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Défis dans le comportement de stockage du stéarate de magnésium résolus au moyen de l'analyse thermique

Introduction

Le stéarate de magnésium est largement utilisé comme lubrifiant dans la production de cosmétiques et de produits pharmaceutiques. Il est disponible dans le commerce sous la forme d'un mélange de plusieurs sels d'acides gras dont les proportions peuvent varier. En outre, le stéarate de magnésium peut se présenter sous forme de monohydrate, de dihydrate et de trihydrate. En fait, les propriétés physiques, et en particulier les propriétés lubrifiantes de ce matériau sont influencées par sa teneur en humidité et son état d'hydratation. Pour ces raisons, les propriétés du stéarate de magnésium peuvent varier considérablement d'un fabricant à l'autre [2, 3].

Les propriétés variables du stéarate de magnésium peuvent être étudiées au moyen de la DSC, qui est une méthode particulièrement facile et rapide pour obtenir une empreinte digitale de la substance. Une autre méthode d'analyse thermique, la TGA, peut aider à donner une indication sur l'état d'hydratation du stéarate de magnésium.

Dans ce qui suit, un échantillon de stéarate de magnésium a été caractérisé au moyen de mesures DSC et TGA. En outre, l'influence sur les propriétés thermiques d'une période de stockage de 2 heures à 60°C et 120°C dans une atmosphère d'azote sec a été étudiée.

1) Formule chimique du stéarate de magnésium [1]

Conditions d'essai

Les mesures ont été effectuées avec un DSC 214 Polyma et un TG 209 Libra® dans une atmosphère d'azote dynamique. Des creusets scellés Concavus® avec couvercle percé ont été utilisés.

Résultats des tests

La figure 2 illustre la courbe TGA du stéarate de magnésium. Entre la température ambiante et 125°C, l'échantillon perd 3,5% de sa masse initiale, ce qui résulte de la libération d'eau. Dans cette plage de température, deux pics sont détectés dans la courbe DTG (1ère dérivée de la courbe TGA) indiquant deux étapes : d'abord, l'eau de surface s'évapore (1ère étape de perte de masse 1,1 %), puis l'eau de l'hydrate est libérée (2ème étape de perte de masse 2,4 %). Une masse molaire de 591,27 g/mol pour le stéarate de magnésium entraîne une perte théorique d'eau de 2,95 % pour la forme monohydrate, 5,74 % pour la forme dihydrate et 8,37 % pour la forme trihydrate. Par conséquent, la perte de masse détectée est une indication de la forme monohydrate du stéarate de magnésium : Pendant le chauffage, l'échantillon perd d'abord son eau de surface (1ère étape de perte de masse 1.1.%) avant que l'eau cristalline ne soit libérée.

Ce résultat peut être confirmé par les courbes TGA décrites par D. Lugge dans [4] : Pour un stéarate de magnésium dihydraté pur et un stéarate de magnésium trihydraté pur, la perte de masse se ferait à une température plus basse.

Par conséquent, l'échantillon mesuré contient au moins la forme monohydrate du stéarate de magnésium. La différence entre la perte d'eau théorique de 2,95% et celle mesurée de 3,5% entre la température ambiante et 125°C peut provenir de l'évaporation de l'eau de surface et/ou de la présence de dihydrate/trihydrate dans l'échantillon.

2) Mesure TGA sur le stéarate de magnésium tel qu'il a été reçu ; ligne continue : Courbe TGA, ligne pointillée : Courbe DTG

La figure 3 montre la courbe DSC du stéarate de magnésium pendant le chauffage à 200°C. Les pics détectés à 78,3°C, 91,8°C, 95,8°C et 116,0°C sont en partie dus à la libération de l'eau de surface et de l'eau liée, comme l'indique la TGA. Le processus d'évaporation est probablement chevauché par la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion des composants de l'échantillon.

L'effet EndothermiqueA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endothermique à 145,2°C n'est pas associé à une perte de masse et est probablement dû à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion d'un composant de l'échantillon.

3) Mesure DSC sur le stéarate de magnésium tel que reçu

La figure 4 présente les courbes DSC du stéarate de magnésium tel qu'il a été reçu ainsi que les courbes DSC du matériau après un stockage de 2 heures à 60°C (courbe rouge) et à 120°C (courbe noire), respectivement.

4) DSC sur le stéarate de magnésium, 4 tel que reçu (courbe bleue) et après stockage à 60°C (courbe rouge) et 120°C (courbe noire)

Le stockage à 120°C (courbe noire) a complètement modifié le profil DSC : Il a éliminé l'eau de l'hydrate. Selon Ertel et Carstensens [5], le chauffage à 105°C n'élimine pas seulement l'eau mais modifie également la structure des cristaux. Ici, le stockage à 120°C a donné une structure avec des pics de température à 49°C et 53°C.

Pendant le stockage à 60°C, l'échantillon perd une partie de son eau. Par conséquent, la quantité d'eau libérée pendant le chauffage dans le DSC diminue, ce qui réduit l'enthalpie de pointe entre 30°C et 130°C. En outre, les effets sont légèrement décalés vers des températures plus élevées.

Le pic entre 130°C et 155°C est détecté pour les trois mesures et correspond assez bien à la plage de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion théorique du stéarate de magnésium de qualité pharmaceutique (130°C à 145°C [6]). Cependant, son enthalpie est beaucoup plus élevée pour l'échantillon stocké à 120°C. Comme mentionné ci-dessus, cette enthalpie de pointe plus élevée après un stockage à 120°C est probablement associée à un changement dans la structure du stéarate de magnésium [5].

Conclusion

Le stockage du stéarate de magnésium à différentes températures produit un comportement thermique différent, qui peut être observé dans le changement des courbes DSC. Le traitement thermique entraîne la libération d'eau liée différemment, la température de libération de l'eau donnant une indication du type d'eau (par exemple, eau de surface). Les différences dans les courbes DSC résultent probablement aussi de changements dans la structure cristalline de l'échantillon au cours du stockage.

Les stéarates de magnésium disponibles dans le commerce sont des mélanges de différents acides gras qui peuvent varier d'un fabricant à l'autre, ce qui fait de la TGA et de la DSC des outils indispensables pour la vérification avant la préparation d'une composition pharmaceutique.

Literature

  1. [1]
    https://en.wikipedia.org/wiki/Magnesium_stearate
  2. [2]
    Effect of temperature and humidity in vegetable grade magnesium stearate, Mikko Koivisto, Hannu Jalonen, Vesa-Pekka Lehto, Powder Technology 147 (2004) 79-85
  3. [3]
    Thermal Analysis of Pharmaceuticals, édité par Duncan Q.M. Craig, Mike Reading
  4. [4]
    L'histoire du stéarate de magnésium en tant que poudre etlubrifiant pour comprimés , Doug Lugge Director, API Development and Engineering Mallinckrodt
  5. [5]
    K.D. Ertel, JT. Carstensen, An examination of the physical properties of pure magnesium stearate, Int. J. Pharm.1988, 42, p 171 - 180