Vorlesungsteil "Kosmetikherstellung" PDF

Vorlesungsteil „Kosmetikherstellung“ Allgemeines vorab 2 Wichtige Begriffe Sie spielen bei der Herstellung und galenischen Charakterisierung von kosmetischen Produkten eine große Rolle Phase, Phasengrenze, Grenzfläche, Oberfläche,… Oberflächenspannung Dispersität,...

Vorlesungsteil „Kosmetikherstellung“ Allgemeines vorab 2 Wichtige Begriffe Sie spielen bei der Herstellung und galenischen Charakterisierung von kosmetischen Produkten eine große Rolle Phase, Phasengrenze, Grenzfläche, Oberfläche,… Oberflächenspannung Dispersität, disperse Systeme (grobdispers, kolloiddispers, molekular dispers) 3 Phasen und Grenzflächen Am Beispiel von Wasser Phase: Bereich eines Systems, innerhalb dessen sich keine physikalische Größe sprunghaft ändert. Phasengrenze: Berührungsbereich zweier nicht mischbarer Phasen. An einer Phasengrenze ändern sich die physikalischen Eigenschaften der einen Phase kontinuierlich auf die der anderen Phase; Synonym ist Grenzfläche Abbildung von de:Benutzer:JoWi - de:File:Phasendiagramme.png Oberfläche: spezielle Grenzfläche: wenn eine kondensierte Phase http://resources.jwidmer.de/wikipedia/Phasendiagramme.cdr, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3850207 (Flüssigkeit oder feste Körper) an ein Gas grenzt 4 Phasen und Grenzflächen Am Beispiel einer Emulsion Phase: Bereich eines Systems, innerhalb dessen sich keine physikalische Größe sprunghaft ändert (Wasser und Öl, 2 Phasen) Phasengrenze: Berührungsbereich zweier nicht mischbarer Phasen. An einer Phasengrenze ändern sich die physikalischen Eigenschaften der einen Phase kontinuierlich auf die der anderen Phase; Synonym ist Grenzfläche Oberfläche: spezielle Grenzfläche: wenn eine kondensierte Phase (Flüssigkeit oder feste Körper) an ein Gas grenzt Abbildung von Roland.chem - http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:GrenzflächeUndEmulsion.png, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2271526 5 Oberflächenspannung…? …resultiert durch Anziehungskräfte von Molekülen einer Phase Luft Wasser Bsp. Wasser: Ein Wassermolekül erfährt im Inneren der flüssigen Phase Wechsel- wirkungen mit allen benachbarten Wassermolekülen. Es resultiert die Kraft Null. Einem Wassermolekül an der Oberfläche fehlt ein Teil der Wechsel- wirkung mit derselben Art von Molekülen. Analog zur Vektoraddition, resultiert eine nach innen gerichtete Kraft F auf das Molekül welche senkrecht zur Oberfläche gerichtet ist, daraus resultiert die Form des Wassertropfens. Bezieht sich diese Kraft auf eine Fläche A (F/A), spricht man von einer Wassermolekül Spannung. Bindungskräfte zwischen gleichen Molekülen Fehlende Bindungskräfte 6 Oberflächenspannung. Die Oberflächenspannung hat großen Einfluss auf die Stabilität vieler Kosmetika. Daher ist es bereits an dieser Stelle gut, gewisse Aspekte schon zu Beginn zu wissen: Sie wird in der Einheit angegeben und wird i.d.R. Luft gemessen. Wasser hat die Oberflächenspannung von 72,8 bei 20 °C. Die Oberflächenspannung von Wasser ist temperaturabhängig 7 Dimensionen von Dispersionen 8 Beispiele grobdisperser Systeme gasförmig Gas Schaum Fester Schaum disperse Phase Für welche flüssig Aerosol, Nebel Emulsion Schlamm grobdispersen Systeme finden Sie kosmetische fest Rauch Suspension Legierung Beispiele? gasförmig flüssig fest kontinuierliche Phase 9 Galenische Beschreibung kosmetischer Produkte: LÖSUNGEN 10 Lösungen homogene, einphasige Gemische aus zwei oder mehr chemisch reinen Stoffen enthalten einen oder mehrere (i.d.R. molekular dispers) gelöste Stoffe und ein Lösungsmittel (das selbst eine Lösung sein kann) können fest, flüssig oder gasförmig sein 11 Homogene Gemische Gemische ist vereinfacht für Stoffgemische Diese können homogen oder heterogen sein  Bei heterogenen Stoffgemischen sind die einzelnen Stoffe oftmals mit bloßem Auge erkennbar  Bei homogenen Stoffgemischen sind einzelne Stoffe selbst mithilfe eines Mikroskops nicht mehr erkennbar Homogen an sich bedeutet allerdings „nur“: gleichmäßig aufgebaut; einheitlich 12 Phase Am Beispiel einer Emulsion Phase: Bereich eines Systems, innerhalb dessen sich keine physikalische Größe sprunghaft ändert (Wasser und Öl, 2 Phasen) Phasengrenze: Berührungsbereich zweier nicht mischbarer Phasen. An einer Phasengrenze ändern sich die physikalischen Eigenschaften der einen Phase kontinuierlich auf die der anderen Phase; Synonym ist Grenzfläche Oberfläche: spezielle Grenzfläche: wenn eine kondensierte Phase (Flüssigkeit oder feste Körper) an ein Gas grenzt Abbildung von Roland.chem - http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:GrenzflächeUndEmulsion.png, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2271526 13 Gelöst. Aber was ist die Löslichkeit?  