Drug Polymer Thermodynamic Phase Diagrams in the Selection of Optimal API-Polymer Compositions for Amorphous Solid Dispersions

Purpose The aim of this work was to examine, for amorphous solid dispersions, how the thermal analysis method selected impacts on the construction of thermodynamic phase diagrams, and to assess the predictive value of such phase diagrams in the selection of optimal, physically stable API-polymer compositions. Methods Thermodynamic phase diagrams for two API/polymer systems (naproxen/HPMC AS LF and naproxen/Kollidon 17 PF) were constructed from data collected using two different thermal analysis methods. The “dynamic” method involved heating the physical mixture at a rate of 1 &[deg]C/minute. In the "static" approach, samples were held at a temperature above the polymer Tg for prolonged periods, prior to scanning at 10 &[deg]C/minute. Subsequent to construction of phase diagrams, solid dispersions consisting of API-polymer compositions representative of different zones in the phase diagrams were spray dried and characterised using DSC, pXRD, TGA, FTIR, DVS and SEM. The stability of these systems was investigated under the following conditions: 25 &[deg]C, desiccated; 25 &[deg]C, 60 % RH; 40 &[deg]C, desiccated; 40 &[deg]C, 60 % RH. Results Endset depression occurred with increasing polymer volume fraction (Figure 1a). In conjunction with this data, Flory-Huggins and Gordon-Taylor theory were applied to construct thermodynamic phase diagrams (Figure 1b). The Flory-Huggins interaction parameter (&[chi]) for naproxen and HPMC AS LF was + 0.80 and + 0.72, for the dynamic and static methods respectively. For naproxen and Kollidon 17 PF, the dynamic data resulted in an interaction parameter of - 1.1 and the isothermal data produced a value of - 2.2. For both systems, the API appeared to be less soluble in the polymer when the dynamic approach was used. Stability studies of spray dried solid dispersions could be used as a means of validating the thermodynamic phase diagrams. Conclusion The thermal analysis method used to collate data has a deterministic effect on the phase diagram produced. This effect should be considered when constructing thermodynamic phase diagrams, as they can be a useful tool in predicting the stability of amorphous solid dispersions.

Integro-difference equations for interacting species and the Neolithic transition

We introduce a set of sequential integro-difference equations to analyze the dynamics of two interacting species. Firstly, we derive the speed of the fronts when a species invades a space previously occupied by a second species, and check its validity by means of numerical random-walk simulations. As an example, we consider the Neolithic transition: the predictions of the model are consistent with the archaeological data for the front speed, provided that the interaction parameter is low enough. Secondly, an equation for the coexistence time between the invasive and the invaded populations is obtained for the first time. It agrees well with the simulations, is consistent with observations of the Neolithic transition, and makes it possible to estimate the value of the interaction parameter between the incoming and the indigenous populations

Highly asymmetric phase diagram of a poly(1,2-octylene oxide)-poly(ethylene oxide) diblock copolymer system comprising a brush-like poly(1,2-octylene oxide) block

The phase diagram of a series of poly(1,2-octylene oxide)-poly(ethylene oxide) (POO-PEO) diblock copolymers is determined by small-angle X-ray scattering. The Flory-Huggins interaction parameter was measured by small-angle neutron scattering. The phase diagram is highly asymmetric due to large conformational asymmetry that results from the hexyl side chains in the POO block. Non-lamellar phases (hexagonal and gyroid) are observed near f(PEO) = 0.5, and the lamellar phase is observed for f(PEO) >= 0.5.

Monte Carlo field-theoretic simulations for melts of symmetric diblock copolymer

Monte Carlo field-theoretic simulations (MCFTS) are performed on melts of symmetric diblock copolymer for invariant polymerization indexes extending down to experimentally relevant values of N̅ ∼ 10^4. The simulations are performed with a fluctuating composition field, W_−(r), and a pressure field, W_+(r), that follows the saddle-point approximation. Our study focuses on the disordered-state structure function, S(k), and the order−disorder transition (ODT). Although shortwavelength fluctuations cause an ultraviolet (UV) divergence in three dimensions, this is readily compensated for with the use of an effective Flory−Huggins interaction parameter, χ_e. The resulting S(k) matches the predictions of renormalized one-loop (ROL) calculations over the full range of χ_eN and N̅ examined in our study, and agrees well with Fredrickson−Helfand (F−H) theory near the ODT. Consistent with the F−H theory, the ODT is discontinuous for finite N̅ and the shift in (χ_eN)_ODT follows the predicted N̅^−1/3 scaling over our range of N̅.

