Fragen

Dispersionen- mind. 2 ineinander liegenden Phasen

System dass aus 2 oder mehr Phasen besteht, von denen eine kontinuierlich und mindestens eine andere feindispergiert ist

v= Geschwindigkeit

η=Dynamische Viskosität (Konti. Phase)

g=Gravitationsgeschwindigkeit

Δρ=dichte differenz

• Kapillarmethode

• hängende Platte die nach unten gezogen wird

• Du-Nouy Ring der aus Flüssigkeit gezogen wird bis Flüssigkeitsfilm abreißt

• Tropfenvolumen Methode (Tropfenvolumentensiometer)

• max. Blasendruck Methode

• Tropfenprofilmethode

Während Herstellung

Während Lagerung

Wenn keine physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Veränderungen stattfinden

Phaseninversionstemperatur

Temperatur verändert pH Wert, kann W/O zu O/W verändern und umgekehrt

zum Emulgieren

Strömungskräfte

nicht zum Emulgieren

Tropfen auf Tropfen

Tropfen auf Wand

Erst Dehnung (in laminarer Strömung) und Deformation (Scherung) (in laminarer + turbulenter Strömung), dann Aufbruch

Fast alle Meschinen- und Prozessparameter in eine Größe zusammengefasst

Um die zeitlich und räumlich mittlere Spannung abzuschätzen

• Kugelfallviskosimeter (Fallgeschwindigkeit v einer Kugel in einer newtonschen Flüssigkeit)

• Kapillarviskosimeter (nur für newtonsche Fluide, Messgrößen: Druckdifferenz, Volumenstrom)

• Rotationsviskosimeter (Zylinder rotiert in einem Zylinder, Scherung des Fluids im Spalt)

  • deformationsgesteuert, schubspannungsgesteuert

  • Messgrößen: Winkelgeschwindigkeit und Drehmoment

  • Zylindergeometrie bei niederviskosen nicht-/newtonschen Fluiden

  • Kegel-Platte-Geometrie bei höher viskosen nicht-/newtonschen Fluiden

• Auswerten durch: Reflektion, Beugung, Brechung, Absorption

• Intensität bei großen Teilchen höher

• bei kleinen Teilchen streut breiter(Master sizer)

Zwischen 2 Phasen

Kraft die tangential an Oberfläche eines Körpers wirkt

• Scherrate

• Zeit- Temperatur

• Dichte- Feststoffgehalt

• Molekulargewicht

• Partikelgröße/-verteilung

Durchmesser einer Kugel mit gleichem Volumen wie die Tropfen/Partikel in Emulsion

(würde man das gesamte Volumen der Partikel in gleichgroße Kugeln umformen, deren gesamte Oberfläche gleich der gesamten Oberfläche der Partikel ist, dann hätten diese Kügelchen den Sauterdurchmesser als Durchmesser)

• Wie viel Kraft es braucht einen Tropfen zu dehnen

• abhängig von Temperatur: je höher Temperatur, desto geringer die Grenzflächenspannung

• Morphologie ändert sich z.B. von W/O zu O/W

• durch Temp., Salzgehalt, Emulgator, Zusammensetzung

- durch elektrostat. WW-Potential (Abstoßend), Van-der-Waals WW-Potential (Anziehend) & Bornsches Abstoßungspotential entsteht das resultierende WW-Potential

- wirkt je nach Kurve anziehend oder abstoßend

Weit von 0 entfernt (egal ob positiv oder negativ)

Agglomeration

• Teilchen lagern aneinander (durch Tropfen-WW)

• Durch schütteln wieder auftrennbar

Koaleszenz

• bilden große Tropfen

• Durch Verringerung der Grenzfläche

• Kann nicht einfach getrennt werden, echte Änderung Tropfengrößenverteilung

Potential an Gleitfläche zwischen Ionen und Gegenionen. Aus Kräftegleichgewicht lässt sich Zeta-Potential berechnen (Messung stat. Wanderungsgeschwindigkeit v eines Tropfens in einem elektrischen Feld)

Veränderung der Tropfengröße (große werden größer und kleine kleiner)

- Kapillardruck in großen Partikeln geringer als in kleinen

- Moleküle wandern von hohem Druck zum niedrigeren (bei zu hoher Druckdifferenz wandern Moleküle ab)

- je kleiner der Tropfen, desto höher der Druck im Inneren

Gegenmaßnahme: höherer Osmotischer Druck in kleinen Tröpfchen

- Verringern des mittleren Tropfendurchmessers durch Homogeniseren

- höhere Viskosität kontinuierliche Phase durch Stabilitsatoren

- Schwerkraft

- Temperatur

- Konzentration

- Kapillardruckdifferenz

- anziehende Kräfte

- Verringerung Grenzfläche

- Sedimemtation/ Aufrahmen

- Phaseninversion (wird z.B. von W/O zu O/W)

