DE10247086A1 - Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren zur Verfügung. In diesem Verfahren werden zunächst mindestens zwei Rohemulsionen hergestellt, enthaltend die gleichen Phasen, wobei entweder die dispersen Phasen von mindestens einer Rohemulsion mit unterschiedlichen Markersubstanzen markiert sind oder nur die disperse Phase von einer der Rohemulsionen mit einer Markersubstanz markiert ist, und mindestens einen Emulgator. Anschließend werden die mindestens zwei Rohemulsionen zu gleichen Teilen gemischt und sofort über eine kontinuierliche Emulgierung feinemulgiert. Schließlich wird der Flächenanteil der koaleszierten Partikel der dispersen Phase bestimmt. Hierfür werden beispielsweise Proben der Emulsion mikroskopiert und der Flächenanteil an Partikeln, die Markersubstanzen der Rohemulsionen enthalten oder die eine verdünnte Menge der einen Markersubstanz enthalten, an der Gesamtfläche der Probe wird durch elektronische Auswertung des mikroskopischen Bilds ermittelt. Durch Einsatz eines kontinuierlichen Emulgierverfahrens und durch die elektronische Auswertung ist das Verfahren schnell und durch den Einsatz einer Vielzahl wasser- und fettlöslicher Markersubstanzen ist der Einsatzbereich des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sehr breit. Daneben ermöglicht das Verfahren das schnelle Austesten der Auswirkung von Wirkstoffen und Zusatzstoffen sowie unterschiedlicher Temperaturen und Zeiten auf die Stabilität von Emulsionen.
Description
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren.
- Emulsionen werden in vielen Einsatzbereichen angewendet, z.B. Kosmetik, Pharmazeutik, Lebensmittel, Pflanzenschutz, Textilverarbeitung, Metallbearbeitung u.a.
- Emulsionen bestehen aus mindestens zwei ineinander unlöslichen Flüssigkeiten, meist Öl und Wasser. Bei der Emulgierung wird mit Hilfe verschiedenster technischer Apparate eine der beiden Phasen durch Eintrag von Energie in kleine Partikel zerteilt und homogen in der anderen Phase verteilt. Die durch Verteilung entstandene innere (disperse) Phase ist aufgrund der Vergrößerung der Phasengrenzflächen thermodynamisch instabil, so dass die Partikel dazu neigen, sich wieder zu vereinigen. Dieser Vorgang wird als Koaleszenz bezeichnet. Zur Herstellung einer stabilen Emulsion ist es daher erforderlich, die Grenzflächen der inneren (dispersen) Phase zu stabilisieren, so dass die gebildeten Partikel sich nicht wieder vereinigen können.
- Diese Aufgabe der Grenzflächenstabilisierung in Emulsionen wird z.B. von den Emulgatoren erfüllt. Emulgatoren sind oberflächenaktive Substanzen. Meist handelt es sich um anionische, kationische oder nicht-ionische Tenside; auch Proteine können als Emulgatoren wirken (z.B. Casein in der Milch). Durch seine amphiphilen, d.h. sowohl lipophilen als auch hydrophilen Eigenschaften reichert der Emulgator sich an Phasengrenzflächen an, wodurch die Grenzflächenspannung erniedrigt wird. Durch die Anlagerung des Emulgators wird die Bildung der Partikel in der dispersen Phase beim Emulgierprozess erleichtert und gleichzeitig wird die Wahrscheinlichkeit der Koaleszenz vermindert. Der Emulgator bewirkt an der Phasengrenzfläche den Aufbau einer sterischen und/oder elektrostatischen Barriere, wodurch ebenfalls verhindert wird, dass sich die disperse Phase wieder zu größeren Partikeln zusammenlagert. Ein wichtiges Merkmal leistungsfähiger Emulgatoren ist, dass die Grenzflächenstabilisierung der Partikel sehr schnell erfolgt, so dass eine Koaleszenz mit anderen Partikeln der dispersen Phase schon unmittelbar nach deren Entstehen im Emulgierverfahren verhindert wird.
- Der Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es für den Hersteller von Emulsionen oft schwierig und sehr arbeitsaufwendig ist, unter der Vielzahl unterschiedlicher auf dem Markt erhältlicher Emulgatoren den für das spezielle Aufgabengebiet geeigneten Emulgator zu finden. Die Schwierigkeit wird dadurch verstärkt, dass die meisten Emulsionen nicht nur aus den mindestens zwei ineinander unlöslichen Flüssigkeiten bestehen, sondern zur Erzielung besonderer Eigenschaften noch bestimmte Wirkstoffe und/oder Zusatzstoffe enthalten, die maßgeblichen Einfluss auf die Emulgierbarkeit und Stabilität der Emulsion haben. Dies bedeutet, dass Emulgatoren auch im Hinblick auf die jeweiligen Wirk- und Zusatzstoffe getestet werden müssen.
