Introducere
Stearatul de magneziu este o pulbere albă utilizată ca lubrifiant în producția de produse cosmetice și farmaceutice [5]. Proprietățile sale fizice pot varia de la un lot la altul, deoarece stearatul de magneziu comercial este un amestec de diferite săruri de acizi grași care pot varia în proporție [4]. În plus, proprietățile sale depind în mare măsură de conținutul său de umiditate și de starea de hidratare [1]. Proprietățile variabile ale stearatului de magneziu pot fi analizate cu ajutorul DSC, care este o metodă deosebit de rapidă și ușoară pentru obținerea amprentei unui material. O altă metodă de analiză termică, TGA, poate fi utilizată pentru a indica starea de hidratare a stearatului de magneziu pur. În cele ce urmează, o probă de stearat de magneziu a fost caracterizată prin măsurători DSC, TGA și PXRD (difracție de raze X a pulberilor). În plus, a fost studiată influența asupra proprietăților termice a depozitării timp de două săptămâni într-o atmosferă umedă.
Condiții de testare
Pentru tratamentul cu umiditate, proba a fost depozitată într-un recipient deschis plasat deasupra apei dintr-un vas cu apă sigilat timp de două săptămâni. 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. Măsurătorile PXRD au fost efectuate cu Bruker D8 Advance la solid-chem GmbH.
Rezultatele testelor
Măsurătorile TGA ale stearatului de magneziu cu și fără tratament cu umiditate sunt prezentate în figurile 2a și 2b (zoom la figura 2a).
Proba pierde 3,5% din masa sa inițială între temperatura camerei și 130°C (curbă continuă). Se poate observa din cele două vârfuri ale curbei primei derivate (DTG) în acest interval de temperatură că aceste procese se desfășoară în două etape: prima pierdere de masă de 1,8% până la 100°C se datorează evaporării apei de suprafață; a doua etapă de pierdere de masă se ridică la 1,7% între 100°C și 130°C și corespunde eliberării apei din hidrat.
Pentru proba testată după stocarea într-o atmosferă umedă, ambele etape sunt, de asemenea, prezente, dar prima este asociată cu o pierdere de masă mai mare.
Conform rezultatelor descrise în [6], pierderea de masă datorată eliberării apei de hidratare începe în jurul a 65°C pentru forma trihidrat, 85°C pentru forma dihidrat și 95°C pentru forma monohidrat. În plus, stearatul de magneziu are o masă moleculară de 591,257 g/mol [2]. Aceasta rezultă într-o masă moleculară de 609,257 g/mol pentru monohidrat, 627,257 g/mol pentru dihidrat și 645,257 g/mol pentru trihidrat. În consecință, pierderea de apă de hidratare ar fi de 2,95% pentru monohidratul pur, 5,74% pentru dihidratul pur și 8,37% pentru trihidrat. Acest lucru indică faptul că proba fără tratament cu umiditate este un amestec de stearat de magneziu în diferite stări de hidratare și conține în plus apă de suprafață.
Depozitarea probei într-o atmosferă umedă conduce la o creștere a primei trepte care rezultă din eliberarea apei. Conform [1], tratamentul cu umiditate nu are nicio influență asupra stărilor de hidratare ale stearatului de magneziu. În consecință, după tratamentul cu umiditate, pierderea de masă mai mare observată între temperatura camerei și 130°C provine din adsorbția apei de suprafață sau din apa absorbită în structura cristalină.
Descompunerea ambelor probe începe în jurul valorii de 350°C (temperaturi de debut extrapolate) și se desfășoară în două etape, cu o pierdere totală de masă de 89% (probă fără depozitare) și 86% (probă după depozitare). Panta abruptă a curbei TGA între 350°C și 370°C indică o reacție rapidă în timpul primei etape de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere.
