ما هي الغازات الدافعة أو غازات الدفع؟
في عام 1929، قام مهندس نرويجي يدعى “إريك روت هايم” بتطوير أول عبوة رذاذ. تصميم روت هايم هو الأساس لعبوات الرش الحديثة. ولكن حتى عام 1942، لم يكن لديها أهمية كبيرة. في هذا الوقت، كانت الحرب العالمية الثانية تشتد في منطقة المحيط الهادئ وكان هناك العديد من الجنود في الجزر القريبة. كان أحد التهديدات الرئيسية التي تهدد حياة الجنود هو وجود حشرات ناقلة للأمراض. لهذا السبب، اضطرت الجيش الأمريكي لاستخدام عبوات الرش بشكل واسع واستخدام هذه التعبئة الجديدة لنقل مبيدات الحشرات إلى الجنود.
لقد أظهر هذا الحدث قدرات عبوات الرش واستخداماتها السهلة للناس. وبالتالي، في السنوات التي تلت الحرب، تجهزت العديد من المصانع لإنتاج عبوات الرش بكميات كبيرة، وأصبح استخدام هذه العبوات واسع الانتشار حيث إن إنجاز إنجلترا وحدها في عام 1997 بلغ 1.5 مليار عبوة رذاذ. في الوقت الحاضر، يتم توزيع آلاف المنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل والمنتجات الصحية والألوان والمواد الكيميائية في عبوات الرش.
ما هو الغاز الدافع أو غاز الدفع؟
الغازات الدافعة أو غازات الدفع هي مركبات هيدروكربونية تتصدر من عمليات التقطير
الوسيطة وبعد إجراء عمليات تكرير تصبح غير مؤذية لطبقة الأوزون عندما يتم إطلاقها، ولذلك فهي لها استخدام واسع في العالم. يعرف غاز الدفع أيضًا بأنه غاز يوفر قوة الدفع في الصناعات وبعد الاستخدام لا يترك أي آثار جانبية.
تُستخدم غازات الدفع كغاز حامل وعامل للضغط والرش المنظم في صناعات التجميل والعناية الشخصية وصناعات العطور والصناعات الغذائية والدوائية ومجموعة متنوعة من الرذاذ الصناعي وصناعات الغراء والألوان وملمعات السطح وصناعات التنظيف والمواد المنظفة، بالإضافة إلى صناعات إنتاج المبيدات. حاليًا، للرذاذ أو الأفشانات تطبيقات واسعة في مختلف الصناعات وأيضًا في الحياة اليومية. أحد أهم أسباب ذلك هو القدرة على استخدام الرذاذات في الحالات التي يجب فيها استخدام المادة الأساسية بكميات محددة ومحليًا في حجم كبير. على سبيل المثال، في حالة استخدام معطرات الهواء، إذا تم استخدام المادة العطرية بشكل غير مباشر بدون استخدام الرذاذ، ستتلاشى الكمية المتأثرة بالمادة بشكل كبير، وبالتالي ستزيد تركيز المادة العطرية في ذلك الحجم، مما يؤدي إلى فقدان التأثير المطلوب على حاسة الشم للمستخدم.
تتكون عبوات الرش بغض النظر عن استخداماتها من عنصرين رئيسيين:
- المنتج الرئيسي: صيغة المادة التي يرغ
ب المصنع في بيعها.
- غاز الدفع: الغاز الذي يستخدم كمورد للضغط المطلوب في عبوة الرش.
تُسمى الرشة المتجانسة والموحدة من هذين العنصرين بالأيروسول.
كما ذُكر أعلاه، تُعد الأيروسولات في الواقع جسيمات سائلة وصلبة صغيرة في الغاز، وتُنتشر بشكل متجانس وموحد في الهواء وثباتها يعتمد على حجم الجسيمات وتأثير قوة الجاذبية الأرضية عليها.
تُحضّر الأيروسولات بواسطة العوامل الطبيعية أو بواسطة الأجهزة وتُصنف بناءً على حجم الجسيمات إلى فئات مختلفة، ويمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: أيروسولات جيدة وسيئة. ومع ذلك، يتم استخدام تقنية تشكيل الأيروسول في مجالات مختلفة مثل الصناعات العسكرية والزراعية والتجميلية والصناعات الغذائية والطبية وتحضير الرذاذ الدوائي وغيرها.
