Giriş
Magnezyum stearat, kozmetik ve farmasötik üretiminde yağlayıcı olarak kullanılan beyaz bir tozdur [5]. Fiziksel özellikleri bir partiden diğerine değişebilir çünkü ticari magnezyum stearat, oran olarak değişebilen farklı yağ asidi tuzlarının bir karışımıdır [4]. Ayrıca, özellikleri büyük ölçüde nem içeriğine ve hidrasyon durumuna bağlıdır [1]. Magnezyum stearatın değişen özellikleri, bir malzemenin parmak izini elde etmek için özellikle hızlı ve kolay bir yöntem olan DSC aracılığıyla araştırılabilir. Bir başka termal analiz yöntemi olan TGA, saf magnezyum stearatın hidrasyon durumunu göstermek için kullanılabilir. Aşağıda, bir magnezyum stearat numunesi DSC, TGA ve PXRD (toz X-ışını kırınımı) ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Buna ek olarak, nemli bir atmosferde iki hafta boyunca depolamanın termal özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir.
Test Koşulları
Nem işlemi için numune, iki hafta boyunca kapalı bir su kabının suyunun üzerine yerleştirilen açık bir kapta saklanmıştır. Ölçümler dinamik azot atmosferinde DSC 214 Polyma ve TG 209 Libra® ile gerçekleştirilmiştir. Delikli kapaklı mühürlü Concavus® krozeler kullanılmıştır. PXRD ölçümleri solid-chem GmbH'de Bruker D8 Advance ile gerçekleştirilmiştir.
Test Sonuçları
Magnezyum stearatın nemle muamele edilmiş ve edilmemiş TGA ölçümleri şekil 2a ve 2b'de gösterilmiştir (şekil 2a'nın yakınlaştırılması).
Numune oda sıcaklığı ile 130°C arasında başlangıç kütlesinin %3,5'ini kaybetmektedir (sürekli eğri). Bu sıcaklık aralığında birinci türev eğrisindeki (DTG) iki tepe noktasından bu işlemlerin iki adımda gerçekleştiği görülebilir: 100°C'ye kadar %1,8'lik ilk kütle kaybı yüzey suyunun buharlaşmasından kaynaklanmaktadır; ikinci kütle kaybı adımı 100°C ile 130°C arasında %1,7'dir ve hidrat suyunun salınmasına karşılık gelmektedir.
Nemli bir atmosferde depolandıktan sonra test edilen numune için her iki adım da mevcuttur, ancak ilki daha yüksek bir kütle kaybıyla ilişkilidir.
6]'da açıklanan sonuçlara göre, hidrat suyunun salınmasından kaynaklanan kütle kaybı trihidrat için 65°C, dihidrat için 85°C ve monohidrat formu için 95°C civarında başlamaktadır. Ayrıca magnezyum stearat 591.257 g/mol moleküler kütleye sahiptir [2]. Bu da monohidrat için 609.257 g/mol, dihidrat için 627.257 g/mol ve trihidrat için 645.257 g/mol moleküler kütle ile sonuçlanır. Sonuç olarak, hidrasyon suyu kaybı saf monohidrat için %2,95, saf dihidrat için %5,74 ve trihidrat için %8,37 olacaktır. Bu, nem işlemi uygulanmamış numunenin farklı hidrasyon durumlarındaki magnezyum stearatın bir karışımı olduğunu ve ek olarak yüzey suyu içerdiğini gösterir.
Numunenin nemli bir ortamda depolanması, su salınımından kaynaklanan ilk adımda bir artışa neden olur. 1]'e göre, nem işleminin magnezyum stearatın hidrasyon durumları üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Sonuç olarak, nem işleminden sonra, oda sıcaklığı ile 130°C arasında gözlenen daha yüksek kütle kaybı, yüzey suyunun adsorpsiyonundan veya kristal yapıda emilen sudan kaynaklanmaktadır.
Her iki numunenin ayrışması 350°C civarında başlar (tahmin edilen başlangıç sıcaklıkları) ve %89 (depolamasız numune) ve %86 (depolamadan sonraki numune) toplam kütle kaybıyla iki adımda gerçekleşir. TGA eğrisinin 350°C ile 370°C arasındaki eğimindeki keskinlik, ilk Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma adımı sırasında hızlı bir reaksiyon olduğunu göstermektedir.
