Anne-Kathrin Müller

• Es wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene hochdisperse Fließregulierungsmittel, wie sie bisher in der pharmazeutischen Technologie aber auch in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie eingesetzt werden, auf einige ausgewählte kohäsive Schüttgüter ausüben. Dazu wurden binäre Mischungen mit variierender Konzentration an Fließregulierungsmittel und Schüttgut hergestellt und in einem Freifallmischer gemischt. Als Fließverbesserer kamen verschiedene hochdisperse Kieselsäuren, darunter eine pyrogene Kieselsäure vom Typ AEROSIL® (EvonikEs wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene hochdisperse Fließregulierungsmittel, wie sie bisher in der pharmazeutischen Technologie aber auch in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie eingesetzt werden, auf einige ausgewählte kohäsive Schüttgüter ausüben. Dazu wurden binäre Mischungen mit variierender Konzentration an Fließregulierungsmittel und Schüttgut hergestellt und in einem Freifallmischer gemischt. Als Fließverbesserer kamen verschiedene hochdisperse Kieselsäuren, darunter eine pyrogene Kieselsäure vom Typ AEROSIL® (Evonik Degussa GmbH) und mehrere Fällungskieselsäuren vom Typ SIPERNAT® (Evonik Degussa GmbH), zum Einsatz. Maisstärke, Kartoffelstärke und Hoechst Wachs C Micropulver® dienten als kohäsive Modellsubstanzen. Für den fließregulierenden Effekt spielt die gewählte Mischdauer eine entscheidende Rolle. Denn während des Mischvorgangs werden die ehemals Mikrometer bis Millimeter großen Fließregulierungsmittelagglomerate sukzessive zerkleinert, bis sie nanoskalige Rauigkeiten auf der Schüttgutoberfläche erzeugen. Je nach gewählter Mischdauer ergeben sich somit differierende Belegungsgrade der Trägerpartikeloberfläche. Die adsorbierten Oberflächenrauigkeiten bewirken eine Vergrößerung des Haftabstands zwischen den Pulverpartikeln und eine Verkleinerung der Kontaktfläche. Dadurch reduzieren sie die interpartikulären Anziehungskräfte, die vor allem durch van-der-Waals-Kräfte verursacht werden, und verbessern somit die Fließeigenschaften des Schüttgutes. Die interpartikulären Haftkräfte der binären Mischungen wurden mit Hilfe eines Zugspannungstesters gemessen. Die Größe und Anzahl der Kieselsäureadsorbate auf der Schüttgutoberfläche wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und anschließender bildanalytischer Auswertung (KS 300©, Carl Zeiss) bestimmt. Es konnten Unterschiede im fließregulierenden Potential der einzelnen Kieselsäuren aufgezeigt werden, die sich durch deren individuelle Tendenz zur Fragmentierung erklären lassen. Unabhängig davon, ob Mais- oder Kartoffelstärke verwendet wurde, und welche Untersuchungsmethode den Messungen zugrunde lag, wiesen die getesteten Fließregulierungsmittel eine gleich bleibende Rangfolge ihres fließverbessernden Potentials auf. Es konnte somit gezeigt werden, dass Fällungskieselsäuren sich in gleicher Weise als Fließregulierungsmittel eignen wie die bereits breit eingesetzten pyrogenen Kieselsäuren. Jedoch müssen die Agglomerate der gewählten Silica leicht und schnell zerkleinerbar sein. Dies trifft in besonderer Weise für vermahlene Produkte zu, da deren Agglomeratgefüge lockerer sind als bei unvermahlenen Substanzen. Solche Fließregulierungsmittel, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen, das bedeutet über eine kleine Primärpartikelgröße verfügen, besitzen eine besonders feste Agglomeratstruktur, die sich beim Mischen nur schwer zerkleinern lässt. Diese Kieselsäuren sind deshalb zur Fließregulierung nur wenig geeignet. Weiterhin sind hydrophobe Kieselsäuren den hydrophilen überlegen, wenn es darum geht, die Fließeigenschaften der Pulver zu verbessern. Das Fehlen zusätzlicher Wasserstoffbrückenbindungen wird hier für die hervorragende fließverbessernde Potenz der hydrophoben Materialien verantwortlich gemacht. Spielt jedoch das Wasseraufnahmevermögen der Silica eine Rolle, so ist es von Vorteil eine hydrophile Kieselsäure einzusetzen. Hierbei übertreffen die Fällungskieselsäuren die pyrogenen Kieselsäuren sogar in der Absorptionsfähigkeit. Die Erkenntnisse stellen einen Fortschritt für die Charakterisierung der verschiedenen Silica-Typen dar. Besonders, da der Kieselsäuretyp SIPERNAT® im Vergleich zum Typ AEROSIL® noch wenig erforscht und etabliert ist. Nachteilig für die Verwendung im Pharmabereich ist allerdings die im Vergleich zu den pyrogenen Kieselsäuren niedrigere chemische Reinheit. Die Auswahl beschränkt sich hier ausschließlich auf Produkte, die über einen hohen SiO2-Gehalt verfügen und somit den Anforderungen der Ph. Eur. genügen. Die getesteten Substanzen bleiben daher vorerst interessanter für den lebensmittel- oder futtermitteltechnologischen Bereich.…