Löslichkeit = Sättigungskonzentration eines Stoffes in einem bestimmten Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur und Normaldruck  Löslichkeitsangaben nach Europäischem Arzneibuch, bezogen auf eine Temperatur von 15-25 °C: Bezeichnung Ungefähres Lösungsmittelverhältnis in ml/g Substanz sehr leicht löslich weniger als 1 Teil leicht löslich von 1 Teil bis 10 Teile löslich von 30 Teilen bis 30 Teile wenig löslich von 100 Teilen bis 100 Teile schwer löslich von 1000 Teilen bis 1000 Teile sehr schwer löslich von 1000 Teilen bis 10.000 Teile Praktisch unlöslich über 10.000 Teilen 14 Wie verläuft der Lösungsprozess?  Anziehungskräfte zischen den Feststoffmolekülen müssen den Energieaufwand W22 überwinden  Anziehungskräfte zwischen den Flüssigkeitsmolekülen müssen durch den 2 W12 Energieaufwand W11 überwunden werden  Solvatisierung des Feststoffmoleküls, wodurch die Energie 2W12 frei wird (entspricht der Stärke der Molekül des zu lösenden Stoffes entstehenden WeWi) Lösungsmittelmolekül W ges = W22 + W11 – 2W12 15 Je wärmer desto löslicher? [g wasserfreies Salz / 100 g H2O] 100 NEIN. Die Löslichkeit steigt nicht 80 zwangsläufig mit steigender Temperatur! 60 Änderung der Löslichkeit durch Löslichkeit Na2SO4 40 NaCl Änderung der Kristall-Modifikation 20 Löslichkeit und Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen 0 20 40 60 80 100 wichtig für Produktionsprozesse 0 Temperatur [°C] 16 Löslichkeit erhöhen Was können Sie überlegen, wenn Sie mehr aktiven Inhaltsstoff lösen wollen? pH Wert einstellen: Salze sind oft besser löslich, als ihre nicht dissoziierten Säuren oder Basen Ist Komplexbildung mit z.B. Cyclodextrine als Option? Hilft der Einsatz von Strukturbrechern, wie z.B. Harnstoff? Cosolventien (z.B. Ethanol, Propylenglycol, Polyethylenglykol PEG400, Glycerol) verwenden: diese verändern den Charakter des Wassers, dass auch etwas fettliebendere (unpolare) Stoffe gelöst werden können Solubilisierung (Lösungsvermittlung) durch Tenside ermöglichen. 17 Tenside in Lösung CMC Dichte Messeinheiten der einzelnen Eigenschaften Oberflächenspannung [mN/m] 1. Leitfähigkeit Kritische Mizellbildungs- 2. Konzentration (CMC) 3. 4. Oberflächenspannung Osmotischer Druck Konzentration Tensid [mg/L] Luft Oberfläche Wasser bei Grenzflächenspannung 20°C 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1. Wasser im 2. Tenside belegen 3. Sättigung 4. Bildung Grundzustand die Oberfläche Der Oberfläche von Mizellen Natriumdodecylsulfat [%] 18 Lösungsgeschwindigkeit  Lösungsgeschwindigkeit ≠ Löslichkeit, sondern, sie beschreibt den zeitlichen Verlauf des Lösungsvorgangs gemäß der folgenden Formel: h m = Masse ∗ t = Zeit = ∗ 𝑐𝑠 𝑐 A = Oberfläche des Partikels h = Sättigungsschicht Cs = Sättigungskonzentration Ct = Konzentration zum Zeitpunkt t D = Diffusionskoeffizient η = Viskosität ∗ r = Radius der zu lösenden Teilchen mit 𝐷 T = Temperatur R = allgemeine Gaskonstante Konzentration  Wie kann man demnach bei der Herstellung einer Sättigungskonzentration Konzentration in der Lösung Lösung die Lösungsgeschwindigkeit erhöhen? Entfernung von der Partikeloberfläche 19 Lösungsmittel Wasser …ist durch die Anomalie des Wassers mal gar nicht so ohne… Aber wir können tricksen! Wasser ermöglicht einsalzen: Löslichkeit bestimmter Stoffe wird durch Zugabe von Strukturbrechern (wie z.B. Harnstoff) erhöhen (Ordnungszustand wird verringert) Wasser ermöglicht aussalzen: wasserlösliche Substanzen werden durch Salzzugabe aus der wässrigen Phase verdrängt  Die älteste historische Anwendung ist das Aussalzen des Glycerins mit Natriumchlorid bei der Seifenherstellung. Das Glycerin bildet dabei eine neue Phase, die leicht vom Seifenkern abgetrennt werden kann. 20 Übung „Kosmetische Lösungen“ Bitte aus dem eigenen Vorrat zuhause eine kosmetische Lösung mitbringen und folgende Fragen bearbeiten: (1) Um welches Produkt handelt es sich? (2) Welche INCIs finden sich darauf und welche Aufgabe haben die ersten 5 Inhaltsstoffe? (3) Definieren Sie das Lösungsmittel und, wenn Sie ihn finden, einen Inhaltsstoff, der die Löslichkeit erhöht. (4) Was sagt Ihnen die Reihenfolge der INCIs? (5) Woran erkennen Sie, dass es sich um eine Lösung handelt? 21