Pendahuluan
Magnesium stearat adalah bubuk putih yang digunakan sebagai pelumas dalam produksi kosmetik dan farmasi [5]. Sifat fisiknya dapat bervariasi dari satu batch ke batch lainnya karena magnesium stearat komersial adalah campuran dari berbagai garam asam lemak yang mungkin berbeda proporsinya [4]. Selain itu, sifat-sifatnya sangat bergantung pada kadar air dan kondisi hidrasinya [1]. Sifat magnesium stearat yang bervariasi dapat diselidiki dengan menggunakan DSC, yang merupakan metode yang sangat cepat dan mudah untuk mendapatkan sidik jari material. Metode analisis termal lainnya, TGA, dapat digunakan untuk menunjukkan status hidrasi magnesium stearat murni. Berikut ini, sampel magnesium stearat dikarakterisasi dengan menggunakan pengukuran DSC, TGA, dan PXRD (difraksi sinar-X bubuk). Selain itu, pengaruh pada sifat termal penyimpanan selama dua minggu dalam suasana lembap juga dipelajari.
Kondisi Pengujian
Untuk perlakuan kelembaban, sampel disimpan dalam wadah terbuka yang diletakkan di atas air dalam bejana tertutup selama dua minggu. Pengukuran dilakukan dengan DSC 214 Polyma dan TG 209 Libra® dalam atmosfer nitrogen dinamis. Krusibel Concavus® tertutup dengan tutup berlubang digunakan. Pengukuran PXRD dilakukan dengan Bruker D8 Advance di solid-chem GmbH.
Hasil Tes
Pengukuran TGA magnesium stearat dengan dan tanpa perlakuan kelembapan digambarkan pada gambar 2a dan 2b (perbesaran gambar 2a).
Sampel kehilangan 3,5% dari massa awalnya antara suhu kamar dan 130°C (kurva kontinu). Dapat dilihat dari dua puncak pada kurva turunan pertama (DTG) pada kisaran suhu ini bahwa proses ini berjalan dalam dua langkah: kehilangan massa pertama sebesar 1,8% hingga 100°C disebabkan oleh PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan air permukaan; langkah kehilangan massa kedua sebesar 1,7% antara 100°C dan 130°C dan berhubungan dengan pelepasan air hidrat.
Untuk sampel yang diuji setelah penyimpanan di atmosfer yang lembab, kedua langkah tersebut juga terjadi, tetapi langkah pertama dikaitkan dengan kehilangan massa yang lebih tinggi.
Menurut hasil yang dijelaskan dalam [6], kehilangan massa karena pelepasan air hidrat dimulai sekitar 65 ° C untuk trihidrat, 85 ° C untuk dihidrat dan 95 ° C untuk bentuk monohidrat. Selain itu, magnesium stearat memiliki massa molekul 591,257 g/mol [2]. Ini menghasilkan massa molekul 609,257 g / mol untuk monohidrat, 627,257 g / mol untuk dihidrat dan 645,257 g / mol untuk trihidrat. Akibatnya, kehilangan air hidrasi adalah 2,95% untuk monohidrat murni, 5,74% untuk dihidrat murni dan 8,37% untuk trihidrat. Hal ini menunjukkan bahwa sampel tanpa perlakuan kelembapan merupakan campuran magnesium stearat pada kondisi hidrasi yang berbeda dan juga mengandung air permukaan.
Penyimpanan sampel dalam atmosfer yang lembab menyebabkan peningkatan pada langkah pertama yang dihasilkan dari pelepasan air. Menurut [1], perlakuan kelembaban tidak memiliki pengaruh pada kondisi hidrasi magnesium stearat. Akibatnya, setelah perlakuan kelembaban, kehilangan massa yang lebih tinggi yang diamati antara suhu kamar dan 130 ° C berasal dari adsorpsi air permukaan atau dari air yang diserap dalam struktur kristal.
Dekomposisi kedua sampel dimulai sekitar 350°C (suhu awal yang diekstrapolasi) dan berlangsung dalam dua langkah dengan total kehilangan massa 89% (sampel tanpa penyimpanan) dan 86% (sampel setelah penyimpanan). Kemiringan kurva TGA yang tiba-tiba antara 350°C dan 370°C mengindikasikan reaksi yang cepat selama langkah Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian pertama.