• This study set out to investigate by experimentation the influence of the addition of various types of high dispersive flow regulators, used in pharmaceutical technology and the food and feed sector, to some selected cohesive bulk powders. For this purpose, binary mixtures consisting of various concentrations of the flow additive and the bulk solid were prepared in a free fall mixer. Different kinds of high dispersive silica including an AEROSIL® fumed silica (Evonik Degussa GmbH) and various SIPERNAT® precipitated silicas (Evonik Degussa GmbH)This study set out to investigate by experimentation the influence of the addition of various types of high dispersive flow regulators, used in pharmaceutical technology and the food and feed sector, to some selected cohesive bulk powders. For this purpose, binary mixtures consisting of various concentrations of the flow additive and the bulk solid were prepared in a free fall mixer. Different kinds of high dispersive silica including an AEROSIL® fumed silica (Evonik Degussa GmbH) and various SIPERNAT® precipitated silicas (Evonik Degussa GmbH) were applied as flow additives. Corn starch, potato starch and Hoechst Wachs C Micropulver® represented the cohesive test materials. For the flow enhancing effect, the selected blending time plays a decisive role, as during the blending process, former large silica agglomerates were successively diminished until they form nanosized roughnesses on the host particle surface. The grade of surface coverage differs according to the duration of the blending process. The adsorbed surface roughness lead to an increase in particle distance and reduced the contact area. Thus, surface roughness diminishes the inter-particle forces which are determined mainly by the van-der-Waals-forces and improve the flow properties of the powder. The inter-particle forces were classified by a tensile strength tester and the size and the number of adsorbates were determined by scanning electron microscopy followed by the use of an image analyzing program (KS 300©, Carl Zeiss). Differences in the flow enhancing potency were shown, which can be explained by the individual tendency of each silica to form smaller fragments. Independent of which bulk solid was used - corn starch or potato starch - and the test method applied, the flow additives showed a consistent rank order of their flow regulating potency. It was demonstrated that precipitated silicas can be as suitable when used as flow regulators as fumed silicas are. An adequate fragmentation tendency must be a precondition for the use as a force reducer, implying that the silica must form small aggregates in a short period of time. Particularly fine ground silicas are composed of agglomerates which can easily be destroyed. It was shown very impressively that those silicas with a high specific surface consist of smaller primary particles which form stronger agglomerates. These types do not represent adequate flow conditioners. Hydrophobic silicas are superior force reducers compared to hydrophilic ones. The lack of additional hydrogen bonds seems to be the reason for the better flow regulating effect of the hydrophobic materials. However, if water adsorbing capacity is of importance, hydrophilic silicas are more suitable. In this case, the precipitated silicas even outperform the fumed silicas. This study has made progress in the characterization of different silica types in order that the various possible applications of each type may become clearer, particularly, as the SIPERNAT®-type is not currently as well established as the AEROSIL®-type. A disadvantage of precipitated silicas in comparison to fumed silicas is their lower chemical purity. Only those products which offer a high SiO2-content conform to Ph. Eur.. It is for this reason that these materials are more suitable for use in the food and feed industry than in the pharmaceutical sector.…