- In der Praxis ist daher ein hoher Entwicklungsaufwand erforderlich, um den für eine bestimmte Emulsion passenden Emulgator zu finden. In der Regel werden langdauernde Stabilitätstests, Temperaturwechseltests u.ä. durchgeführt, um den geeigneten Emulgator zu finden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine rationelle Evaluierung von Emulgatoren ermöglicht, wobei rationell vor allem eine praktikable Durchführung der Evaluierung bei geringem Zeitaufwand und gleichzeitig eine hohe Zahl an für eine bestimmte Emulsion evaluierten Emulgatoren bedeuten soll.
- Ein Ansatz zur Lösung der genannten Aufgabe und gleichzeitig der nächste Stand der Technik ist eine vor kurzem veröffentlichte Methode (Thomas Danner, Tropfenkoaleszenz in Emulsionen, Dissertation an der Universität Karlsruhe, GCA-Verlag, Herdecke 2001), die eine mikroskopische Auswertung, genannt Färbemethode, beschreibt.
- In dieser Methode wird die zu dispergierende Phase halbiert, jeweils unterschiedlich eingefärbt und es wird aus jeder eingefärbten dispersen Phase eine Rohemulsion hergestellt. Die beiden Rohemulsionen werden zu gleichen Teilen miteinander gemischt und die Mischung wird weiter emulgiert. Nach der Emulgierung wird die Emulsion mikroskopisch untersucht und der Anteil der Partikel mit Mischfarbe im Vergleich zu den Partikeln, die eine der Ursprungsfarben enthalten, wird bestimmt.
- Die Partikel, die die Mischfarbe enthalten, sind durch Koaleszenz entstanden, d.h. die Partikel der dispersen Phase haben sich. vereinigt, weil der Emulgator die Grenzfläche nicht ausreichend stabilisiert hat. Je höher nun der Anteil an Partikeln mit Mischfarbe ist, desto schlechter ist der Emulgator für das geprüfte System geeignet. Umgekehrt sind die Emulgatoren, die keine oder nur geringe Koaleszenz zulassen, sehr gut geeignet, da sie die Stabilität der Emulsion gewährleisten.
- Die Auswertung erfolgt über die Flächenbestimmung der unterschiedlich angefärbten Partikel eines mikroskopischen Bilds, das z.B. mit einer Digitalkamera aufgenommen wird. Die Flächenbestimmung erfolgt dann mit Hilfe einer Software zur Bildauswertung, die die Farbwertverteilung der Pixel in Flächen umrechnet.
- Nachteile der von Danner beschriebenen Methode sind vor allem der relativ hohe Zeitaufwand, insbesondere für die Bildauswertung, und die Beschränkung auf Öl-in-Wasser (O/W)-Emulsionen. Weiterhin werden nur zwei Farbstoffe erwähnt, die zur Anfärbung der dispersen Phase geeignet sind.
- Die besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein schnelles Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren zur Verfügung zu stellen, das universell auf sehr viele Systeme, darunter O/W- und W/O-Emulsionen anwendbar ist, eine Erweiterung des Evaluierungsverfahrens auf eine Vielzahl von Markersubstanzen zur Kennzeichnung der dispersen Phase ermöglicht und eine enge Verteilung der Partikelgrößen gewährleistet.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren umfassend die Schritte
-
- a) Herstellen von mindestens zwei Rohemulsionen enthaltend die gleichen Phasen, wobei die dispersen Phasen der Rohemulsionen mit unterschiedlichen Markersubstanzen markiert sind, und mindestens einen Emulgator;
- b) Mischen der Rohemulsionen zu gleichen Teilen und Feinemulgierung, vorzugsweise mit einem kontinuierlichen Emulgierverfahren;
- c) Ermitteln des Flächenanteils der gegebenenfalls in Schritt b) entstandenen koaleszierten Partikel der dispersen Phase an der Gesamtfläche der Partikel durch Bestimmen des Flächenanteils an Partikeln, die Markersubstanzen von mindestens zwei Rohemulsionen enthalten, an der Gesamtfläche der Probe, vorzugsweise durch Mikroskopieren der Emulsion und elektronische Auswertung des mikroskopischen Bilds.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch das oben beschriebene Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren, wobei nur die disperse Phase von einer der mindestens zwei Rohemulsionen mit einer Markersubstanz markiert ist und der Flächenanteil der koaleszierten Partikel der dispersen Phase durch Bestimmen des Flächenanteils an Partikeln, die eine geringere Konzentration als die Ausgangskonzentration an Markersubstanz enthalten, an der Gesamtfläche der Probe bestimmt wird, vorzugsweise durch Mikroskopieren von Proben der Emulsion und elektronische Auswertung des mikroskopischen Bilds.