- Ostwald-Reifung (große Tropfen werden größer und kleine kleiner) führt zu Emulsionsbruch

- Koaleszenz (2 Tropfen verbinden zu sich einem) führt zu Emulsionsbruch

- Flockung/Aggregation (Tropfen lagern sich aneinander an)

- statische Grenzflächenspannung

- dynamische Grenzflächenspannung

- Viskosität der Grenzfläche

- Elastizität der Grenzfläche

- Unterschiedliche Temperaturschwankungen über Zeitraum

- Phase konstant (stabil)

- Phasenverschiebung (instabil)

Temperatur

- steigende T, steigt Brownsche M. Bewegung

- Abstände werden größer, resultierende Kraft zwischen Molekülen sinkt

Beim Frequenz-Sweep wird dann die Frequenz stetig erniedrigt und man kann Aussagen über den zeitlichen Verlauf machen.

Hohe Frequenzen korrelieren mit kurzen Zeiten und niedrige Frequenzen mit längeren.

Aus diesen beiden Messungen lassen sich dann Stabilitätsbeurteilungen machen.

Erst hochviskos, nach Zeit sinkt Viskosität (unter Newtonsch)

- Scherrate- Zeit

- Temperatur

- Dichte

- Feststoff-/ Dispersphasengehalt

- Makromolekülgehalt

- Molekulargewicht

- Partikelgröße/ -verteilung

Erst niedrigviskos, bei einer konstanten Scherung nach Zeit steigt Viskosität

Mit zunehmender Scherung, sinkt die Viskosität

z.B. Senf, Joghurt

scherverdickend Viskosität nimmt mit Scherung zu

z.B. Stärkesuspension

zeitunabhängig

- strukturviskos (pseudoplastisch)

- plastisch (z.B. Bingham)

- dilatant

zeitabhängig

- thixotrop

- rheopex

Viskosität bleibt immer konstant, egal wie stark geschert wird

Schergeschwindigkeit (Scherrate) proportional zu Scherspannung (Schubspannung)

z.B. Wasser

Partikelgröße in Suspensionen

Tropfen unterschiedlicher Größe = Tropfengrößenverteilung

Vereinzelung

-Bildanalyse

- Zählverfahren

Klassierung

Sedimentation

Tropfenkollektiv

-indirekter Messverfahren:

• Laserbeugungs-Spektrometrie

• Photonen-Korrelations-Spektrometrie

• Ultraschall-Spektrometrie

- Messung integraler Größen:

• dielektrische Spektroskopie

Charakteristische Eigenschaft zur Einteilung der Tropfen, üblicherweise der Tropfendurchmesser

- Natur des Öles nicht berücksichtigt

- Temperaturabhängigkeit Emulgatoren nicht beachtet

3-6 w/o-Emulgator Lipophiler Teil stärker

8-18 o/w-Emulgator Hydrophiler Teil stärker

Emulgatoren der Phase zugeben, in der er sich am Besten löst (Emulgator für kontinuierliche Phase auswählen)

Häufig als Konsistenzgeber bezeichnet z.B. chem./natürliche Polymere (PEG/ Pektine)

- Hydrophober Schwanz und hydrophiler Kopf

- setzen Grenzflächenspannung herab

- Drehzahl

- Rotordesign

- Spaltbreite

...

- Rotor-Stator-Maschinen

- kontinuierliches Ultraschallemulgieren

- Hochdruck Homogenisator

- Membranemulgieren

Je größer die Teilchen, desto geringer die Viskosität

Je kleiner die Teilchen, desto größer die spezifische Energie die eingetragen werden muss (z. B. druch Einstellung Drehzahl, Rotordesign, Spaltbreite...)

Kontinuierliche Phase: flüssig z. B. hydrophil

Disperse Phase: flüssig z. B. lipophil

Heterogenes Gemisch

Salben: Einphasige Grundlage

Cremes: Mehrphasige Grundlage

Kleine Pratikel verlangsamen Sedimentation (homogenisierte Milch rahmt langsamer auf als Rohmilch

- Prüfung auf Sterilität entsprechen

- blutisotonisch

- keine Phasentrennung

- geeignete Teilchengröße

Geringe Fließfähigkeit

"Kenngröße einer Partikelgrößenverteilung" Wenn das gesamte Volumen der Partikel in gleichgroße Kugeln umgeformt wird, deren gesamte Oberfläche gleich der gesamten Oberfläche der Partikel ist, haben diese Kügelchen den Sauterdurchmesser als Durchmesser

Je größer desto anfälliger für mikrobiologische Aktivität

Schnell stabilisierende Emulgatoren verwenden

P preference: Qualität

A acceptance: Sicherheit, Ethik...

