مواد افزودنی در صنایع شیمیایی

 موادافزدنی درصنایع شیمیایی چه کاربردی دارند؟

از مواد افزودنی برای اصلاح فرایندها و بهبود کیفیت و افزایش زمان ماندگاری محصولات

گوناگون مانند مواد غذایی، چسب ها، رنگ ها، بسپارها، آلیاژها و داروها استفاده می شود.

مواد افزودنی، مواد شیمیایی هستند که به انواع محصولات و فرایندهای صنعتی در طی مراحل تولید محصول اضافه می شوند

و سبب بهبود فرایند یا کیفیت محصول می شوند و دارای سه وظیفۀ اصلی پرکنندگی، پایدارکنندگی و بهبود دهندگی هستند.

استفاده هر روز ما از موادهای افزودنی

به محصولاتی که به طور روزمره مصرف می شود، توجه کنید. رب گوجه فرنگی که از بازار تهیه می شود،

نسبت به نوع خانگی آن، به راحتی فاسد نمی شود.مواد نوشیدنی زیادی با عطر و طعم های گوناگون در بازار موجود است.

شوینده ها با قدرت زیاد انواع لک، چربی و کثیفی را از ظروف، لباس و بدن پاک می کنند.

مواد پودری مانند شیر خشک و نمک خوراکی به راحتی از قاشق یا نمکدان ریزش می کنند. چسب ها با قدرت چسبندگی زیاد در دسترس قرار دارند.

انواع رنگ های تزئینی و حفاظتی با کاربردهای گوناگون از خط کشی خیابان گرفته تا نقاشی منزل با کیفیت بالا و کارایی زیاد همه جا یافت می شوند.

در بخش صنعت نیز کنترل خوردگی در محیط های خورنده، بهبود کیفیت آب و انجام فرایندهای دشوار امکان پذیر شده است.

این اتفاقات ممکن نیستند مگر به کمک مواد افزودنی که امروزه کاربرد و تعداد آن ها بیشمار است.

اگر مواد افزودنی به محصولات یا فرایند ها افزوده نشود، اتفاقاتی نظیر بوی خوب، رنگهای زیبا، ماندگاری بالا، مقاومت زیاد،

سرعت تولید بالا و سهولت استفادۀ محصولات، بدون معنا می شود.

دسته بندی مواد افزودنی دربری صنایع شیمیایی

این مواد با توجه به فراوانی بالا و کاربرد های زیادی که دارند به سخت در دسته بندی های مجزا قرار می گیرند

و به همین دلیل به چند دسته بندی شاخص تر می پردازیم.

در دسته بندی اول آن ها را در فرایند ها به سه دسته پرکننده ها، پایدارکننده ها و بهبود دهنده ها تقسیم می کنیم.

پرکننده ها

پرکننده ها یا فیلرها، با افزوده شدن به محصولاتی نظیر بسپارها (پلیمر ها)، کاغذ،

بتن، رنگ و امثال آنها باعث کاهش مصرف مواد گران قیمت در مخلوط می شود

و البته برخی خواص محصول را بهتر می کنند. از معروف ترین موادی که به عنوان پرکننده استفاده می شوند،

پودر مواد معدنی مانند کلسیم کربنات، آلومینیم سیلیکات، تالک و فلدسپات هستند.

پایدار کننده ها

پایدار کننده ها ترکیباتی هستند که با افزودن آنها به محصولات مانع تغییر خواص محصول در اثر

عواملی مانند نور، پرتو فرابنفش (UV)، گرما، ریز اندامکان (میکروارگانیسم ها) و اکسایش می شوند.

بهبود دهنده ها

بهبود دهنده ها موادی هستند که با افزودن آنها به محصولات و یا فرایندها، باعث ایجاد و یا بهبود خواص می شود.

برای نمونه، میتوان از انواع رنگدانه نام برد.

به طور کلی، مواد پرکننده، پایدار کننده و بهبود دهنده هایی که به محصولات یا فرایندها افزوده می شوند، مواد افزودنی نام دارند.