- Diese Verfahren der vorliegenden Erfindung werden auch als Markermethode bezeichnet.
- „Evaluierung" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet das Auffinden eines oder mehrerer für die Herstellung einer bestimmten Emulsion besonders geeigneten (geeigneter) Emulgators (Emulgatoren).
- Die Begriffe „rationell", „Emulsion", „Emulgator", „disperse Phase" und „Koaleszenz" wurden oben definiert.
- Eine „Rohemulsion" entsteht durch grobe Voremulgierung der markierten dispersen Phase. Die Partikelgröße der dispersen Phase der Rohemulsion ist vorzugsweise ungefähr um den Faktor 10 größer als die Partikelgröße der dispersen Phase der Feinemulsion.
- Unter „Markersubstanzen" im Sinne der vorliegenden Erfindung werden beliebige hydrophile oder hydrophobe Substanzen verstanden, die im Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren der vorliegenden Erfindung eine Unterscheidung der koaleszierten von nicht-koaleszierten Partikeln erlauben. Dabei werden zur Untersuchung von O/W-Emulsionen hydrophobe Markersubstanzen ausgewählt, während zur Untersuchung von W/O-Emulsionen hydrophile Markersubstanzen zum Einsatz kommen. Dies ist eine wichtige Erweiterung zu der Färbemethode von Danner, in der nur hydrophobe Farbstoffe beschrieben werden.
- Unter „Feinemulgierung" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bezeichnet, bei dem Emulsionen mit Partikelgrößen der dispersen Phase von 0,5 bis 100 μm, bevorzugt 0,5 bis 50 μm, besonders bevorzugt 2–30 μm hergestellt werden. Der Begriff Feinemulgierung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym zu dem Begriff Emulgierung verwendet. Analog wird der Begriff Feinemulsion synonym zu dem Begriff Emulsion verwendet. Ein Vorteil des Verfahrens zur Evaluierung von Emulgatoren zur Herstellung von Emulsionen mit den genannten Partikelgößen der dispersen Phase ist, dass diese Emulsionen breite Verwendung im Lebensmittel- und Pharmabereich sowie in der chemischen Industrie finden.
- Es wurde gefunden, dass entscheidend für die Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit bei der Herstellung einer Emulsion ein geeignetes Emulgiersystem ist, das es erlaubt, schnell zu emulgieren und das einen reproduzierbaren Energieeintrag gewährleistet, der alle Teilchen gleichermaßen beeinflusst. Übliche Rotor-Stator-Laborsysteme, wie z.B. der oft verwendete Ultraturrax®, sind dazu wenig geeignet, da die tatsächlich eingetragene Energie sehr schwer zu messen ist und eine gleichmäßige Beanspruchung aller Tropfen aufgrund der Verweilzeit-Verteilung im Emulgiergefäß nicht gegeben ist.
- Als besonders gut geeignet für das Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren haben sich kontinuierliche Emulgierverfahren erwiesen, bei denen alle Tropfen die gleiche mechanische Belastung erhalten. Beispiele hierfür sind ein kontinuierliches Rotor-Stator-System, wie kontinuierliche Zahnkranzsysteme oder kontinuierliche Kolloidmühlen oder ein kontinuierliches Ultraschallverfahren, bevorzugt ein kontinuierlicher Hochdruckhomogenisator, besonders bevorzugt ein kontinuierlicher Hochdruckhomogenisator mit Lochblende. Der Vorteil dieser kontinuierlichen Emulgierverfahren ist, dass sie die schnelle und reproduzierbare Herstellung von Emulsionen ermöglichen. Daneben ermöglichen kontinuierliche Emulgierverfahren über eine Lochblende die Herstellung von Emulsionen mit enger Partikelgrößenverteilung. Dies ist auch zur Minimierung des Fehlers bei der Bestimmung des Flächenanteils der Mischfarbe an der Gesamtfläche der dispersen Phase von Bedeutung, da die entsprechende Mischfarbe nur bei der Koaleszenz von Partikeln mit ähnlicher Größe ausreichend deutlich sichtbar ist, während z.B. bei der Koaleszenz eines sehr großen blau gefärbten Partikels und eines sehr kleinen gelb gefärbten Partikels die Mischfarbe grün nur schwer zu erkennen ist.