N need: Ernährung, Gesundheit...

Das eine ist ein Verfahren bzw. Vorgang zum Herstellen einer Emulsion und das andere zum Herstellen einer Dispersion

Market Pull Neues Produkt an Konsumenten angepasst (z. B. Geruch, für trockene Haut)

Technology Push Neuentwicklung Produkt

Thermodynamisch instabil

Kinetische stabil

Erscheinen weiß, da Pratikel im ym Bereich liegen und Licht vollständig zurückgeworfen wird

Thermodynamisch stabil sind klar, da die Teilchen sehr klein sind (nm Bereich)

Kontinuierliche Phase: fest

Disperse Phase: gasförmig

Ist eine W/O Emulsion -> Fett erkennbar

Flüssig

Halb-fest

Fest

Gasförmig

Kontinuierliche Phase: fest

Disperse Phase: flüssig

Ein disperses System mit min. zwei ineinander vorliegenden Flüssigkeiten

disperse Phase in Form von Tropfen

■Emulsion: Emulsionen sind ein „heterogenes System von zwei oder mehr flüssigen Phasen, das aus einer kontinuierlichen flüssigen Phase und mindestens einer weiteren flüssigen Phase besteht, die in der ersten Phase in Form von kleinen Tröpfchen dispergiert ist“

■Emulgieren: Emulgieren ist das Verfahren bzw. der Vorgang zum Herstellen einer Emulsion.

■Dispersion: System, das aus zwei oder mehr Phasen besteht, von denen eine kontinuierlich und mindestens ein andere feindispergiert ist.

■Dispergieren Dispergieren ist das Verfahren bzw. der Vorgang zum Herstellen einer Dispersion.

Eigenschaft:

• Stabilität: Cross-Over, Viskosität

• Bioverfügbarkeit: in-vivo-Tests

Prozess:

• Rührer: Schergeschwindigkeit

• Wärme: Temperatur

Struktur:

• Tröpfchen: Sauter-Mittelwert-Durchmesser, Q90,3

• Agglomerat: Zeta-Potential

gezieltes Einstellen gewünschter Produkteigenschaften durch

• Rezepturzusammenstellung:

  • Hauptkomponenten, Hilfsstoffe

  • Moleküle und Synergien

  • "Formulation Engineering"

• Prozessführung:

  • phys. Eigenschaften

  • mikro-/makro-struktureller Aufbau

  • "Process Engineering"

• Partikelgrößenverteilung

• Dispersphasenanteil

• Polymerstruktur

• Partikelform

• Flüßig-kristalline Strukturen

• Lösungsmitteleigenschaften

• Licht/Elektronen Mikroskop

• Laserbeugung

• Laserstreuung

• NMR/DSC/GC/MS

• Titration

  
  

Sterilfiltration der Ausgangsstoffe

Aseptische Herstellung der Rohemulsion

Aseptische Hochdruckhomogenisation

Partikelfiltration

Sterilisation im Endbehältnis

• Eigenschaften einer Emulsion werden beeinflusst durch deren Zusammensetzung und Mikrostruktur (v. a. Tropfengrößenverteilung).

• Eigenschaftsfunktionen müssen für jedes Produkt und jede Anwendung bestimmt werden.

• Prozessfunktionen sind die Basis, um – über die Mikrostruktur – gezielt Produkteigenschaften einstellen und variieren zu können.

Stabilisatoren, Feuchthaltemittel, Antioxidantien, Duftstoffe, Konservierungsmittel, pH-Einstellung, Emulgatoren

■Mikrobiologische

−Parabene

−Alkohole

−ätherische Öle

−Benzoesäure

■Antioxidantien

−Tocopherol

• Effektiv in geringer Konzentration

• chemisch stabil in einem weiten pH-Bereich

• gute Löslichkeit in wässrigen Phase

• kompatibel mit WS, Hilfsstoffen

• geruchsneutral, farblos

• kein allergisches Potential

• keine Interaktionen mit dem Primärpackmitel

Kontinuierliche Phase: flüssig

Disperse Phase: fest

Kontinuierliche Phase: gasförmig

Disperse Phase: flüssig

Kontinuierliche Phase: gasförmig

Disperse Phase: fest

Kontinuierliche Phase: flüssig

Disperse Phase: gasförmig

Kontinuierliche Phase: fest

Disperse Phase: fest

Der Phasenwinkel in der Rheologie ist ein Maß für das Verhältnis der viskosen und elastischen Eigenschaften eines Materials. Er wird berechnet als der Winkel zwischen der Spannungs- und Verformungskurve in einem dynamischen Rheometerversuch.