مواد افزودنی به شکل مواد شیمیایی معدنی، مواد شیمیایی آلی و بسپارها، مایعات، کلوئیدها یا مخلوط های معلق، پودر یا گرانول می باشند

که از چند ppm تا چند درصد در محصولات و فرایندها استفاده می شوند.

فقط در صنایع غذایی در حدود 300 نوع مادۀ افزودنی با وظایف گوناگون استفاده می شوند

و در صنایع مختلف هزاران افزودنی برای مقاصد گوناگون به کار می روند که برای آنها استانداردهای مختلفی وضع شده است.

در ایران، سازمان ملی استاندارد وظیفۀ تدوین استانداردها و روش های کار لازم مواد افزودنی را به کمک سایر سازمان ها و وزارتخانه های مرتبط بر عهده دارد.

دسته بندی موادافزودنی در بر اساس کاربرد

محصولات متنوع و جدید غذایی، انواع دارو، روغن موتور، سوخت ها، مصالح ساختمانی، انواع قطعات تولید شده

از پلاستیک و لاستیک محصولاتی هستندکه همگی بدون مواد افزودنی نه تنها از زیبایی، استحکام، دوام، شکل مناسب و دلپذیر،

رنگ های متنوع و خواص منحصر به فرد برخوردار نخواهند بود، بلکه کاربردهای آنها نیز محدود می شود.

به دلیل کاربردها و نقش های گوناگون مواد افزودنی، طبقه بندی کلیۀ نقش هایی که این مواد در محصولات مختلف برعهده دارند،

کار دشواری است.ترکیبی مانند سدیم بی کربنات، فقط در مواد غذایی، نقش های متفاوتی مانند تنظیم کنندۀ قدرت اسیدی،

عامل ضد کلوخه و کیک شدن، حجم دهنده، پایدار کننده و غلظت دهنده را دارد.

به همین دلیل تولیدکنندگان مواد افزودنی، آنها را براساس نقشی که ایفا می کنند، تولید و عرضه می نمایند

که برخی از آنها عبارت اند از:

غلظت دهنده ها، مواد موثر دارویی، عامل دمنده و ایجاد کف، آقت کش ها، آغازگر ها، زلال کننده ها،

عامل اتصال دهنده، محافظت کننده های خوردگی،تأخیر اندازهای شعله و آتش،

روان کننده ها و عواملی که باعث افزایش جریان پذیری مواد جامد می شوند، امولسیون کننده ها و رقیق کننده ها،

ضد کف ها و ضد تجمع هوا، ضد امولسیون ها، عوامل پخش کننده، مواد ضد الکتریسیتۀ ساکن،

مواد ضد سایش، مواد معطر و خوشبو کننده ها و پاد اکسنده ها.

برای مثال مواد افزودنی و مواد تشکیل دهنده یک نمونه کیک موجود در بازار شامل:

آرد گندم، شکر، تخم مرغ، روغن نباتی، شیرخشک، گلوکوز، پودر کاکائو، سوربیتول، نمک طعام، نشاستۀ گندم، پودر آب پنیر، اسانس تافی،

سدیم بی کربنات E500، وانیلین، لستین سویا E322، سدیم پیرو فسفات اسیدE45، سوربات پتاسیم، اسانس فندق، سیتریک اسید E330،

مونو و دی گلیسرید E471 و E472 می باشد که این محصول براساس استاندارد

ملی ایران شمارۀ 3494 نوع افزودنی ها، نقش آن ها و مقدار مجاز به شرح جدول زیر می باشد.

 

در بخش پیشین موادافزودنی براساس نقشی که ایفا می کنند، تقسیم بندی شدند.

این مواد را می توان از دیدگاه عملکرد به سه دسته با تأثیرات فیزیکی، شیمیایی و زیست شناختی تقسیم بندی کرد،

گرچه گاهی برخی از این مواد، همزمان نقش فیزیکی و شیمیایی را بر عهده دارند.