- Unter „elektronischer Auswertung" des mikroskopischen Bilds wird eine mikroskopische Bildauswertung mit Hilfe von Software verstanden, vorzugsweise einer Software, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde. Diese Software gestattet es, direkt aus dem mikroskopischen Bild eine Flächenauswertung der markierten Partikel vorzunehmen, aus der dann automatisch die Farbwertverteilung erzeugt wird. Mit Hilfe der entwickelten Software dauert die Auswertung nur noch wenige Sekunden. Dies bedeutet einen großen Zeitgewinn gegenüber einer herkömmlichen Auswertung per Hand, die mehr als eine Stunde pro Probe erfordert. Ein zusätzlicher Nutzen der verwendeten Software besteht darin, dass gleichzeitig mit der Auswertung des Flächenanteils der markierten Partikel auch die Größenverteilung der Partikel bestimmt werden kann, die ein wichtiges Qualitätsmerkmal für ein System zur Herstellung einer Emulsion ist. Die Bedeutung einer engen Partikelgrößenverteilung für die Auswertung des Verfahrens zur Evaluierung von Emulgatoren wurde im vorhergehenden Absatz beschrieben.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die disperse Phase in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren eine Öl-Phase oder eine wässrige Phase. Dies bedeutet eine wichtige Erweiterung im Vergleich zu der von Danner beschriebenen Färbemethode, in der die Anwendung der Methode nur für Öl-in-Wasser-Emulsionen untersucht wurde.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren zur rationellen Evaluierung von Emulgatoren eine kontinuierliche Druckemulgierung an einer Lochblende eingesetzt, bei der die gesamte Emulsion unter gleichbleibendem Druck durch diese Lochblende gepresst wird. Dabei erfolgt die Zerkleinerung der inneren Phase durch die Dehnströmung der Lochblende. Somit ist gewährleistet, dass alle Partikel die gleiche mechanische Belastung erhalten. Außerdem ist dieses Verfahren schnell, so dass die für die anschließende mikroskopische Auswertung benötigte Menge innerhalb weniger als einer Minute zu erhalten ist.
- Eine „Lochblende" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Durchgang mit kleinem Durchmesser, durch den die Rohemulsion aus einem Gefäß mit einem größeren Durchmesser gepresst wird.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Markersubstanzen in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren Farbstoffe der DyStar Textilfarben GmbH & Co. Deutschland KG wie reaktive Farbstoffe (z.B. Procion®, Levafix®, Remazol®, Realan®) direkte Farbstoffe (z.B. Sirius ) Küpenfarbstoffe (z.B. Caledon®, Indanthren®, Mikethren®, Solanthrene®), Schwefelfarbstoffe (z.B. Cassulfon®, Hydron®, Hydrosol®, Immedial®), Naphtole und Entwicklungsfarbstoffe (z.B. Phtalogen®), disperse Farbstoffe (z.B. Dianix®, Miketon®), Metallkomplexfarbstoffe (z.B. Isolan®), reaktive Farbstoffe (z.B. Stanalan®), saure Farbstoffe (z.B. Supranol®, Telon®, Palatin®), Chromfarbstoffe (z.B. Diamond®), kationische Farbstoffe (z.B. Astrazon®) oder Pigmente (z.B. Acramin®, Imperon®), oder Fluoreszenzfarbstoffe wie Dianix Leuchtgelb® oder Dianix Leuchtrot® oder Donor-Akzeptor-Paare, die eine Fluoreszenz erzeugen wie z.B. Pyren.
- Sofern es sich bei den Markersubstanzen um Farbstoffe handelt, ist es bevorzugt, wenn die Spektren der für die Evaluierung eines bestimmten Emulsions-Systems ausgewählten Markersubstanzen möglichst weit auseinanderliegen, um die Identifizierung von koaleszierten Partikeln, die beide Farbstoffe enthalten, zu erleichtern. Wenn die Bestimmung der Flächenanteile über einen Peakvergleich erfolgt und es sich bei den Markersubstanzen um Farbstoffe handelt, dann wird für den Fall, dass der Peak der Mischfarbe nicht vollständig von einem oder beiden der Peaks der Ausgangsfarben zu trennen ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Minimierung des Fehlers bei der Bestimmung des Flächenanteils der Mischfarbe dieser Flächenanteil über die Abnahme der Farbintensität des in dem Farbspektrum am weitesten entfernt liegenden Peaks einer Ausgangsfarbe ermittelt.
