Una compressa che sopporta una forza elevata prima di rompersi è necessariamente più resistente? Non sempre. La forza di rottura misurata in newton e la resistenza a trazione espressa come tensione descrivono aspetti collegati, ma differenti. Nello sviluppo di compresse per integratori, confonderli rende meno confrontabili prove eseguite su diametri o spessori diversi.
Il test diametrale consiste nell’applicare una forza lungo il diametro di una compressa fino alla frattura, osservando sia il carico massimo sia il modo in cui il campione si rompe. L’analisi ha origine nella letteratura di tecnologia farmaceutica e può essere utile anche nello sviluppo tecnologico di altre compresse, senza implicare l’applicazione automatica di specifiche farmacopeiche agli integratori alimentari.
Forza di rottura, durezza e resistenza a trazione: tre parole da distinguere
Nel linguaggio di produzione, il valore letto sul durometro viene spesso chiamato «durezza». Più precisamente, per molte prove è una forza di rottura (N): indica il massimo carico prima del cedimento nella configurazione sperimentale utilizzata. Non va confusa con la durezza superficiale misurata con altri principi fisici.
La resistenza a trazione diametrale considera invece geometria e carico. Per una compressa cilindrica, piatta, con condizioni di prova e frattura appropriate, la relazione classica è σ = 2F/(πDt), dove F è la forza di rottura, D il diametro e t lo spessore. Se si misurano F in newton e D e t in millimetri, σ risulta in N/mm², numericamente pari a MPa. Questa equazione non è un convertitore universale per ogni sagoma.
Il lavoro sperimentale di Fell e Newton (1970) sottolineava già un elemento decisivo: il risultato è riproducibile solo se la rottura avviene nel modo previsto dal test. Un campione che si scheggia presso i punti di carico non fornisce automaticamente la stessa informazione di un campione che si separa per trazione al centro.
Perché due compresse con 100 N non sono necessariamente equivalenti
Consideriamo un esempio puramente illustrativo, non una specifica di accettazione: due compresse piatte che cedono entrambe a 100 N. La prima ha diametro 10 mm e spessore 4 mm; la seconda diametro 8 mm e spessore 3 mm. Inserendo i dati nella relazione classica si ottengono, rispettivamente, circa 1,59 e 2,65 MPa. La forza misurata è uguale, ma la tensione nominale calcolata è diversa.
È un motivo pratico per registrare diametro, spessore, geometria, orientamento e modalità di frattura insieme alla forza. Il problema si accentua con forme ovali, convesso-biconvesse o non standard. Uno studio di Davies e colleghi (2007) ha confrontato differenti sagome e configurazioni di contatto, mostrando quanto l’assetto di prova possa influire sulla riproducibilità del cedimento.
Che cosa conviene annotare sul foglio di prova?
- Identità del lotto, formulazione e momento del campionamento, con tracciabilità delle compresse.
- Geometria nominale e dimensioni realmente misurate, non soltanto il nome dello stampo.
- Numero di unità testate, media, dispersione e valori anomali, senza nascondere rotture atipiche.
- Tipo di strumento, orientamento del campione, velocità o condizioni operative rilevanti.
- Descrizione del modo di frattura: spaccatura centrale, scheggiatura, laminazione o cedimento irregolare.
- Eventuali variazioni di umidità, tempo dopo compressione e conservazione prima del test.
Il valore isolato è meno utile di una serie omogenea. Per capire perché cambia la risposta delle compresse in pressatura, sono inoltre pertinenti il tempo di compressione (dwell time) e le curve di compattazione Heckel e Kawakita, che rispondono a domande diverse dalla prova di rottura.
Una compressa più resistente è sempre migliore?
No. Una forza di rottura molto elevata può facilitare alcune operazioni di confezionamento, ma non dimostra, da sola, che l’unità abbia il comportamento desiderato quando viene utilizzata. Il test diametrale va interpretato insieme alla friabilità e resistenza agli urti e, se pertinente al prodotto, alla prova di disgregazione. Sono misure complementari, non alternative.
La scelta del formato ha effetti importanti: diametro e forma di stampi e punzoni modificano la geometria misurata; l’attrito sulla matrice e la forza di espulsione possono segnalare problemi di processo distinti da una semplice «durezza bassa».
Come utilizzare il test durante una prova pilota
Una strategia prudente consiste nel definire in anticipo scopo e metodo: si vuole confrontare lotti con stessa forma, valutare l’effetto della velocità di comprimitura o confrontare sagome differenti? Nel primo caso la ripetibilità della forza può già dare indicazioni operative; nel secondo, la geometria e la validità del modello di tensione diventano centrali. I controlli in processo descrivono il contesto più ampio in cui raccogliere questi risultati.
È utile confrontare i dati alla stessa distanza temporale dalla compressione e con condizioni ambientali documentate. Non esiste un solo numero di N o MPa che possa essere trasferito indistintamente a ogni integratore: formulazione, geometria, impiego e specifiche deliberate per il prodotto cambiano il criterio di giudizio.
Domande frequenti
Un durometro per compresse misura la durezza del materiale?
Nella prova comunemente detta «di durezza» misura soprattutto la forza necessaria per rompere la compressa nella configurazione del dispositivo. Non coincide con un test di durezza superficiale e non descrive da solo tutte le proprietà meccaniche.
Posso confrontare due compresse solo in newton?
Il confronto è più sensato quando la geometria e il metodo sono uguali. Se diametro, spessore, forma o comportamento a rottura differiscono, i valori in newton vanno interpretati con molta cautela.
La formula della resistenza diametrale funziona per compresse ovali?
Non direttamente. La relazione classica presuppone specifiche geometrie e un modo di frattura idoneo. Per sagome diverse servono metodi o correlazioni validati per quella configurazione.
Il risultato alto rende superflua la prova di friabilità?
No: rottura per compressione diametrale e deterioramento da urti/abrasione sottopongono il campione a sollecitazioni differenti. La valutazione della qualità dipende dall’insieme delle prove pertinenti.
Fonti scientifiche consultate
- Fell JT, Newton JM. Determination of tablet strength by the diametral-compression test. Journal of Pharmaceutical Sciences, 1970.
- Davies PN et al. The determination of the mechanical strength of tablets of different shapes. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2007.
- Fell JT e collaboratori. Tensile strength and bonding in compacts: diametral compression and three-point bending. Studio comparativo di meccanica delle compresse.
Approfondimento tecnico-divulgativo. Le metodiche e i dati di studi su compresse farmaceutiche non costituiscono automaticamente requisiti cogenti o promesse di prestazione per singoli integratori alimentari.