الحصول على محلول منفصل وموحد من خليط الدافع والمنتج الرئيسي هو واحد من أهم المعايير للحصول على تركيبة مثالية في تشكيل الأيروسول.
مواصفات الغازات الدافعة (البروبيلانت):
كما ذُكر، تعتبر الغازات الدافعة المادة الأساسية لإنتاج عبوات الرش كمصدر لتوفير الضغط داخل العبوات المستخدمة.
من الناحية الفيزيائية، يمكن تخيل
حالتين مختلفتين للغازات الدافعة:
- حالة السائل: في هذه الحالة، يتحول الدافع إلى سائل نتيجة الضغط ويستخدم كمادة فعالة. النقطة المهمة في هذه الظروف هي استخدام الغازات التي تكون في توازن بين الحالة الغازية والسائلة في الضغط المحدد داخل العبوة وعند درجة حرارة الغرفة. في هذه الظروف، يقل الضغط المتجمع في الجزء العلوي من العبوة بفعل الرذاذ ويتبخر جزء صغير من الدافع المتحول إلى سائل، ويتم تعويض انخفاض الضغط في توازن الغاز والسائل.
نظرًا لاستخدام الغازات المتحولة إلى سائل في هذه الحالة، ستحتوي العبوة على حجم أكبر من المادة الفعالة، وبالتالي يزيد عمر استخدام الرذاذ ويظل الضغط المفرغ ثابتًا طوال عمر الرذاذة. تسهم هذه المزايا في انتشار استخدام الحالة السائلة في صناعة تشكيل الأيروسول. يتم استخدام غاز البروبيلانت في هذه الفئة من الغازات الدافعة.
- حالة الغاز (الغاز المضغوط): في هذه الحالة، يكون الدافع سائلاً مضغوطًا داخل عبوة الرش. بعد استخدام الرذاذ في هذه الظروف، يقل ضغط الغاز الدافع قليلاً ويؤدي مرور الوقت إلى تقليل كفاءة الرذاذ ويقل عمر دورة الاستخدام. وجود هذه العيوب وأيضًا استخدام فوهات خاصة لضبط الضغط يحد من استخدام حالة الغاز المضغوط للغاز الدافع.
يجب أن تتوفر الغازات الدافعة بخصائص محددة تكون ضرورية في جميع الحالات الفيزيائية وجميع الصناعات:
- عدم تفاعلها الكيميائي مع العبوة والأجهزة الفوهية.
- عدم وجود خصائص سامة قوية.
- نقاء عالي.
- عدم وجود رائحة للغاز في معظم الاستخدامات.
- تكلفة مناسبة تشمل جميع الجوانب.
- سهولة الحصول عليها.
تصنيف الغازات الدافعة بناءً على التركيب الكيميائي والصناعات المرتبطة:
الغاز المستخدمة في صناعة البخاخات كوقود قد شهدت تغييرات كبيرة منذ إنتاج أول بخاخة وحتى اليوم، حيث كانت تتمتع بتصنيفات مختلفة، وبعضها تعتبر الآن من الأنواع المهجورة.
التصنيف الرئيسي لهذه التصنيفات هو التصنيف بناءً على التركيب الكيميائي للوقود.
وبناءً على ذلك، يكون تصنيف الوقود كالتالي:
- الغازات الهيدروكربونية: يتألف وقود الهيدروكربون الدفعي من نوعين من المنتجات الفرعية الرئيسية للتقطير، وهما البروبان والبوتان (البوتان بصورتيه الآيزوبيوتان والنيوبوتان)، والتي يتم استخدامها بنسب مختلفة وحتى في بعض الحالات يتم استخدامها بشكل منفصل.
تعتبر الهيدروكربونات مشتقة من النفط الخام وتستخدم كوقود في صناعة البخاخات منذ سنوات. يتميز وقود الهيدروكربون الدفعي بسعر مناسب وسهولة الحصول عليه، وهو معروف في هذه الصناعة باسم بروبيلينات الأيروسول.
