はじめに
ステアリン酸マグネシウムは、化粧品や医薬品の製造において潤滑剤として使用される白色粉末です [5]。市販のステアリン酸マグネシウムは、比率が異なる脂肪酸塩の混合物であるため、その物理的特性はバッチごとに異なることがあります [4]。さらに、ステアリン酸マグネシウムの特性は、含水率と水和状態に大きく依存します [1]。ステアリン酸マグネシウムのさまざまな特性は、材料のフィンガープリントを得るための特に高速で簡単な方法であるDSCによって調べることができます。もう一つの熱分析法であるTGAは、純粋なステアリン酸マグネシウムの水和状態を示すために使用することができます。以下では、ステアリン酸マグネシウム試料をDSC、TGAおよびPXRD（粉末X線回折）測定によって特性評価した。加えて、湿度の高い雰囲気で2週間保存した場合の熱特性への影響も調べた。
テスト条件
水分処理では、試料を密閉水容器の水面上に置かれた開放容器に2週間保管した。測定は、動的窒素雰囲気下、DSC 214 Polyma 、TG 209Libra を用いて行った。蓋に穴のあいた密閉容器（Concavus® ）を使用した。PXRD測定は、solid-chem GmbHのBruker D8 Advanceで行った。
テスト結果
水分処理したステアリン酸マグネシウムと水分処理しないステアリン酸マグネシウムのTGA測定を図2aと2bに示す（図2aの拡大図）。
試料は、室温から130℃の間で初期質量の3.5%を失った（連続曲線）。この温度範囲における一次微分曲線（DTG）の2つのピークから、これらのプロセスが2つのステップで進行していることがわかります。100℃までの1.8%の最初の質量減少は表面水の蒸発によるもので、100℃から130℃の間の2番目の質量減少ステップは1.7%に達し、ハイドレート水の放出に相当します。
湿度の高い雰囲気中で保管した後に試験した試料では、両方の段階が存在するが、最初の段階の方が質量損失が大きい。
6]に記載された結果によると、水和水の放出による質量減少は、三水和物では65℃、二水和物では85℃、一水和物では95℃あたりから始まる。さらに、ステアリン酸マグネシウムの分子質量は591.257 g/molである[2]。この結果、一水和物の分子量は609.257 g/mol、二水和物の分子量は627.257 g/mol、三水和物の分子量は645.257 g/molとなる。その結果、水和水の損失は純粋な一水和物で2.95％、純粋な二水和物で5.74％、三水和物で8.37％となる。このことは、水分処理をしていない試料は、水和状態の異なるステアリン酸マグネシウムの混合物であり、さらに表面水を含んでいることを示している。
試料を湿度の高い雰囲気で保管すると、水分の放出に起因する第一段階の増加につながります。1]によると、湿気処理はステアリン酸マグネシウムの水和状態に影響を与えない。その結果、加湿処理後、室温から130℃の間で観察される高い質量損失は、表面水の吸着、または結晶構造に吸収された水に由来する。
両試料の分解は350℃付近（外挿開始温度）で始まり、2段階で進行し、総質量損失は89％（保存なしの試料）と86％（保存後の試料）でした。350℃と370℃の間のTGA曲線の傾きが急であることは、最初の分解ステップで反応が速いことを示している。
図3は、水処理なしのステアリン酸マグネシウムのDSC測定を示す。室温から130℃の間に、77℃、90℃、115℃にピーク温度を持つ幅広い吸熱（吸熱性）効果が検出される。その一部は、TGA曲線で検出された水分の蒸発に対応する。これは、吸熱（吸熱性）ピークを生じる試料の融解と重なっている可能性がある。130℃～145℃の融解範囲を示す文献もあり [3]、88℃に融解ピークを示す文献もある [2]。市販されているステアリン酸マグネシウムは、上記とは異なる脂肪酸塩の混合物であることが非常に多いため、データのばらつきが生じます。個々の成分のばらつきにより、物質の特性はバッチごとに異なることがある[4]。
2回目の加熱（赤い曲線）は、1回目の加熱の後、31℃のピークと120℃から150℃の温度範囲における吸熱（吸熱性）効果だけが残っていることを示している。これは、成分の溶融のような可逆的なプロセスを示している。穴のあいた蓋をしたため、この温度では試料内部に水分（吸着したものと化学的に結合したものの両方）はもはや存在しない。したがって、145℃（1回目の加熱）または141℃（2回目の加熱）のピークは、水を含まないステアリン酸マグネシウムの融解範囲に関連している可能性があります。
図4は、ステアリン酸マグネシウムを高湿度雰囲気で保存した後のDSC曲線（1回目および2回目の加熱）を示している。図3と比較すると、湿気処理の影響が容易に観察できる。これは、文献[1]に記載されているように、物性の違いに関連して、室温から130℃の間の1回目の加熱で検出された吸熱（吸熱性）に強い影響を及ぼしている。
しかし、2回目の加熱は元の試料と非常によく似ている。250℃まで加熱した後、乾燥雰囲気中で制御冷却すると、両試料は同じ状態になる。検出されたピークは、成分の融解によるものである。
個々の成分の特徴をより明確にするため、元の試料と水処理した試料の両方でX線回折（PXRD）測定を行った（図5）。
PXRDパターンは、約20°と23.5° 2θのピークで明らかに異なっている。これらのピークは両方の試料に存在するが、その強度は水分処理によって増加する。これは、元の試料にすでに存在していた水和物が、湿潤雰囲気での保管中にますます形成されることを意味する。X線パターンを文献データ[6]と比較すると、20°と23.5° 2θのピークに集中しながら、三水和物が確認された。
水和物は水分の存在下でも安定である [1]ので、三水和物は元の試料に存在する無水物から形成されたものである。この結果は、LV AllenとPE Luner [7]による、ステアリン酸マグネシウムの無水物は相対湿度50%以上で再水和して三水和物を形成するという評価を裏付けるものである。
結論
ステアリン酸マグネシウムのDSCとTGA測定を、湿潤雰囲気下での保存の有無にかかわらず実施した。水分処理により、表面水分と結晶水分の両方が増加した。
水分処理とステアリン酸マグネシウムの物性には相関関係があるため[1]、この知識はより重要である。この目的のために、DSCとTGAは、異なるロットの迅速な特性評価および/または比較を可能にする有用なツールです。
謝辞
NETZSCH PXRD測定と評価を実施してくれたドイツ、ボーフムのsolid-chem GmbHに感謝する。