Application of Microelectrode Voltammetry to Study the Properties of Surfactant Solutions: Alkyltrimethylammonium Bromides

Microelectrode cyclic voltammetry (MV) has been employed to investigate the micellar properties of solutions of homologous alkyltrimethylammonium bromides, RMe(3)ABr, R = C(10), C(12), and C(14), in water and in the presence of added NaBr. The micellar self-diffusion coefficient was calculated from the limiting current for the reversible electron transfer of micelle-bound ferrocene. From the values of this property, other parameters were calculated, including the micellar hydrodynamic radius, RH, and aggregation number, N(agg); the latter was also theoretically calculated. We determined the values of the diffusion coefficient as a function of various experimental variables and observed the following trends: The diffusion coefficient decreases as a function of increasing surfactant concentration (no additional electrolyte added); it decreases as a function of increasing surfactant concentration at fixed NaBr concentration; and it shows a complex dependence (increase then decrease) on the NaBr concentration at a fixed RMe(3)ABr concentration. The value of the intermicellar interaction parameter decreases and then increases as a function of increasing NaBr concentration. These results are discussed in terms of intermicellar,interactions and the effect of NaBr on the micellar surface charge density and sphere-to-rod geometry change. The NaBr concentration required to induce the latter change increases rapidly as a function of decreasing the length of R: no geometry change was detected for C(10)Me(3)ABr. Values of N(agg) increase as I function of increasing the length of R and are in good agreement with both literature values and values that were calculated theoretically. Thus, MV is a convenient and simple technique for obtaining fundamental properties of surfactant solutions, including additive-induced changes of micellar parameters (N(agg)) and morphology changes.

Estudo da interação no setor escuro através do parâmetro de hubble

A possible approach to the cosmological coincidence problem is to allow dark matter and dark energy to interact with each other also nongravitationally. Two general classes of interaction were considered in this thesis, characterized by a constant interaction parameter ( or

Mapping deformed hyperbolic potentials into nondeformed ones

In this work we introduce a mapping between the so-called deformed hyperbolic potentials, which are presenting a continuous interest in the last few years, and the corresponding nondeformed ones. As a consequence, we conclude that these deformed potentials do not pertain to a new class of exactly solvable potentials, but to the same one of the corresponding nondeformed ones. Notwithstanding, we can reinterpret this type of deformation as a kind of symmetry of the nondeformed potentials. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ternäre polymerhaltige Lösungen - Phasenverhalten und Grenzflächenspannung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasen- und Grenzflächenverhalten von ternären Systemen des Typs Lösungsmittel/Fällungsmittel/Polymer durchgeführt. Diese Art der Mischungen ist vor allem für die Planung und Durchführung der Membranherstellung von Bedeutung, bei der die genaue Kenntnis des Phasendiagramms und der Grenzflächenspannung unabdingbar ist. Als Polymere dienten Polystyrol sowie Polydimethylsiloxan. Im Fall des Polystyrols kam Butanon-2 als Lösungsmittel zum Einsatz, wobei drei niedrigmolekulare lineare Alkohole als Fällungsmittel verwendet wurden. Für Polydimethylsiloxan eignen sich Toluol als Lösungsmittel und Ethanol als Fällungsmittel. Durch Lichtstreumessungen, Dampfdruckbestimmungen mittels Headspace-Gaschromatographie (VLE-Gleichgewichte) sowie Quellungsgleichgewichten lassen sich die thermodynamischen Eigenschaften der binären Subsysteme charakterisieren. Auf Grundlage der Flory-Huggins-Theorie kann das experimentell bestimmte Phasenverhalten (LLE-Gleichgewichte) in guter Übereinstimmung nach der Methode der Direktminimierung der Gibbs'schen Energie modelliert werden. Zieht man die Ergebnisse der Aktivitätsbestimmung von Dreikomponenten-Mischungen mit in Betracht, so ergeben sich systematische Abweichungen zwischen Experiment und Theorie. Sie können auf die Notwendigkeit ternärer Wechselwirkungsparameter zurückgeführt werden, die ebenfalls durch Modellierung zugänglich sind.Durch die aus den VLE- und LLE-Untersuchungen gewonnenen Ergebnissen kann die sog. Hump-Energie berechnet werden, die ein Maß für die Entmischungstendenz darstellt. Diese Größe eignet sich gut zur Beschreibung von Grenzflächenphänomenen mittels Skalengesetzen. Die für binäre Systeme gefundenen theoretisch fundierten Skalenparameter gelten jedoch nur teilweise. Ein neues Skalengesetz lässt erstmals eine Beschreibung über die gesamte Mischungslücke zu, wobei ein Parameter durch eine gemessene Grenzflächenspannung (zwischen Fällungsmittel/Polymer) ersetzt werden kann.

