Introducere
Stearatul de magneziu este utilizat pe scară largă ca lubrifiant în producția de produse cosmetice și farmaceutice. Acesta este disponibil în comerț sub forma unui amestec de mai multe săruri de acizi grași care pot varia în proporție. În plus, stearatul de magneziu poate fi găsit ca monohidrat, dihidrat și trihidrat. De fapt, proprietățile fizice și, în special, proprietățile lubrifiante ale acestui material sunt influențate de conținutul său de umiditate și de starea sa de hidratare. Din aceste motive, proprietățile stearatului de magneziu pot varia considerabil de la un producător la altul [2, 3].
Proprietățile variabile ale stearatului de magneziu pot fi investigate cu ajutorul DSC, care este o metodă deosebit de ușoară și rapidă pentru obținerea unei amprente a substanței. O altă metodă de analiză termică, TGA, poate ajuta la obținerea unei indicații privind starea de hidratare a stearatului de magneziu.
În cele ce urmează, o probă de stearat de magneziu a fost caracterizată prin intermediul măsurătorilor DSC și TGA. În plus, a fost studiată influența asupra proprietăților termice a unei perioade de depozitare de 2 ore la 60°C și 120°C într-o atmosferă de azot uscat.
Condiții de testare
Măsurătorile au fost efectuate cu un DSC 214 Polyma și un TG 209 Libra® într-o atmosferă dinamică de azot. Au fost utilizate creuzete sigilate Concavus® cu capac perforat.
Rezultatele testelor
Figura 2 prezintă curba TGA a stearatului de magneziu. Între temperatura camerei și 125°C, proba pierde 3,5% din masa sa inițială, ca urmare a eliberării apei. În acest interval de temperatură, se detectează două vârfuri în curba DTG (derivataI a curbei TGA), indicând două etape: mai întâi, apa de suprafață se evaporă (prima etapă de pierdere de masă 1,1 %), apoi apa din hidrat este eliberată (a doua etapă de pierdere de masă 2,4 %) O masă molară de 591,27 g/mol pentru stearatul de magneziu duce la o pierdere teoretică de apă de 2,95 % pentru forma monohidrat, 5,74 % pentru forma dihidrat și 8,37 % pentru forma trihidrat. Prin urmare, pierderea de masă detectată este un indiciu pentru forma monohidrat de stearat de magneziu: În timpul încălzirii, proba își pierde mai întâi apa de suprafață (primul pas de pierdere de masă 1.1.%) înainte ca apa cristalină să fie eliberată.
Acest rezultat poate fi confirmat de curbele TGA descrise de D. Lugge în [4]: Pentru un stearat de magneziu dihidrat pur și trihidrat pur, pierderea de masă ar fi la o temperatură mai scăzută.
Prin urmare, eșantionul măsurat conține cel puțin forma monohidrat de stearat de magneziu. Diferența dintre pierderea teoretică de apă de 2,95% și cea măsurată de 3,5% între temperatura camerei și 125°C poate proveni din evaporarea apei de suprafață și/sau din prezența dihidratului/trihidratului în eșantion.
Figura 3 prezintă curba DSC a stearatului de magneziu în timpul încălzirii la 200°C. Picurile detectate la 78,3°C, 91,8°C, 95,8°C și 116,0°C se datorează parțial eliberării apei de suprafață și a apei legate, după cum indică TGA. Procesul de evaporare este probabil suprapus de topirea componentelor probei.
Efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic de la 145,2°C nu este asociat cu o pierdere de masă și se datorează probabil topirii unui component al probei.
Figura 4 prezintă curbele DSC ale stearatului de magneziu așa cum a fost primit, împreună cu curbele DSC ale materialului după depozitarea timp de 2 ore la 60°C (curba roșie) și, respectiv, la 120°C (curba neagră).
Stocarea la 120°C (curba neagră) a schimbat complet profilul DSC: A eliminat apa din hidrat. Potrivit lui Ertel și Carstensens [5], încălzirea la 105°C nu numai că elimină apa, dar modifică și structura cristalelor. Aici, depozitarea la 120°C a dat o structură cu temperaturi de vârf la 49°C și 53°C.
În timpul depozitării la 60°C, proba își pierde o parte din apă. Prin urmare, cantitatea de apă eliberată în timpul încălzirii în DSC scade, diminuând entalpia de vârf între 30°C și 130°C. În plus, efectele sunt ușor deplasate către temperaturi mai ridicate.
Picul între 130°C și 155°C este detectat pentru toate cele trei măsurători și este în concordanță destul de bună cu intervalul teoretic de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a stearatului de magneziu de calitate farmaceutică (130°C la 145°C [6]). Cu toate acestea, entalpia sa este mult mai mare pentru proba stocată la 120°C. După cum s-a menționat anterior, această entalpie de vârf mai mare după depozitarea la 120°C este probabil asociată cu o modificare a structurii stearatului de magneziu [5].
Concluzie
Stocarea stearatului de magneziu la temperaturi diferite produce un comportament termic diferit, care poate fi observat în modificarea curbelor DSC. Tratamentul termic determină eliberarea de apă legată în mod diferit, temperatura de eliberare a apei oferind o indicație a tipului de apă (de exemplu, apă de suprafață). Diferențele din curbele DSC rezultă probabil și din modificările structurii cristaline a probei în timpul depozitării.
Stearatele de magneziu disponibile în comerț sunt amestecuri de acizi grași diferiți care pot varia de la un producător la altul, făcând din TGA și DSC instrumente indispensabile pentru verificare înainte de prepararea unei compoziții farmaceutice.