- Der Einsatz von Fluoreszenzfarbstoffen in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren stellt einen weiteren Vorteil gegenüber der von Danner beschriebenen Färbemethode dar. Fluoreszenzfarbstoffe können im Gegensatz zu Farbstoffen mit Spektren im sichtbaren Bereich bereits in sehr niedrigen Konzentrationen nachgewiesen werden. Dies hat den Vorteil, dass entsprechend geringe Konzentrationen zur Anfärbung der dispersen Phasen verwendet werden können, so dass ein Einfluss der meist großen Farbstoffmoleküle auf die Wirkungsweise der Emulgatoren und damit die Stabilität der Emulsionen praktisch ausgeschlossen werden kann. Eine weitere entscheidende Verbesserung gegenüber herkömmlichen Verfahren stellt der Einsatz von Donor-Akzeptor-Paaren, die eine Fluoreszenz erzeugen, wie Pyren dar. Wie auch andere Donor-Akzeptor-Paare bildet Pyren, das als Einzelmolekül farblos ist, oberhalb einer bestimmten Konzentration Excimere, die Fluoreszenz erzeugen. Wird nun eine Hälfte der dispersen Phase vor der Herstellung einer Rohemulsion mit Pyren in einer Konzentration versetzt, die zur Excimerbildung und damit zur Fluoreszenzerzeugung ausreicht, während die andere Hälfte der dispersen Phase, die in der zweiten Rohemulsion enthalten ist, unmarkiert bleibt, so lassen sich koaleszierte Partikel nach der Emulgierung über eine Verringerung oder ein Verschwinden der Fluoreszenz identifizieren.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in dem beschriebenen Verfahren Emulgatoren der BASF AG verwendet, beispielsweise vom Typ Ölsäureethoxylat (z.B. Emulan® A), Fettalkoholethoxylat (z.B. Emulan® AF, Emulan® OG, Emulan® P), Rizinusölethoxylat (z.B. Emulan® EL), Alkylphenolethoxylat (z.B. Emulan® NP, Emulan® PO), C13 Oxoalkoholethoxylate (z.B. Emulan® TO), Natrium-Fettalkoholpolyglykolethersulfat (z.B. Emulphor® FAS 30), C13 Oxoalkoholethoxylat + 3 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® TO 3), C13 Oxoalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® TO 10) oder C10 Guerbetalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® XL 100).
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren ein Emulgator zusammen mit einem (oder mehreren) Co-Emulgator(en) eingesetzt. Beispiele hierfür sind der Einsatz von C10-Alkohol ethoxiliert mit 3 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C10-Alkohol ethoxiliert mit 10 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator, der Einsatz von C13-Alkohol ethoxiliert mit 4 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 12 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator, der Einsatz von C12/14-Alkoholethersulfat (mit 30 mol Ethylenoxid) als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 30 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder Oleylsarkosinat als Emulgator zusammen mit C13/15-Alkohol ethoxiliert mit 5 mol Ethylenoxid + 3 mol Propylenoxid als Co-Emulgator. Die Funktion eines solchen Co-Emulgators bei der Herstellung und Stabilisierung einer Emulsion kann z.B. sein, die Besetzung der Partikeloberfläche der dispersen Phase mit dem Emulgator zu beschleunigen und damit die Koaleszenz der neu gebildeten Partikel der dispersen Phase von deren Entstehung an zu verhindern. Ebenso kann der Co-Emulgator dazu beitragen, die Stabilität der Emulsion unter verschiedenen Bedingungen zu erhöhen, z.B. bei unterschiedlichen Temperaturen oder erhöhter Scherung. Außerdem kann der Co-Emulgator zur Erhöhung der Robustheit einer Emulsion gegenüber Zusatzstoffen beitragen. Der Co-Emulgator wird in der Regel in geringerer Konzentration als der Emulgator eingesetzt. Welches Tensid als Emulgator und welches als Co-Emulgator eingesetzt wird, hängt von der jeweiligen Emulsion ab. Die in den oben angeführten Beispielen genannten Tenside der Emulgator/Co-Emulgator-Paare können daher ihre Rollen als Emulgatoren bzw. Co-Emulgatoren je nach Anwendungsfall vertauschen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren der wässrigen und/oder der Öl-Phase der Emulsion weitere Wirkstoffe und/oder Zusatzstoffe zugesetzt. Dies sind Wirk- und Zusatzstoffe, die in den Systemen enthalten sind, für die in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung passende Emulgatoren gefunden werden sollen. Ein Beispiel für eine Emulsion mit Zusatzstoffen aus dem Bereich der Kosmetik ist wie folgt zusammengesetzt: Emulgator: PEG-40-Stearat; Co-Emulgator: Glycerylstearat; äussere Phase: Wasser; diperse Phase: Mineralöl; Zusatzstoffe: Cetylalkohol, Isopropylpalmitat, Glycerin, Magnesiumsulfat, Konservierungsmittel, Parfümöl. Beispiele für Wirkstoffe aus dem Bereich der Kosmetik sind Vitamine, Allantoin, Stoffe aus der Kamille wie Bisobolol oder Azulen oder Extrakte aus Aloe Vera. Beispiele für Wirkstoffe aus dem Bereich der Pharmazie sind Nährstoffe für die parenterale Ernährung, aus dem Bereich der Lebensmitteltechnologie Carotinoide und Beispiele für Wirkstoffe aus dem Bereich der Technik sind Korrosionsinhibitoren oder Schmierstoffzusätze.