بالإضافة إلى الخصائص المذكورة، فإن هذه الغازات لا تتفاعل مع الجسم وتكون غير ضارة بالنسبة للبيئة عند التلامس المباشر وعلى عكس مركبات الكلوروفلوروكربون، فهي لا تسبب ضررًا لطبقة الأوزون في الغلاف الجوي.
عيوب الغازات الهيدروكربونية تتمثل في قابليتها للاشتعال وع
دم اذابة الماء فيها. لهذا السبب، لا يتم استخدام هذه الغازات في البخاخات التي تحتوي على مواد رئيسية تشمل الماء، ولكن الحالة ثنائية الطور لهذه الغازات التي تزيد من كفاءة البخاخات، مما يزيد من تنوع المنتجات المصنعة في هذه الصناعة ويسهم في تطوير السوق.
الصناعات التي تستخدم الهيدروكربونات كوقود دفع تشمل صناعة الأصباغ، والصناعات التجميلية والصحية، وصناعة الأدوية، وبخاخات الطعام والمأكولات، وبعض الصناعات الكيميائية (مبيدات الحشرات) وغيرها.
- ثنائي ميثيل الإيثر (DME): ثنائي ميثيل الإيثر هو واحد من الغازات الدفعية التي تستخدم في صناعة البخاخات. يتمتع هذا المنتج أيضًا بخواص الهيدروكربونات المشتقة من النفط وقدرته على الذوبان في الماء. لذلك، يتم استخدامه في الصناعات التي يكون المكون الرئيسي للبخاخ هو الماء. ونظرًا لقابلية الماء للذوبان في هذا الغاز، فإن قابليته للاشتعال أقل بالمقارنة مع الهيدروكربونات البروبيلينية.
المشكلة التي تواجه ثنائي ميثيل الإيثر في صناعة البخاخات هي التكلفة العالية وتعقيد عملية الإنتاج بالمقارنة مع الهيدروكربونات البروبيلينية.
يتم استخدام ثنائي ميثيل الإيثر في بعض الصناعات الصحية التي تحتوي على قاعدة مائية وأيضًا في بعض البخاخات الخاصة في صناعة الأصباغ (الأصباغ الم
ذابة في الماء). ومع ذلك، فإن استخدامه في جميع المنتجات المصنعة بواسطة البروبيلينات ممكن أيضًا.
- ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهواء الجاف: يتم استخدام غازات ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين في بعض الصناعات سواء كمزيج أو بشكل منفصل كوقود دفع.
من فوائد استخدام هاتين الغازتين تكلفة الإنتاج المناسبة والتوفر وعدم اشتعاليتهما. يتم استخدام هاتين الغازتين ومزيجاتهما في بعض البخاخات الخاصة في صناعة العناية الشخصية، مثل بخاخات الوجه، وبخاخات المستخدمة في الصناعات الغذائية وكبسولات إطفاء الحرائق.
مشكلة هاتين الغازتين تكمن في صعوبة استخدامهما في الحالة السائلة بسبب الحاجة إلى ضغط عالٍ ودرجة حرارة منخفضة، مما يستدعي استخدام كبسولات سميكة (إطفاء الحرائق) أو دورة رش قصيرة (بخاخات العناية بالبشرة). كما أن كفاءة البخاخات المنتجة من هاتين الغازتين منخفضة، وجزء من المواد في هذه البخاخات لا تخرج نتيجة لانخفاض الضغط.
- كلوروفلوروكربون، هيدروفلوروكربون، هيدروفلوروالكان (HFA، HFC، CFC): تعود استخدام هذه الغازات إلى تاريخ إنتاج أول بخاخة بعد إعلان الدكتور فرانك شيروود رولاند وماريو مولينا عام 1974 أن كلوروفلوروكربونات تُستخدم كوقود في بخاخات الآيروسول، ولكنها تتسب
ب في تدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي، وتم التردد في استخدام هذه الغازات في الصناعة وبدءًا من عام 1995، تم تقييدها بشدة بناءً على اتفاقية مونتريال، والاستخدامات البديلة لهذه الغازات تم استبدالها في هذه الفترة.
