Introduction
Le stéarate de magnésium est une poudre blanche utilisée comme lubrifiant dans la production de cosmétiques et de produits pharmaceutiques [5]. Ses propriétés physiques peuvent varier d'un lot à l'autre car le stéarate de magnésium commercial est un mélange de différents sels d'acides gras dont la proportion peut varier [4]. En outre, ses propriétés dépendent fortement de sa teneur en eau et de son état d'hydratation [1]. Les différentes propriétés du stéarate de magnésium peuvent être étudiées à l'aide de la DSC, qui est une méthode particulièrement rapide et facile pour obtenir l'empreinte digitale d'un matériau. Une autre méthode d'analyse thermique, la TGA, peut être utilisée pour indiquer l'état d'hydratation du stéarate de magnésium pur. Dans ce qui suit, un échantillon de stéarate de magnésium a été caractérisé au moyen de mesures DSC, TGA et PXRD (diffraction des rayons X sur poudre). En outre, l'influence sur les propriétés thermiques d'un stockage de deux semaines dans une atmosphère humide a été étudiée.
Conditions d'essai
Pour le traitement de l'humidité, l'échantillon a été stocké dans un récipient ouvert placé au-dessus de l'eau d'un récipient d'eau scellé pendant deux semaines. 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. Les mesures PXRD ont été effectuées avec le Bruker D8 Advance chez solid-chem GmbH.
Résultats des tests
Les mesures TGA du stéarate de magnésium avec et sans traitement à l'humidité sont illustrées dans les figures 2a et 2b (zoom de la figure 2a).
L'échantillon perd 3,5% de sa masse initiale entre la température ambiante et 130°C (courbe continue). Les deux pics de la courbe de dérivée première (DTG) dans cette plage de température montrent que ces processus se déroulent en deux étapes : la première perte de masse de 1,8% jusqu'à 100°C est due à l'évaporation de l'eau de surface ; la seconde étape de perte de masse s'élève à 1,7% entre 100°C et 130°C et correspond à la libération de l'eau de l'hydrate.
Pour l'échantillon testé après stockage en atmosphère humide, les deux étapes sont également présentes mais la première est associée à une perte de masse plus importante.
Selon les résultats décrits dans [6], la perte de masse due à la libération de l'eau d'hydratation commence vers 65°C pour le trihydrate, 85°C pour le dihydrate et 95°C pour la forme monohydrate. En outre, le stéarate de magnésium a une masse moléculaire de 591,257 g/mol [2]. Il en résulte une masse moléculaire de 609,257 g/mol pour le monohydrate, 627,257 g/mol pour le dihydrate et 645,257 g/mol pour le trihydrate. Par conséquent, la perte d'eau d'hydratation serait de 2,95 % pour le monohydrate pur, de 5,74 % pour le dihydrate pur et de 8,37 % pour le trihydrate. Cela indique que l'échantillon non traité à l'humidité est un mélange de stéarate de magnésium à différents états d'hydratation et qu'il contient en outre de l'eau de surface.
Le stockage de l'échantillon dans une atmosphère humide entraîne une augmentation de la première étape résultant de la libération d'eau. Selon [1], le traitement de l'humidité n'a aucune influence sur les états d'hydratation du stéarate de magnésium. Par conséquent, après le traitement à l'humidité, la perte de masse plus importante observée entre la température ambiante et 130°C provient de l'adsorption de l'eau de surface ou de l'eau absorbée dans la structure cristalline.
La Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des deux échantillons commence aux alentours de 350°C (températures d'apparition extrapolées) et se déroule en deux étapes avec une perte de masse totale de 89% (échantillon sans stockage) et de 86% (échantillon après stockage). La brusquerie de la pente de la courbe TGA entre 350°C et 370°C indique une réaction rapide au cours de la première étape de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition.
La figure 3 montre la mesure DSC du stéarate de magnésium sans traitement à l'eau. Un large effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique avec des pics de température à 77°C, 90°C et 115°C est détecté entre la température ambiante et 130°C. Il correspond en partie à l'évaporation de l'eau détectée dans la courbe TGA. Il peut éventuellement être recouvert 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 de l'échantillon, qui entraîne également un pic EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique. Certaines références indiquent une 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 entre 130°C et 145°C [3] et d'autres un pic 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 à 88°C [2]. La dispersion des données est due au fait que le stéarate de magnésium disponible dans le commerce consiste très souvent en un mélange de sels d'acides gras différents de ceux décrits ci-dessus. Avec la variation des composants individuels, les propriétés de la substance peuvent varier d'un lot à l'autre [4].
Le deuxième chauffage (courbe rouge) montre que seuls le pic à 31°C et l'effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique dans la plage de température entre 120°C et 150°C subsistent après le premier chauffage. Cela indique un processus réversible, tel que 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 constituants. En raison de l'application d'un couvercle percé, l'eau (adsorbée et chimiquement liée) n'est plus présente à l'intérieur de l'échantillon à cette température. Par conséquent, il est possible que les pics à 145°C (1er chauffage) ou 141°C (2ème chauffage) soient liés 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 du stéarate de magnésium sans eau.
La figure 4 illustre les courbes DSC (1er et 2ème chauffage) du stéarate de magnésium après stockage dans une atmosphère humide. Par rapport à la figure 3, l'impact du traitement de l'humidité peut être facilement observé. Il a une forte influence sur les effets endothermiques détectés lors du premier chauffage entre la température ambiante et 130°C, associés à des différences dans les propriétés physiques comme indiqué dans la littérature [1].
Cependant, le deuxième chauffage est très similaire à celui de l'échantillon original. Après chauffage à 250°C et refroidissement contrôlé en atmosphère sèche, les deux échantillons atteignent le même état. Les pics détectés sont dus 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 des constituants.
Afin de mieux caractériser les composants individuels, des mesures de diffraction des rayons X (PXRD) ont été effectuées sur les deux échantillons - original et traité à l'eau (figure 5).
Les diagrammes PXRD diffèrent clairement pour les pics à environ 20° et 23,5° 2θ. Ils sont présents dans les deux échantillons, mais leur intensité augmente avec le traitement à l'eau. Cela signifie qu'un hydrate, qui était déjà présent dans l'échantillon original, se forme de plus en plus pendant le stockage dans une atmosphère humide. La comparaison du diagramme de rayons X avec les données de la littérature [6] confirme le trihydrate en se concentrant sur les pics à 20° et 23,5° 2θ.
Les formes d'hydrates sont stables en présence d'humidité [1], de sorte que le trihydrate est formé à partir d'un anhydrate présent dans l'échantillon original. Ce résultat confirme l'évaluation de LV Allen et PE Luner [7] selon laquelle la forme anhydre du stéarate de magnésium se réhydrate pour former un trihydrate lorsque l'humidité relative est supérieure à 50 %.
Conclusion
Des mesures DSC et TGA ont été effectuées sur le stéarate de magnésium avec et sans stockage dans une atmosphère humide. Le traitement à l'eau a permis d'augmenter à la fois l'eau de surface et l'eau cristalline.
Cette connaissance est d'autant plus importante qu'il existe une corrélation entre le traitement à l'humidité et les propriétés physiques du stéarate de magnésium [1] ; il est donc crucial de procéder à des contrôles sur le produit avant sa transformation. À cette fin, la DSC et la TGA sont des outils utiles qui permettent de caractériser et/ou de comparer rapidement les différents lots.
Remerciements
NETZSCH souhaite remercier solid-chem GmbH à Bochum, en Allemagne, pour avoir effectué les mesures et l'évaluation PXRD.