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren der Flächenanteil der koaleszierten Partikel zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Emulgierung bestimmt, bevorzugt mehrere Wochen bis Monate, besonders bevorzugt 1 bis 7 Tage, insbesondere 0 bis 24 Stunden nach der Emulgierung.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Flächenanteil der koaleszierten Partikel der dispersen Phase in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren bei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt. Die dabei eingesetzten Temperaturen liegen im Bereich von –20 °C bis +200 °C, bevorzugt von 0 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt von 20 °C bis 90 °C.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines kontinuierlichen Hochdruckhomogenisators mit einer Lochblende, durch die die gesamte Emulsion unter gleichbleibendem Druck gepresst wird, zur Durchführung der Emulgierung in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Farbstoffen, beispielsweise reaktiven Farbstoffen (z.B. Procion®, Levafix®, Remazol ®, Realan®), direkten Farbstoffen (z.B. Sirius®), Küpenfarbstoffen (z.B. Caledon®, Indanthren®, Mikethren®, Solanthrene®), Schwefelfarbstoffen (z.B. Cassulfon®, Hydron®, Hydrosol®, Immedial®), Naphtolen und Entwicklungsfarbstoffen (z.B. Phtalogen®), dispersen Farbstoffen (z.B. Dianix®, Miketon®), Metallkomplexfarbstoffen (z.B. Isolan®), reaktiven Farbstoffen (z.B. Stanalan®), sauren Farbstoffen (z.B. Supranol®, Telon®, Palatin®), Chromfarbstoffen (z.B. Diamond®), kationischen Farbstoffen (z.B. Astrazon®) oder Pigmenten (z.B. Acramin®, Imperon®) der DyStar Textilfarben GmbH & Co. Deutschland KG oder Fluoreszenzfarbstoffen wie Dianix Leuchtgelb® oder Dianix Leuchtrot® oder Donor-Akzeptor-Paare, die eine Fluoreszenz erzeugen, wie Pyren in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Emulgatoren, der BASF AG, beispielsweise vom Typ Ölsäureethoxylat (z.B. Emulan® A), Fettalkoholethoxylat (z.B. Emulan® AF, Emulan® OG, Emulan® P), Rizinusölethoxylat (z.B. Emulan® EL), Alkylphenolethoxylat (z.B. Emulan® NP, Emulan® PO), C13 Oxoalkoholethoxylate (z.B. Emulan® TO), Natrium-Fettalkoholpolyglykolethersulfat (z.B. Emulphor® FAS 30), C13 Oxoalkoholethoxylat + 3 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® TO 3), C13 Oxoalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® TO 10) oder C10 Guerbetalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid (z.B. Lutensol® XL 100) in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Emulgatoren zusammen mit einem oder mehreren Co-Emulgator(en), beispielsweise C10-Alkohol ethoxiliert mit 3 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C10-Alkohol ethoxiliert mit 10 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder C13-Alkohol ethoxiliert mit 4 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 12 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder von C12/14-Alkoholethersulfat (mit 30 mol Ethylenoxid) als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 30 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder Oleylsarkosinat als Emulgator zusammen mit C13/15-Alkohol ethoxiliert mit 5 mol Ethylenoxid + 3 mol Propylenoxid als Co-Emulgator, wobei der Co-Emulgator die emulgatorische Wirkung des Emulgators verbessert, in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Wirkstoffen, beispielsweise Vitamine, Extrakte aus der Kamille wie Bisobolol oder Azulen oder Extrakte aus Aloe Vera wie Allantoin für Kosmetikpräparate, Nährstoffe für die parenterale Ernährung, Carotinoide in der Lebensmitteltechnologie und Korrosionsinhibitoren oder Schmierstoffzusätze in der Technik und/oder Zusatzstoffen, beispielsweise Cetylalkohol, Isopropylpalmitat, Glycerin, Magnesiumsulfat, Konservierungsmittel oder Parfümöl, als Zusätze in der wässrigen Phase und/oder in der Öl-Phase in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Objektträgers, der die Herstellung einer definierten Filmdicke der Emulsion von 10 bis 50 μm, bevorzugt 15–30 μm ermöglicht, in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren. Ein Vorteil der Verwendung eines solchen Objektträgers besteht darin, dass es beim Mikroskopieren nicht durch den Druck zwischen einem herkömmlichen Objektträger und dem Deckglas zu zusätzlicher Koaleszenz der Partikel der dispersen Phase kommt. Weitere Vorteile bestehen darin, dass es bei entsprechend gewählter Filmdicke der Emulsion nicht zu Überlagerungen zwischen den Partikeln kommt und kein Fließen der Emulsion (Strömungseffekt) auf dem Objektträger stattfindet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass große Tropfen nicht durch den Druck Deckglases deformiert werden, was in der Flächenauswertung zu Fehlern führt.