Durchdringungs- und Adsorptionsverhalten von Stern-Polymeren

Änderungen in der Architektur von Polymeren abweichend von einer linearen Kette, beeinflussen deren physikalisch-chemisches Verhalten. Eine mögliche Architektur der verzweigten Moleküle stellen sternförmige Polymere dar. An einem zentralen Molekül als Kern, beispielsweise einem Dendrimer, sind an dessen Endpunkte lineare Polymerketten kovalent gebunden. In dieser Arbeit wurden zwei Problemstellungen behandelt. Zunächst wurde das Verhalten von Sternpolymeren aus Polybutadien in einer Matrix aus linearem Polybutadien mittels Neutronenkleinwinkelstreuung untersucht. Die Molekulargewichte der linaren Ketten wurden so gewählt, daî eines ein kleineres und das zweite ein größeres Molekulargewicht hat, als der leichteste bzw. schwerste Arm der verwendeten Sternpolymere. Neben den Parametern Armanzahl und -gewicht wurde die Konzentrations- und Temperaturabhängig durchgeführt. Die aus diesen Messungen extrahierten Parameter wurden mit den theoretischen Vorhersagen bezüglich des Skalenverhaltens vonSternpolymeren in derartigen Mischungen verglichen. Weiterhin wurde ein Interaktionsparameter bestimmt und in einzelne Anteile verschiedener Arten der Wechselwirkungen zerlegt. Die zweite Fragestellung betraf das Adsorptionsverhalten von Sternpolymeren im Vergleich mit linearen Polymeren. Es wurde die Kinetik der Adsorption mittels Ellipsometrie, die Strukturbildung mit dem Rasterkraftmikroskop und Streuung unter streifendem Einfalluntersucht.

