 삽입되게 된다.

2. 가압(Compress) : 예압(Pre compression)과 본압(Main Compression) 두 단계가 있으며 압력구간에서 다이 캐비티 안의 파우더는 부피가 줄어들며 변형과정을 거쳐 일정한 경도를 갖는 타블렛 형태를 갖추게 된다.

3. 배출(Discharge) : 하부 펀치가 다이 표면까지 상승하고 가이드에 의해 타정기 밖으로 배출하는 단계이다. 다이 캐비티 속에 타블렛이 배출되면서 큰 저항이 생기기도 하므로 라미네이션(Lamination) 등의 트러블이 생기는 원인이 되는 단계이기도 하다.

Tableting  Process Flow(PTK HMI 자료 화면)▲ Tableting Process Flow(PTK HMI 자료 화면)

메커니즘

파우더 형태가 단단한 타블렛 형태로 바뀌는 가장 기본적인 메커니즘은 탄성과 소성 변형 이론으로 설명이 된다. 다이 내부에서 압력을 받는 파우더에 있어 탄성변형은 주어진 압력을 제거하면 다시 원래의 부피로 되돌아가는 구간을 말하며 소성변형은 압력을 제거하더라도 다시 부피적 원상복귀가 불가능한 구간을 말한다.

압력롤의 정점을 지나는 동안 파우더는 점차 부피가 줄어들게 되고 파우더의 입자 사이에 존재하던 공기가 빠져나가면서 입자끼리의 접촉면적이 분자단위로 좁혀진다.

이후 입자들의 파편화가 이루어지고 이 과정에서 발생되는 열에 의해 융합작용(Fusion)이 이루어지며 파우더는 소성변형을 통해 최종적으로 일정한 경도를 갖는 타블렛 형태로 변화된다.

로타리 타정기는 분당 60회전이 넘는 고속으로 터렛이 회전을 하며 타블렛이 만들어지기 때문에 툴링이 압력롤을 지나는 시간이 천분의 십 수초 정도로 아주 짧다.

이 시간을 드웰타임(Dwell time)이라고 부르며 소성구간으로 진입하기 위한 시간을 의미한다.

압축이 잘 되지 않는 파우더의 경우 드웰 타임이 짧으면 소성변형의 단계로 들어가지 못하고 탄성 복귀현상에 의해 정제형성이 안 되는 경우에 드웰 타임을 늘려주는 방법으로 문제를 해결하는 경우도 있다.

타정설비의 분류

타정설비는 분류하는 방법에 따라 여러가지로 구분할 수 있지만 FDA SUPAC 가이드라인에 의하면 타정기를 여섯 가지로 분류하고 있는데 이는 파우더를 다이 내부(Die Cavity)로 채우는 방법의 차이를 분류의 기준으로 한다.

●Gravity
●Power Assisted
●Centrifugal
●Compression Coating
●Multi-tablet press for micoro/mini tablet
●Multi-layer tablet press (bi-layer, tri-layer)

Gravity : 흔히 오픈 피더라고 부르기도 하는, 중력에 의해서만 다이에 파우더를 채우는 방식이다. 아무런 기계적 장치 없이 호퍼에서 피더를 지나 다이 내부까지 파우더 자체의 흐름성(Flowability)에 의존하기 때문에 흐름성이 좋은 과립물에 많이 사용된다.

Power Assisted : 직타 피더 혹은 메카니컬 피더를 통해 파우더를 채우는 방식이다. 가장 보편적으로 사용되는 방식으로 모터의 힘으로 임펠러를 회전시켜 다이 내부로 파우더를 강제적으로 채우기 때문에 직타 파우더에 적합하며 고속 타정을 가능하게 하므로 생산량을 극대화 시킬 수 있다.

Centrifugal : 원심력을 이용하는 방식의 피더로 특별한 피딩 장치가 필요한 방식이다.

Compression coating : 핵정 혹은 Tablet in tablet, Dry Coating 등 다양하게 불린다. 별도의 타정을 통해 핵정을 생산하고 이를 다시 피더를 통해 다이 내부로 넣고 다른 피더를 사용하여 파우더를 채워 타정하는 방법이다.

Multi-tablet press : 다수의 타블렛을 생산할 수 있도록 여러 개의 팁을 가진 툴링(Tooling)을 사용하여 생산량을 높이는 방법이다. 툴링의 비용이 상승하지만 동일 생산시간 내에 멀티팁의 갯수만큼 생산이 배수로 증가하므로 관리비용과 타정기 운영비용이 줄게 된다.