Şekil 3, magnezyum stearatın su ile muamele edilmeden yapılan DSC ölçümünü göstermektedir. Oda sıcaklığı ile 130°C arasında 77°C, 90°C ve 115°C'de pik sıcaklıklara sahip geniş bir endotermal etki tespit edilmiştir. Bunun bir kısmı TGA eğrisinde tespit edilen suyun buharlaşmasına karşılık gelmektedir. Muhtemelen numunenin erimesi ile örtüşebilir ve bu da endotermal bir pike neden olur. Bazı referanslar 130°C ile 145°C arasında birErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime aralığını [3] ve diğerleri 88°C'de birErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime zirvesini [2] göstermektedir. Verilerin dağılması, ticari olarak temin edilebilen magnezyum stearatın sıklıkla yukarıda tarif edilenden farklı yağ asidi tuzlarının bir karışımından oluşmasından kaynaklanmaktadır. Bireysel bileşenlerin değişmesiyle, maddenin özellikleri partiden partiye değişebilir [4].
İkinci ısıtma (kırmızı eğri), ilk ısıtmadan sonra sadece 31°C'deki pikin ve 120°C ile 150°C arasındaki sıcaklık aralığındaki endotermal etkinin kaldığını göstermektedir. Bu, bileşenlerin erimesi gibi tersine çevrilebilir bir sürece işaret etmektedir. Delinmiş bir kapağın uygulanması nedeniyle, su (hem adsorbe edilmiş hem de kimyasal olarak bağlı) artık bu sıcaklıkta numunenin içinde mevcut değildir. Bu nedenle, 145°C (1. ısıtma) veya 141°C'deki (2. ısıtma) piklerin su içermeyen magnezyum stearatınErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime aralığı ile ilgili olması mümkündür.
Şekil 4, nemli bir atmosferde depolandıktan sonra magnezyum stearatın DSC eğrilerini (1. ve 2. ısıtma) göstermektedir. Şekil 3 ile karşılaştırıldığında, nem işleminin etkisi kolayca gözlemlenebilir. Oda sıcaklığı ile 130°C arasındaki 1. ısıtmada tespit edilen endotermal etkiler üzerinde güçlü bir etkisi vardır ve literatürde belirtildiği gibi fiziksel özelliklerdeki farklılıklarla ilişkilidir [1].
Bununla birlikte, ikinci ısıtma orijinal numuneninkine çok benzerdir. 250°C'ye kadar ısıtıldıktan ve kuru atmosferde kontrollü soğutulduktan sonra her iki numune de aynı duruma ulaşır. Tespit edilen pikler bileşenlerin erimesinden kaynaklanmaktadır.
Tek tek bileşenleri daha iyi karakterize edebilmek için, orijinal ve su ile muamele edilmiş her iki numune üzerinde X-ışını kırınımı (PXRD) ölçümleri gerçekleştirilmiştir (Şekil 5).
PXRD desenleri, yaklaşık 20° ve 23.5° 2θ'daki pikler için açıkça farklılık göstermektedir. Her iki numunede de mevcutturlar ancak yoğunlukları nem işlemiyle artmaktadır. Bu, orijinal numunede zaten mevcut olan bir hidratın nemli bir atmosferde depolama sırasında giderek daha fazla oluştuğu anlamına gelir. X-ışını modelinin literatür verileriyle [6] karşılaştırılması, 20° ve 23.5° 2θ'daki pikler üzerinde yoğunlaşırken trihidratı doğrulamaktadır.
Hidrat formları nem varlığında kararlıdır [1], bu nedenle trihidrat orijinal numunede bulunan bir anhidrattan oluşur. Bu sonuç, LV Allen ve PE Luner'in [7] magnezyum stearatın susuz formunun %50'den yüksek bağıl nemde trihidrat oluşturmak üzere rehidre olduğu değerlendirmesini doğrulamaktadır.
Sonuç
DSC ve TGA ölçümleri magnezyum stearat üzerinde nemli bir atmosferde depolanmış ve depolanmamış olarak gerçekleştirilmiştir. Su işlemi hem yüzey suyunun hem de kristal suyunun artmasını sağlamıştır.
Bu bilgi daha da önemlidir çünkü nem işlemi ile magnezyum stearatın fiziksel özellikleri arasında bir korelasyon vardır [1]; bu nedenle, işlemeden önce ürün üzerinde kontroller yapmak çok önemlidir. Bu amaçla DSC ve TGA, farklı lots ürünlerin hızlı bir şekilde karakterize edilmesini ve/veya karşılaştırılmasını sağlayan faydalı araçlardır.
Teşekkür
NETZSCH pXRD ölçümlerini ve değerlendirmesini gerçekleştirdiği için Almanya, Bochum'daki Solid-Chem GmbH'ye teşekkür eder.