Beeinflussung der Grenzflächenspannung zwischen den Schmelzen "unverträglicher" Homopolymere durch Copolymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurde am System Polyethylenoxid / Polypropylenoxid (PEO / PPO) der Einfluß von Copolymeren auf die Grenzflächenspannung Sigma von Homopolymerblends untersucht. Als Additive dienten Triblockcopolymere EO-block-PO-block-EO bzw. PO-block-EO-block-PO, Diblockcopolymere S-block-EO sowie statistische Copolymere EO-ran-PO. Die Additive wurden so ausgewählt, daß sich Paare von Additiven jeweils in genau einer Eigenschaft (Zusammensetzung, Kettenlänge, Blockanordnung) unterscheiden, in allen anderen Parametern jedoch vergleichbar sind. Die Grenzflächenspannung wurde experimentell mit Hilfe der Pendant-Drop-Methode in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt, wobei das Polymer mit der höheren Dichte, PEO, die Tropfenphase und PPO die Matrixphase bildet. Das Additiv wurde bei Messung der Grenzflächenspannung der ternären Systeme in unterschiedlichen Konzentrationen entweder einer oder beiden Homopolymerphasen zugegeben. Die Konzentrationsabhängigkeit von Sigma lässt sich sowohl mit dem Modell von Tang und Huang als auch mit einem Langmuir-analogen Ansatz gut beschreiben.Um den Zusammenhang zwischen sigma und dem Phasenverhalten zu untersuchen, wurden für einige der ternären Systeme Trübungskurven bei 100°C aufgenommen. Der Vergleich zwischen den Phasendiagrammen und den korrespondierenden Werten von sigma weist darauf hin, dass ein Additiv sigma gerade dann wirksam reduziert, wenn es einem Homopolymer zugefügt wird, mit dem es nur begrenzt verträglich ist, da dann die Triebkraft zur Anlagerung an der Grenzfläche besonders ausgeprägt ist. Das bereits bekannte Phänomen, wonach der Wert der Grenzflächenspannung davon abhängig sein kann, in welcher der Phasen das Additiv zu Beginn der Messung vorliegt, wurde ausführlich untersucht. Es wird angenommen, dass das System nicht in jedem Fall das thermodynamische Gleichgewicht erlangt und der beobachtete Effekt auf das Erreichen stationärer Zustände zurückzuführen ist. Dieses Verhalten kann mit einem Modell beschrieben werden, in welches das Viskositätsverhältnis der Homopolymere sowie der Verteilungskoeffizient des Copolymers zwischen den Homopolymerphasen eingehen. Aus Löslichkeitsparametern wurde der binäre Wechselwirkungsparameter Chi PEO/PPO = 0.18 abgeschätzt und mit diesem die theoretischen Werte für sigma zwischen PEO und PPO nach den Modellen von Roe bzw. Helfand und Tagami berechnet. Der Vergleich mit den experimentellen Daten des binären Systems zeigt, dass beide Ansätze sigma-Werte liefern, die in der Größenordnung der experimentellen Daten liegen, hierbei erweist sich der Ansatz von Roe als besonders geeignet. Die Temperaturabhängigkeit der Grenzflächenspannung wird jedoch durch beide Ansätze unzutreffend wiedergegeben. Mit dem Modell von Helfand und Tagami wurden eine Grenzflächendicke von 7.9 Å und das Dichteprofil der Grenzfläche berechnet. Für die Copolymere EO92PO56EO92 und S9EO22 (die Indices geben die Zahl der Monomereinheiten an) können die Grenzflächenüberschusskonzentrationen, die kritische Mizellenkonzentration sowie der einem Additivmolekül an der Grenzschicht zur Verfügung stehende Platz bestimmt werden.Der Vergleich unterschiedlicher Copolymere hinsichtlich ihrer Fähigkeit, sigma wirkungsvoll herabzusetzen, zeigt, dass im Fall von Triblockcopolymeren die Anordnung der Blöcke gegenüber der Zusammensetzung eine untergeordnete Rolle spielt. Mit zunehmender Kettenlänge nimmt die Effektivität als Compatibilizer sowohl bei Blockcopolymeren als auch bei statistischen Copolymeren zu.

Comparison of Lattice-Fluid Binary Parameters For Mixtures and Block Copolymers

The aim of this report is to discuss the method of determination of lattice-fluid binary interaction parameters by comparing well characterized immiscible blends and block copolymers of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(ϵ−caprolactone) (PCL). Experimental pressure-volume-temperature (PVT) data in the liquid state were correlated with the Sanchez—Lacombe (SL) equation of state with the scaling parameters for mixtures and copolymers obtained through combination rules of the characteristic parameters for the pure homopolymers. The lattice-fluid binary parameters for energy and volume were higher than those of block copolymers implying that the copolymers were more compatible due to the chemical links between the blocks. Therefore, a common parameter cannot account for both homopolymer blend and block copolymer phase behaviors based on current theory. As we were able to adjust all data of the mixtures with a single set of lattice-binary parameters and all data of the block copolymers with another single set we can conclude that both parameters did not depend on the composition for this system. This characteristic, plus the fact that the additivity law of specific volumes can be suitably applied for this system, allowed us to model the behavior of the immiscible blend with the SL equation of state. In addition, a discussion on the relationship between lattice-fluid binary parameters and the Flory–Huggins interaction parameter obtained from Leibler's theory is presented.

