Introduktion
Magnesiumstearat bruges i vid udstrækning som smøremiddel i produktionen af kosmetik og lægemidler. Det er kommercielt tilgængeligt som en blanding af flere fedtsyresalte, der kan variere i forhold til hinanden. Desuden findes magnesiumstearat som monohydrat, dihydrat og trihydrat. Faktisk påvirkes dette materiales fysiske egenskaber, og især dets smøreegenskaber, af dets fugtindhold og dets hydratiseringstilstand. Af disse grunde kan magnesiumstearats egenskaber variere betydeligt fra producent til producent [2, 3].
De varierende egenskaber ved magnesiumstearat kan undersøges ved hjælp af DSC, som er en særlig nem og hurtig metode til at få et fingeraftryk af stoffet. En anden metode til termisk analyse, TGA, kan hjælpe med at give en indikation af magnesiumstearats hydratiseringstilstand.
I det følgende blev en magnesiumstearatprøve karakteriseret ved hjælp af DSC- og TGA-målinger. Derudover blev indflydelsen på de termiske egenskaber som følge af en 2-timers opbevaringsperiode ved 60 °C og 120 °C i en tør nitrogenatmosfære undersøgt.
Testbetingelser
Målingerne blev udført med en DSC 214 Polyma og en TG 209 Libra® i en dynamisk nitrogenatmosfære. Der blev brugt forseglede Concavus® digler med gennembrudt låg.
Testresultater
Figur 2 viser TGA-kurven for magnesiumstearat. Mellem stuetemperatur og 125 °C mister prøven 3,5 % af sin oprindelige masse som følge af frigivelse af vand. I dette temperaturområde ses to toppe i DTG-kurven (1. afledning af TGA-kurven), hvilket indikerer to trin: Først fordamper overfladevandet (1. massetabstrin 1,1 %), derefter frigives hydratvandet (2. massetabstrin 2,4 %). En molær masse på 591,27 g/mol for magnesiumstearat resulterer i et teoretisk tab af vand på 2,95 % for monohydratformen, 5,74 % for dihydratformen og 8,37 % for trihydratformen. Derfor er det påviste massetab en indikation på monohydratformen af magnesiumstearat: Under opvarmningen mister prøven først sit overfladevand (1. massetabstrin 1,1 %), før krystalvandet frigives.
Dette resultat kan bekræftes af de TGA-kurver, der er beskrevet af D. Lugge i [4]: For et rent magnesiumstearatdihydrat og rent trihydrat ville massetabet være ved en lavere temperatur.
Derfor indeholder den målte prøve i det mindste monohydratformen af magnesiumstearat. Forskellen mellem det teoretiske vandtab på 2,95 % og det målte på 3,5 % mellem stuetemperatur og 125 °C kan skyldes FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning af overfladevand og/eller tilstedeværelsen af dihydrat/trihydrat i prøven.
Figur 3 viser DSC-kurven for magnesiumstearat under opvarmning til 200 °C. Toppene ved 78,3 °C, 91,8 °C, 95,8 °C og 116,0 °C skyldes til dels frigivelse af overfladevand og bundet vand, som det fremgår af TGA. Fordampningsprocessen overlappes sandsynligvis af Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning af prøvekomponenterne.
Den endotermiske effekt ved 145,2 °C er ikke forbundet med et massetab og skyldes sandsynligvis Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning af en bestanddel af prøven.
Figur 4 viser DSC-kurverne for magnesiumstearat som modtaget sammen med DSC-kurverne for materialet efter opbevaring i 2 timer ved henholdsvis 60 °C (rød kurve) og 120 °C (sort kurve).
Opbevaring ved 120 °C (sort kurve) ændrede DSC-profilen fuldstændigt: Det fjernede hydratvandet. Ifølge Ertel og Carstensens [5] fjerner opvarmning ved 105 °C ikke kun vand, men ændrer også krystallernes struktur. Her gav opbevaringen ved 120 °C en struktur med spidstemperaturer på 49 °C og 53 °C.
Under opbevaring ved 60 °C mister prøven en del af sit vand. Derfor falder mængden af vand, der frigives under opvarmning i DSC, hvilket sænker den maksimale entalpi mellem 30 °C og 130 °C. Derudover forskydes effekterne en smule til højere temperaturer.
Toppen mellem 130 °C og 155 °C findes i alle tre målinger og er i god overensstemmelse med det teoretiske smelteområde for magnesiumstearat af farmaceutisk kvalitet (130 °C til 145 °C [6]). Entalpien er dog meget højere for prøven, der blev opbevaret ved 120 °C. Som nævnt ovenfor er denne højere topentalpi efter opbevaring ved 120 °C sandsynligvis forbundet med en ændring i magnesiumstearatets struktur [5].
Konklusion
Opbevaring af magnesiumstearat ved forskellige temperaturer giver forskellig termisk opførsel, hvilket kan ses i ændringen af DSC-kurverne. Termisk behandling medfører frigivelse af forskelligt bundet vand, og vandfrigivelsestemperaturen giver en indikation af vandtypen (f.eks. overfladevand). Forskellene i DSC-kurverne skyldes sandsynligvis også ændringer i prøvens krystalstruktur under opbevaring.
Kommercielt tilgængelige magnesiumstearater er blandinger af forskellige fedtsyrer, der kan variere fra en producent til en anden, hvilket gør TGA og DSC til uundværlige værktøjer til verificering, inden man fremstiller en farmaceutisk sammensætning.