Gambar 3 menunjukkan pengukuran DSC magnesium stearat tanpa pengolahan air. Efek endotermal yang luas dengan suhu puncak pada 77°C, 90°C dan 115°C terdeteksi antara suhu kamar dan 130°C. Sebagian dari efek tersebut sesuai dengan PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan air yang terdeteksi dalam kurva TGA. Hal ini mungkin tumpang tindih dengan peleburan sampel, yang juga menghasilkan puncak endotermal. Beberapa referensi menunjukkan kisaran leleh antara 130°C dan 145°C [3] dan referensi lainnya menunjukkan puncak leleh pada 88°C [2]. Penyebaran data tersebut disebabkan oleh fakta bahwa magnesium stearat yang tersedia secara komersial sering kali terdiri dari campuran garam asam lemak yang berbeda dari yang dijelaskan di atas. Dengan variasi masing-masing komponen, sifat-sifat zat dapat bervariasi dari satu batch ke batch lainnya [4].
Pemanasan kedua (kurva merah) menunjukkan bahwa hanya puncak pada suhu 31°C dan efek endotermal pada kisaran suhu antara 120°C dan 150°C yang tersisa setelah pemanasan pertama. Hal ini mengindikasikan proses yang dapat dibalik, seperti peleburan konstituen. Karena penerapan penutup yang ditusuk, air (baik yang teradsorpsi maupun yang terikat secara kimiawi) tidak lagi ada di dalam sampel pada suhu ini. Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa puncak pada 145 ° C (pemanasan pertama) atau 141 ° C (pemanasan kedua) terkait dengan kisaran leleh magnesium stearat bebas air.
Gambar 4 menggambarkan kurva DSC (pemanasan pertama dan kedua) magnesium stearat setelah penyimpanan dalam suasana lembab. Dibandingkan dengan gambar 3, dampak dari perlakuan kelembapan dapat dengan mudah diamati. Hal ini memiliki pengaruh yang kuat terhadap efek endotermal yang terdeteksi pada pemanasan pertama antara suhu kamar dan 130°C, terkait dengan perbedaan sifat fisik seperti yang dinyatakan dalam literatur [1].
Namun demikian, pemanasan kedua sangat mirip dengan sampel aslinya. Setelah pemanasan hingga 250°C dan pendinginan terkendali dalam atmosfer kering, kedua sampel mencapai kondisi yang sama. Puncak yang terdeteksi disebabkan oleh peleburan konstituen.
Agar dapat mengkarakterisasi komponen individu dengan lebih baik, pengukuran difraksi sinar-X (PXRD) dilakukan pada kedua sampel - asli dan yang diberi air (gambar 5).
Pola PXRD berbeda dengan jelas untuk puncak pada sekitar 20° dan 23,5° 2θ. Puncak-puncak tersebut ada pada kedua sampel tetapi intensitasnya meningkat dengan perlakuan kelembaban. Ini berarti bahwa hidrat, yang sudah ada dalam sampel asli, semakin terbentuk selama penyimpanan di atmosfer yang lembab. Perbandingan pola sinar-X dengan data literatur [6] mengkonfirmasi trihidrat yang terkonsentrasi pada puncak pada 20° dan 23,5° 2θ.
Bentuk hidrat stabil dengan adanya uap air [1], sehingga trihidrat terbentuk dari anhidrat yang ada pada sampel asli. Hasil ini menegaskan penilaian dari LV Allen dan PE Luner [7] bahwa bentuk anhidrat dari magnesium stearat mengalami rehidrasi untuk membentuk trihidrat pada kelembaban relatif yang lebih tinggi dari 50%.
Kesimpulan
Pengukuran DSC dan TGA dilakukan pada magnesium stearat dengan dan tanpa penyimpanan dalam atmosfer yang lembab. Perlakuan air memungkinkan air permukaan dan air kristal meningkat.
Pengetahuan ini semakin penting karena ada korelasi antara perlakuan kelembaban dan sifat fisik magnesium stearat [1]; oleh karena itu, sangat penting untuk melakukan pemeriksaan pada produk sebelum diproses. Untuk tujuan ini, DSC dan TGA adalah alat yang berguna yang memungkinkan karakterisasi cepat dan/atau perbandingan lot yang berbeda.
Ucapan terima kasih
NETZSCH mengucapkan terima kasih kepada solid-chem GmbH di Bochum, Jerman yang telah melakukan pengukuran dan evaluasi PXRD.