- Beispiel
- Die BASF Emulgatoren Emulan® TO 3070 (C13 Oxoalkoholethoxylat), Lutensol® TO 3 (C13 Oxoalkoholethoxylat + 3 Ethylenoxid) und Lutensol® TO 10 (C13 Oxoalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid) wurden zur Herstellung einer O/W-Emulsion aus 30 % Paraffinöl und 70 % Wasser eingesetzt. Es wurden Konzentrationen von 1 und 3 % des Emulgators (bezogen auf die Gesamtrezeptur) eingesetzt.
- Die Ölphase wurde geteilt und jeweils mit einem blauen und einem gelben Farbstoff angefärbt. Jede Ölphase wurde für sich mit der entsprechenden Menge Wasser grob voremulgiert und nach Mischung sofort über eine kontinuierliche Druckemulgierung feinemulgiert. Einige Tropfen der Emulsion wurden auf einen Objektträger gegeben und mikroskopiert. Das Bild wurde mit einem Rahmen der vorliegenden Erfindung erstellten Software ausgewertet und der Flächenanteil der koaleszierten Partikel wurde sofort nach der Emulgierung und nach 24 Stunden gemessen.
- Wie man leicht sieht, ist Lutensol TO 10 eindeutig der beste Emulgator in diesem System. Bereits die 0 h-Probe zeigt bei Vergleich der beiden Konzentrationen dieses Ergebnis. Die gesamte Durchführung benötigte einschließlich Auswertung nur ca. 2 h. Dies ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sehr kurz.
Claims (17)
- Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren umfassend die Schritte a) Herstellen von mindestens zwei Rohemulsionen enthaltend die gleichen Phasen, wobei die dispersen Phasen der Rohemulsionen mit unterschiedlichen Markersubstanzen markiert sind, und mindestens einen Emulgator; b) Mischen der Rohemulsionen zu gleichen Teilen und Feinemulgierung, vorzugsweise mit einem kontinuierlichen Emulgierverfahren; c) Ermitteln des Flächenanteils der gegebenenfalls in Schritt b) entstandenen koaleszierten Partikel der dispersen Phase an der Gesamtfläche der Partikel durch Bestimmen des Flächenanteils an Partikeln, die Markersubstanzen von mindestens zwei Rohemulsionen enthalten, an der Gesamtfläche der Probe, vorzugsweise durch Mikroskopieren der Emulsion und elektronische Auswertung des mikroskopischen Bilds.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei nur die disperse Phase von einer der mindestens zwei Rohemulsionen mit einer Markersubstanz markiert ist und der Flächenanteil der koaleszierten Partikel der dispersen Phase durch Bestimmen des Flächenanteils an Partikeln, die eine geringere Konzentration als die Ausgangskonzentration an Markersubstanz enthalten, an der Gesamtfläche der Probe, vorzugsweise durch Mikroskopieren von Proben der Emulsion, bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die disperse Phase eine Öl-Phase oder eine wässrige Phase ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem kontinuierlichen Emulgierapparat um ein kontinuierliches Rotor-Stator-System wie ein kontinuierliches Zahnkranzsystem oder eine kontinuierliche Kolloidmühle oder ein kontinuierliches Ultraschallverfahren, bevorzugt um einen kontinuierlichen Hochdruckhomogenisator, besonders bevorzugt um einen kontinuierlichen Hochdruckhomogenisator mit Lochblende handelt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Markersubstanzen reaktive Farbstoffe, direkte Farbstoffe, Küpenfarbstoffe, Schwefelfarbstoffe, Naphtole und Entwicklungsfarbstoffe, disperse Farbstoffe, Metallkomplexfarbstoffe, reaktive Farbstoffe, saure Farbstoffe, Chromfarbstoffe, kationische Farbstoffe oder Pigmente eingesetzt werden oder Fluoreszenzfarbstoffe oder Donor-Akzeptor-Paare, die eine Fluoreszenz erzeugen wie z.B. Pyren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Emulgatoren vom Typ Ölsäureethoxylat, Fettalkoholethoxylat, Rizinusölethoxylat, Alkylphenolethoxylat, C13 Oxoalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylat, Natrium-Fettalkoholpolyglykolethersulfat, C13 Oxoalkoholethoxylat + 3 Ethylenoxid oder C13 Oxoalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid eingesetzt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zusammen mit einem Emulgator ein (oder mehrere) Co-Emulgator(en) eingesetzt wird (werden), beispielsweise C10-Alkohol ethoxiliert mit 3 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C10-Alkohol ethoxiliert mit 10 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder C13-Alkohol ethoxiliert mit 4 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 12 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator, C12/14-Alkoholethersulfat (mit 30 mol Ethylenoxid) als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 30 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder Oleylsarkosinat als Emulgator zusammen mit C13/15-Alkohol ethoxiliert mit 5 mol Ethylenoxid + 3 mol Propylenoxid als Co-Emulgator.