Въведение
Магнезиевият стеарат се използва широко като лубрикант в производството на козметика и фармацевтични продукти. Той се предлага в търговската мрежа като смес от няколко соли на мастни киселини, които могат да варират по съотношение. Освен това магнезиевият стеарат може да се срещне като монохидрат, дихидрат и трихидрат. Всъщност физичните свойства, и по-специално смазочните свойства на този материал, се влияят от съдържанието на влага в него и от състоянието му на хидратация. Поради тези причини свойствата на магнезиевия стеарат могат да варират значително при различните производители [2, 3].
Променящите се свойства на магнезиевия стеарат могат да бъдат изследвани с помощта на DSC, който е особено лесен и бърз метод за получаване на пръстов отпечатък на веществото. Друг метод за термичен анализ, TGA, може да помогне да се получи представа за хидратационното състояние на магнезиевия стеарат.
По-долу е описана проба от магнезиев стеарат чрез измервания на DSC и TGA. Освен това е изследвано влиянието върху термичните свойства в резултат на двучасово съхранение при 60°C и 120°C в суха азотна атмосфера.
Условия за изпитване
Измерванията са проведени с DSC 214 Polyma и TG 209 Libra® в атмосфера на динамичен азот. Използвани са запечатани тигли Concavus® с пробит капак.
Резултати от тестовете
На фигура 2 е представена TGA кривата на магнезиевия стеарат. Между стайна температура и 125 °C пробата губи 3,5 % от първоначалната си маса, което е резултат от отделянето на вода. В този температурен диапазон се откриват два пика в DTG-кривата (1-ва производна на TGA-кривата), които показват две стъпки: първо, повърхностната вода се изпарява (1-ва стъпка на загуба на маса 1,1 %), след което се освобождава хидратна вода (2-ра стъпка на загуба на маса 2,4 %) Моларната маса от 591,27 g/mol за магнезиев стеарат води до теоретична загуба на вода от 2,95 % за монохидратната форма, 5,74 % за дихидратната форма и 8,37 % за трихидратната форма. Следователно установената загуба на маса е показателна за монохидратната форма на магнезиевия стеарат: По време на нагряването пробата първо губи повърхностната си вода (първа стъпка на загуба на маса 1.1 %), преди да се освободи кристалната вода.
Този резултат може да бъде потвърден от TGA кривите, описани от D. Lugge в [4]: За чист магнезиев стеарат дихидрат и чист трихидрат загубата на маса би била при по-ниска температура.
Следователно измерената проба съдържа поне монохидратната форма на магнезиев стеарат. Разликата между теоретичната загуба на вода от 2,95 % и измерената от 3,5 % между стайна температура и 125 °C може да се дължи на изпаряване на повърхностна вода и/или на наличието на дихидрат/трихидрат в образеца.
Фигура 3 показва DSC кривата на магнезиев стеарат при нагряване до 200°C. Пиковете, открити при 78,3°C, 91,8°C, 95,8°C и 116,0°C, се дължат отчасти на освобождаването на повърхностна вода и свързана вода, както е посочено от TGA. Процесът на изпаряване вероятно се припокрива с топенето на компонентите на пробата.
Ендотермичният ефект при 145,2 °C не е свързан със загуба на маса и вероятно се дължи на топене на съставна част на пробата.
На фигура 4 са показани DSC кривите на магнезиевия стеарат във вида, в който е получен, както и DSC кривите на материала след съхранение за 2 часа при 60°C (червена крива) и при 120°C (черна крива), съответно.
Съхранението при 120°C (черната крива) променя изцяло профила на DSC: То премахва хидратната вода. Според Ertel и Carstensens [5] нагряването при 105°C не само премахва водата, но и променя структурата на кристалите. В този случай съхранението при 120°C е довело до структура с пикови температури при 49°C и 53°C.
По време на съхранението при 60°C пробата губи част от водата си. Поради това количеството на водата, отделена по време на нагряването в DSC, намалява, което понижава пиковата енталпия между 30°C и 130°C. Освен това ефектите са леко изместени към по-високи температури.
Пикът между 130°C и 155°C се открива и при трите измервания и е в доста добро съответствие с теоретичния диапазон на топене на фармацевтичния магнезиев стеарат (130°C до 145°C [6]). Въпреки това неговата енталпия е много по-висока за пробата, съхранявана при 120°C. Както беше споменато по-горе, този по-висок връх на енталпията след съхранение при 120°C вероятно е свързан с промяна в структурата на магнезиевия стеарат [5].
Заключение
Съхраняването на магнезиев стеарат при различни температури води до различно термично поведение, което се вижда от промяната на DSC кривите. Термичната обработка води до отделяне на различно свързана вода, като температурата на отделяне на водата дава индикация за вида на водата (напр. повърхностна вода). Разликите в DSC кривите вероятно са резултат и от промени в кристалната структура на пробата по време на съхранението.
Предлаганите в търговската мрежа магнезиеви стеарати са смеси от различни мастни киселини, които могат да варират при различните производители, което прави TGA и DSC незаменими инструменти за проверка преди приготвянето на фармацевтичната композиция.