Pharma-Verpackung

Silikonisierung von Glasoberflächen für Fertigspritzen verbessert

15.04.2019 Die Industrieforschungseinrichtung Innovent in Jena hat verbesserte Verfahren zur Einbrenn- und Sprüh-Silikonisierung von vorfüllbaren Glasspritzen entwickelt.

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Bild 1: Wassertropfen in einer sprühsilikonisierten Spritze (links), daneben in einer hydophob beschichteten Spritze. (Bild: Innovent)

Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte gezeigt werden, dass sich die bislang thermisch fixierte Silikonöl-Emulsion durch geringfügige Modifizierung auch mit Hilfe von Mikrowellen-Strahlung an die Glasoberfläche anbinden lässt. Und zweitens, dass mit Hilfe einer komplett nachbehandlungsfreien Methode eine Anbindung von Silikonöl an die Glasoberfläche möglich ist, um die gewünschte Gleitreibungswirkung zu erreichen. Die im Rahmen des Projektes untersuchten Schichten sind jedoch auch für weitere Anwendungen nutzbar.

Bei der Herstellung von vorfüllbaren Glasspritzen ist eine Silikonisierung unumgänglich, um die Gleitreibungskräfte zwischen Kolbenstopfen und Spritzenzylinder möglichst gering zu halten. Derzeit werden zwei Verfahren zur Modifikation der Glasoberfläche eingesetzt: die Sprüh-Silikonisierung sowie die Einbrenn-Silikonisierung.

Größtes Problem bei der Silikonisierung waren bislang freie Silikonöl-Tröpfchen im Medikament, die durch zu hohe Mengen an Silikonöl zustande kommen und anschließend mit bestimmten Wirkstoffen aggregieren können. Die Einbrenn-Silikonisierung ist deshalb meist die bevorzugte Wahl, weil hierbei eine möglichst geringe Belastung mit freien Silikonöl-Tröpfchen erreicht wird. Ziel des Forschungsprojektes war es daher, effektivere Fixierungsmethoden zur Anbindung des Silikonöls an die Glasoberfläche zu entwickeln, bei denen die gewünschten Eigenschaften (Hydrophobie und Gleitwirkung) nicht beeinträchtigt werden.

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Bild 2: Wassertropfen in einer sprühsilikonisierten Spritze (links), daneben in einer hydophob beschichteten Spritze. (Bild: Innovent)

Neue Beschichtungsmethoden

Die Versuche bei Innovent zeigen nun zwei Alternativen auf:

  • So lässt sich die bisher thermisch fixierte Silikonöl-Emulsion nach einer geringfügigen Modifikation entweder mittels Mikrowellenbehandlung anbinden oder thermisch bei deutlich reduzierter Temperatur (150 °C anstatt wie bisher 300°C).
  • Aus einer speziellen Reaktionslösung werden einzelne Moleküle dieser Lösung an der Glasoberfläche gebunden. Weitere Moleküle reagieren damit, so dass an der Oberfläche Polymere aus Silikonöl ausgebildet werden, die man sich wie die Borsten einer Bürste vorstellen kann. So wird eine Anbindung von Silikonöl in Form einer ultradünnen Beschichtung erreicht; die Methode ist nachbehandlungsfrei.

Die hydrophoben Eigenschaften der so behandelten Glasoberflächen sowie das Gleitreibungsverhalten sind vergleichbar mit den Werten von Spritzenkörpern mit Sprüh- oder Einbrenn-Silikonisierung (siehe Bild 1). Die ultradünnen, hydrophoben Schichten sind temperaturstabil bis 150 °C und weisen eine sehr gute mechanische Beständigkeit auf. Neben dieser Anwendung in der der Pharmaverpackung sind zahlreiche weitere Anwendungen möglich, vor allem bei Metallen mit oxidischen Oberlächen, aber auch – nach einer Vorbehandlung mit Pyrosil –  auf nicht-oxidischen Oberflächen, beispielsweise Kunststoffen. In einem Abriebstest konnte die Stabilität der Beschichtungen auf den Kunststoff-Substraten (Plexiglas) auch nach 10.000 Zyklen erfolgreich nachgewiesen werden (siehe Bild 2).

Die Arbeiten wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen Inno-KOM MF150028 finanziell unterstützt.

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