Effects of potential models on the adsorption of ethane and ethylene on graphitized thermal carbon black. Study of two-dimensional critical temperature and isosteric heat versus loading

Adsorption of ethylene and ethane on graphitized thermal carbon black and in slit pores whose walls are composed of graphene layers is studied in detail to investigate the packing efficiency, the two-dimensional critical temperature, and the variation of the isosteric heat of adsorption with loading and temperature. Here we used a Monte Carlo simulation method with a grand canonical Monte Carlo ensemble. A number of two-center Lennard-Jones (LJ) potential models are investigated to study the impact of the choice of potential models in the description of adsorption behavior. We chose two 2C-LJ potential models in our investigation of the (i) UA-TraPPE-LJ model of Martin and Siepmann (J. Phys. Chem. B 1998,102, 25692577) for ethane and Wick et al. (J. Phys. Chem. B 2000,104, 8008-8016) for ethylene and (ii) AUA4-LJ model of Ungerer et al. (J. Chem. Phys. 2000,112, 5499-5510) for ethane and Bourasseau et al. (J. Chem. Phys. 2003, 118, 3020-3034) for ethylene. These models are used to study the adsorption of ethane and ethylene on graphitized thermal carbon black. It is found that the solid-fluid binary interaction parameter is a function of adsorbate and temperature, and the adsorption isotherms and heat of adsorption are well described by both the UA-TraPPE and AUA models, although the UA-TraPPE model performs slightly better. However, the local distributions predicted by these two models are slightly different. These two models are used to explore the two-dimensional condensation for the graphitized thermal carbon black, and these values are 110 K for ethylene and 120 K for ethane.

Equilibrium swelling measurements of network and semicrystalline polymers in supercritical carbon dioxide using high-pressure NMR

The extent of swelling of cross-linked poly(dimethylsiloxane) and linear low-density poly(ethylene) in supercritical CO2 has been investigated using high-pressure NMR spectroscopy and microscopy. Poly(dimethylsiloxane) was cross-linked to four different cross-link densities and swollen in supercritical CO2. The Flory-Huggins interaction parameter, x, was found to be 0.62 at 300 bar and 45 degrees C, indicating that supercritical CO2 is a relatively poor solvent compared to toluene or benzene. Linear low-density poly(ethylene) was shown to exhibit negligible swelling upon exposure to supercritical CO2 up to 300 bar. The effect Of CO2 pressure on the amorphous region of the poly(ethylene) was investigated by observing changes in the H-1 T-2 relaxation times of the polymer. These relaxation times decreased with increasing pressure, which was attributed to a decrease in mobility of the polymer chains as a result of compressive pressure.

On the multicomponent polynomial solution models

The present study addresses the problem of predicting the properties of multicomponent systems from those of corresponding binary systems. Two types of multicomponent polynomial models have been analysed. A probabilistic interpretation of the parameters of the Polynomial model, which explicitly relates them with the Gibbs free energies of the generalised quasichemical reactions, is proposed. The presented treatment provides a theoretical justification for such parameters. A methodology of estimating the ternary interaction parameter from the binary ones is presented. The methodology provides a way in which the power series multicomponent models, where no projection is required, could be incorporated into the Calphad approach.

Influences of the isospin-dependence of in-medium nucleon nucleon cross-section and momentum dependent interaction on isoscaling parameter

Influences of the isospin-dependent in-medium nucleon nucleon cross-section (sigma(iso)(NN) and momentum-dependent interaction (MDI) on the isoscaling parameter a are investigated for two central collisions Ca-40 +Ca-40 and Ca-60+ Ca-60. These collisions are with isospin dependent quantum molecular dynamics in the beam energy region from 40 to 60 MeV/nucleon. The isotope yield ratio R-21 (N, Z) for the above two central collisions depends exponentially on the neutron number N and proton number Z of isotopes, with an isoscaling. In particular, the isospin-dependent (sigma(iso)(NN) and MDI induce an obvious de crease of the isoscaling parameter a. The mechanism of the decreases of a by both sigma(iso)(NN) and MDI are studied respectively.