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 6 oder 7, wobei die wässrige und/oder die Öl-Phase der Emulsion weitere Wirkstoffe, wie beispielsweise Vitamine, Extrakte aus der Kamille oder aus Aloe Vera, Allantoin, Nährstoffe für die parenterale Ernährung, Carotinoide, Korrosionsinhibitoren oder Schmierstoffzusätze und/oder Zusatzstoffe, wie beispielsweise Cetylalkohol, Isopropylpalmitat, Glycerin, Magnesiumsulfat, Konservierungsmittel oder Parfümöl enthält/enthalten.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Flächenanteil der koaleszierten Partikel zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach dem Emulgieren bestimmt wird, bevorzugt mehrere Wochen bis Monate, besonders bevorzugt 1 bis 7 Tage, insbesondere 0 bis 24 Stunden nach der Emulgierung.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Flächenanteil der koaleszierten Partikel der dispersen Phase bei unterschiedlichen Temperaturen, bevorzugt bei –20 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt bei 0 °C bis 90 °C, insbesondere bei 20 °C bis 90 °C bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Flächenanteile über einen Peakvergleich erfolgt und es sich bei den Markersubstanzen um Farbstoffe handelt, bei dem für den Fall, dass der Peak der Mischfarbe nicht vollständig von einem oder beiden der Peaks der Ausgangsfarben zu trennen ist, zur Minimierung des Fehlers bei der Bestimmung des Flächenanteils der Mischfarbe dieser Flächenanteil über die Abnahme der Farbintensität des in dem Farbspektrum am weitesten entfernt liegenden Peaks einer Ausgangsfarbe ermittelt wird.
- Verwendung eines kontinuierlichen Hochdruckhomogenisators mit Lochblende, bei dem die gesamte Emulsion unter gleichbleibendem Druck durch eine Lochblende gepresst wird, zur Durchführung der Emulgierung in dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
- Verwendung von reaktiven Farbstoffen, direkten Farbstoffen, Küpenfarbstoffen, Schwefelfarbstoffen, Naphtolen und Entwicklungsfarbstoffen, dispersen Farbstoffen, Metallkomplexfarbstoffen, reaktiven Farbstoffen, sauren Farbstoffen, Chromfarbstoffen, kationischen Farbstoffen oder Pigmenten oder Fluoreszenzfarbstoffen oder Donor-Akzeptor-Paaren, die eine Fluoreszenz erzeugen, wie z.B. Pyren als Markersubstanzen zur Evaluierung von Emulgatoren gemäß dem Verfahren von Anspruch 1 oder 2.
- Verwendung von Emulgatoren vom Typ Ölsäureethoxylat, Fettalkoholethoxylat, Rizinusölethoxylat, Alkylphenolethoxylat, C13 Oxoalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylat, Natrium-Fettalkoholpolyglykolethersulfat, C13 Oxoalkoholethoxylat + 3 Ethylenoxid oder C13 Oxoalkoholethoxylat + 10 Ethylenoxid in dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
- Verwendung von Emulgatoren zusammen mit Co-Emulgatoren, beispielsweise C10-Alkohol ethoxiliert mit 3 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C10-Alkohol ethoxiliert mit 10 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator oder C13-Alkohol ethoxiliert mit 4 mol Ethylenoxid als Emulgator zusammen mit C13-Alkohol ethoxiliert mit 12 mol Ethylenoxid als Co-Emulgator zur Evaluierung von Emulgatoren in dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
- Verwendung weiterer Wirkstoffe und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Cetylalkohol, Isopropylpalmitat, Glycerin, Magnesiumsulfat, Konservierungsmittel oder Parfümöl, als Zusätze in der wässrigen Phase und/oder der Öl-Phase der Emulsion in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren gemäß Anspruch 3.
- Verwendung eines Objektträgers, der die Herstellung einer definierten Filmdicke der Emulsion von 10 bis 50 μm, bevorzugt 15–30 μm ermöglicht, für die mikroskopische Bestimmung des Flächenanteils der markierten Partikel in dem Verfahren zur Evaluierung von Emulgatoren gemäß Anspruch 1 oder 2.
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