Figura 3 prezintă măsurarea DSC a stearatului de magneziu fără tratare cu apă. Între temperatura camerei și 130°C se detectează un efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic larg cu temperaturi de vârf la 77°C, 90°C și 115°C. O parte din acesta corespunde evaporării apei detectate în curba TGA. Este posibil să se suprapună cu topirea probei, care determină, de asemenea, un vârf EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic. Unele referințe indică un interval 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 între 130°C și 145°C [3], iar altele un vârf 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 la 88°C [2]. Dispersia datelor rezultă din faptul că stearatul de magneziu disponibil în comerț constă foarte adesea într-un amestec de săruri de acizi grași diferite de cele descrise mai sus. Odată cu variația componentelor individuale, proprietățile substanței pot varia de la un lot la altul [4].
A doua încălzire (curba roșie) arată că numai vârful de 31°C și efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic în intervalul de temperatură cuprins între 120°C și 150°C rămân după prima încălzire. Acest lucru indică un proces reversibil, cum ar fi topirea constituenților. Datorită aplicării unui capac perforat, apa (atât adsorbită, cât și legată chimic) nu mai este prezentă în interiorul probei la această temperatură. Prin urmare, este posibil ca vârfurile de la 145°C (prima încălzire) sau 141°C (a doua încălzire) să fie legate de intervalul 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 fără apă.
Figura 4 prezintă curbele DSC (prima și a doua încălzire) ale stearatului de magneziu după depozitarea într-o atmosferă umedă. Comparativ cu figura 3, impactul tratamentului cu umiditate poate fi observat cu ușurință. Acesta are o influență puternică asupra efectelor EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice detectate la prima încălzire între temperatura camerei și 130°C, asociate cu diferențe în proprietățile fizice, după cum se menționează în literatura de specialitate [1].
Cu toate acestea, a doua încălzire este foarte asemănătoare cu cea a probei originale. După încălzirea la 250°C și răcirea controlată în atmosferă uscată, ambele probe ajung în aceeași stare. Picurile detectate se datorează topirii constituenților.
Pentru a putea caracteriza mai bine componentele individuale, s-au efectuat măsurători prin difracție de raze X (PXRD) pe ambele probe - originală și tratată cu apă (figura 5).
Modelele PXRD diferă în mod clar în ceea ce privește vârfurile la aproximativ 20° și 23,5° 2θ. Acestea sunt prezente în ambele probe, dar intensitatea lor crește odată cu tratamentul cu umiditate. Aceasta înseamnă că un hidrat, care era deja prezent în proba originală, se formează tot mai mult în timpul depozitării într-o atmosferă umedă. Compararea modelului cu raze X cu datele din literatura de specialitate [6] confirmă trihidratul, concentrându-se în același timp pe vârfurile de la 20° și 23,5° 2θ.
Formele de hidrați sunt stabile în prezența umidității [1], astfel încât trihidratul este format dintr-un anhidrat prezent în proba inițială. Acest rezultat confirmă evaluarea lui LV Allen și PE Luner [7] conform căreia forma anhidră a stearatului de magneziu se rehidratează pentru a forma un trihidrat la o umiditate relativă mai mare de 50%.
Concluzie
Măsurătorile DSC și TGA au fost efectuate pe stearatul de magneziu cu și fără depozitare într-o atmosferă umedă. Tratamentul cu apă a permis creșterea atât a apei de suprafață, cât și a apei cristaline.
Aceste cunoștințe sunt cu atât mai importante cu cât există o corelație între tratamentul cu umiditate și proprietățile fizice ale stearatului de magneziu [1]; prin urmare, este esențial să se efectueze controale asupra produsului înainte de prelucrare. În acest scop, DSC și TGA sunt instrumente utile care permit caracterizarea și/sau compararea rapidă a diferitelor loturi.
Recunoaștere
NETZSCH ar dori să mulțumească solid-chem GmbH din Bochum, Germania, pentru efectuarea măsurătorilor și evaluării PXRD.