Multi-layer tablet press : 이층정, 삼층정으로 불리는 복합제 타블렛을 생산한다. 두 개 혹은 세 개의 피딩 장치가 필요하게 된다.

제제연구

의약품은 생명을 다루는 중요한 소비재이기 때문에 관련된 법규가 엄격하고 정립된 관리와 지침에 따라 생산이 되고 유통이 된다.

의약품이 처음 허가가 되어 제조되던 중에 제조 배치 사이즈의 증가, 프로세스의 변경, 제조시설의 변경 등 여러 가지 변경사항이 발생하게 되면 관련 기관의 승인절차가 필요하다.

하지만 의약품이 허가 이후 변경되는 부분에 대한 승인 절차가 어렵고 시간도 오래 걸렸던 과거와는 달리 FDA의 SUPAC 가이드라인이 폭넓게 적용되면서 예전보다 승인절차의 사이클이 단축됨에 따라 이에 따른 제제연구도 활발하게 되었다.

이에 연구용 소형 프로세스 설비가 많이 소개되고 제제연구소마다 보급이 많이 되어 연구용 설비에 대한 중요성이 커졌다.

타정기도 예전 단발 타정기(Eccentric tablet press)에서 현재는 소형화된 로터리 방식의 연구용 타정기가 많이 소개되고 있다.

생산용 스케일과 프로세스가 동일하고 로드셀(Load Cell) 등을 활용한 다양한 측정장치도 갖추고 있어 스케일 업이 단순화되고 직관적이게 되어 연구의 레포트 내의 파라미터들이 그대로 생산에 적용될 수 있도록 발전되고 있다.

최근에는 연구소용 타정기 한 대로 일층정, 이층정, 삼층정은 물론 핵정(Compression Coating)까지 여러 가지 제형을 쉽게 시뮬레이션할 수 있는 설비가 나오고 있다.

압력의 크기, 터렛의 속도가 생산용 타정기와 동일한 조건으로 테스트해 볼 수 있기 때문에 소형 연구용 타정기에서 얻은 결과들에 비해 스케일 업이 더욱 간단하다.

필요한 밸리데이션까지 하게 되면 임상용 파일럿 생산도 가능한 수준의 설비이기 때문에 한대만으로 생산 전 단계까지 커버할 수 있는 장점도 크다.

맺음말

여기까지 타정과 연관된 이야기를 기술해 보았다. 타정기는 이제 보다 시스템화 되어 CFR 21:Part 11에 의해 모든 생산데이터를 수집하고 기록하며 IPC(In process control)가 가능하도록 컴퓨터에 의해 제어되고 있으며 통신기능도 갖추어 무인 설비로서의 가치를 높이며 발전해가고 있다.

타정기에 요구하는 패러다임도 크게 바뀌어 예전에 요구사항 이었던 튼튼함과 내구성이 아닌 GMP 요구사항을 준수하는, FDA와 같은 관리감독처의 가이드라인에 부합하는 타정기가 필요하게 되었다.

프로세스도 이제는 빠른 속도로 생산하는 것만을 넘어 여러 가지 파라미터를 통해 실시간으로 품질을 관리하는 것으로 바뀌는 만큼 이에 대한 많은 연구와 기술적 개발이 요구되고 있다.

참조문서
Supac:Manufacturing Equipment Addendum/ FDA 2014
Pharmaceutical Dosage Forms : Tablets 3rd Edition
The Theory and Practice of Pharmaceutical Technology/ Attila Devay, 2013
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내고제신입 추천 반대 신고

타정에 관하여 배우기 시작했는데 아주 유용한 정보네요!! (2021.07.24 11:17) 수정 삭제

댓글의 댓글쓰기

서울아비 추천 반대 신고

진짜 전문가시네요. 감사합니다! (2020.03.11 11:14) 수정 삭제

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제제신입이 추천 반대 신고

너무많은 공부가 되었습니다!!
다른 설비에 대한 기사도 기다리겠습니다.
감사합니다. ㅎㅎㅎ
(2019.05.10 14:56) 수정 삭제

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두떨지 추천 반대 신고

많은 공부가 되었습니다. (2018.02.22 11:02) 수정 삭제

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