Ein Phasenwinkel von 0° bedeutet, dass das Material vollständig elastisch ist. Die Spannung und die Verformung sind in diesem Fall in Phase, d.h. sie erreichen ihr Maximum gleichzeitig.

Ein Phasenwinkel von 90° bedeutet, dass das Material vollständig viskos ist. Die Spannung und die Verformung sind in diesem Fall in Quadratur, d.h. sie erreichen ihr Maximum zu unterschiedlichen Zeiten.

In der Praxis liegen die meisten Materialien zwischen diesen beiden Extremen. Ein Phasenwinkel von 45° bedeutet beispielsweise, dass die viskosen und elastischen Eigenschaften gleich stark ausgeprägt sind.

Der Phasenwinkel kann zur Charakterisierung einer Vielzahl von Materialien verwendet werden, darunter Kunststoffe, Polymere, Klebstoffe, Lacke, Farben und Lebensmittel. Er kann beispielsweise verwendet werden, um die Rheologie von Materialien zu vergleichen, um die Verarbeitungseigenschaften von Materialien zu bestimmen oder um die Alterung von Materialien zu untersuchen.

Hier sind einige Beispiele für die Interpretation des Phasenwinkels:

Niedriger Phasenwinkel: Das Material ist viskos und dehnbar. Es kann gut geformt werden, ist aber auch empfindlich gegen Beschädigungen.

Mittlerer Phasenwinkel: Das Material hat ein ausgewogenes Verhältnis von Viskosität und Elastizität. Es ist gut formbar und stabil.

Hoher Phasenwinkel: Das Material ist elastisch und fest. Es ist beständig gegen Beschädigungen, kann aber schwer geformt werden.

Der Phasenwinkel ist ein wichtiges Werkzeug für die Rheologie, da er ein umfassendes Bild der Materialeigenschaften liefert.

In der Rheologie beschreibt der viskoelastische Teil das Verhalten von Materialien, die sowohl viskose als auch elastische Eigenschaften aufweisen. Das bedeutet, dass sie sich unter einer mechanischen Belastung sowohl verformen als auch wieder in ihre ursprüngliche Form zurückziehen können.

Die Viskosität eines Materials beschreibt seine Fähigkeit, einem Fließen zu widerstehen. Die Elastizität eines Materials beschreibt seine Fähigkeit, sich nach einer Verformung wieder in seine ursprüngliche Form zurückzuziehen.

Die maximale Messzeit in der Rheologie ist die Zeit, bis die Messergebnisse nicht mehr verlässlich sind. Sie wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt, darunter:

* **Die Viskosität des Materials:** Viskose Materialien benötigen länger, um sich zu verformen und wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzuziehen.

* **Die Elastizität des Materials:** Elastische Materialien können sich unter einer mechanischen Belastung stärker verformen als viskose Materialien.

* **Die Frequenz der oszillierenden Kraft:** Eine höhere Frequenz führt zu kürzeren Messzeiten.

* **Die Dehnung des Materials:** Eine höhere Dehnung führt zu kürzeren Messzeiten.

Die maximale Messzeit kann durch Beobachtung der Messergebnisse bestimmt werden. Wenn die Spannungs- und Verformungskurve nicht mehr stabil ist, ist die maximale Messzeit erreicht.

Hier sind einige Beispiele für die Erkennung der maximalen Messzeit:

* **Die Spannungs- und Verformungskurve wird unregelmäßig.**

* **Der Phasenwinkel beginnt zu schwanken.**

* **Die Verlustmodulkurve beginnt abzufallen.**

In der Praxis ist es oft sinnvoll, die maximale Messzeit etwas zu unterschätzen, um sicherzustellen, dass die Messergebnisse verlässlich sind.

Hier sind einige Tipps zur Bestimmung der maximalen Messzeit:

* **Beginnen Sie mit einer kurzen Messzeit und erhöhen Sie diese dann schrittweise.**

* **Beobachten Sie die Messergebnisse sorgfältig auf Anzeichen von Instabilität.**

* **Nutzen Sie Erfahrungswerte für ähnliche Materialien.**

One Factor at Time- (OFAT) Ansatz Veränderung eines Faktors innerhalb eines Bereichs während andere Faktoren konstant gehalten werden.

Design of Experiments (DoE) Mit der statistischen Versuchsplanung wird mit möglichst wenigen Versuchen (Einzelexperimenten) der Wirkzusammenhang zwischen Einflussfaktoren (= unabhängige Variablen) und Zielgrößen (= abhängige Variable) möglichst genau ermittelt.

->Reduzierung von Experimenten