افزودنی ها با تأثیرات فیزیکی با تغییر عوامل فیزیکی مانند کشش سطحی، چگالی و گرانروی خواص محصول یا فرایند را بهبود می بخشند،

در حالی که افزودنی ها با تأثیر شیمیایی، موجب رخ دادن یک واکنش شیمیایی می شوند و خواص فرایند و یا محصول را بهبود می بخشند

و افزودنی های زیست شناختی با انجام یک عمل زیست شناختی، خواص محصول را بهبود می دهند.

انواع افزودنی با تاثیر فیزیکی

• مواد ضد کیکی و عواملی که باعث جریان پذیری مواد جامد می شوند.
• امولسیون کننده ها
• ضد امولسیون ها و عوامل پخش کننده
• ضد کف ها و ضد تجمع هوا
• مواد ضد الکتریسیته ساکن و جلوگیری کننده از ایجاد بار الکتریکی
• مواد ضد سایش
• عطرها و مواد معطر
• مواد افزایش دهنده و اصالح کنندۀ گرانروی
• مواد نرم کننده
• عوامل دمنده و کفزا

انواع افزودنی با تاثیر شیمیایی

• ولکاننده ها و ایجاد کننده های پیوندهای عرضی
• عوامل پخت و سخت کننده
• آغازگرها
• شتاب دهنده های واکنش های شیمیایی
• ختم کنندۀ واکنش یا تأخیرانداز واکنش های شیمیایی
• زلال کننده ها
• عوامل اتصال دهنده
• محافظت کننده های خوردگی
• تأخیر اندازهای شعله و آتش
• پاد اکسنده ها
• رباینده های مواد اسیدی

انواع افزودنی با تاثیر زیست شناختی

• مواد مؤثرۀ دارویی
• آفتکش ها (عوامل ضدجلبک و لجن، مواد ضدمیکروب، مواد ضدباکتری و کشندۀ باکتری و مواد ضد قارچ و قارچکش)
• آنزیم ها

به عنوان مثال تعدادی از افزودنی های رنگ های آب پایه و نقشی که در بهبود فرایند یا محصول ایجاد می کنند، در جدول زیر آورده شده است.

روش های افزودن موادافزودنی

مقدار و روش افزودن مواد افزودنی، متنوع و وابسته به اهداف، استاندارد های مرتبط و نوع افزودنی است.

روش عملکرد در مورد محصولات بدین گونه است که طراح فرمول براساس نیاز، اهداف و خواص مورد نیاز،

نوع افزودنی را با توجه به متغیرهای اقتصادی و عملیاتی انتخاب می کند.

مقدار و روش افزودن این مواد براساس استانداردها و الزاماتی است

که سازمان های نظارتی و تولیدکنندگان افزودنی ها تعیین کرده اند.

سپس با انجام آزمون های تجربی، این عملیات تأیید می شود و فرمول بندی جدید به دست می آید.

در فرایندهای شیمیایی این عملیات توسط طراحان فرایند در واحدهای تولیدی انجام می شود.

بسته به نوع فرایند تولید که پیوسته، نیمه پیوسته و یا ناپیوسته باشد، روش های افزودن این مواد به محصول یا فرایند متفاوت است.

در فرایند های پیوسته به طور معمول، محلولی با غلظت معین از افزودنی ها تهیه می شود سپس با توجه

به میزان مجاز افزودنی و شدت جریان مواد فرایندی، محلول افزودنی توسط پمپ هایی به نام دوزینگ پمپ

که  شدت جریان دقیق و قابل تنظیم دارند، به جریان مواد اولیه، مواد میانی و یا محصولات افزوده می شوند.

 

مثالی از فرایند پیوسته، فرایند تولید بخار آب در نیروگاه ها است. آب و بخار موجود در دیگ ها و مولدهای بخار

باعث بروز مشکلاتی نظیر خوردگی و تشکیل رسوبات (شکل زیر) می شوند. از این روی، افزودنی ها به منظور بهبود

کیفیت بخار، جلوگیری از خوردگی، و جلوگیری از رسوب گذاری به دیگ ها و مولدهای بخار افزوده می شوند.

بر اساس نتایج آزمایشگاهی، تجزیه و تحلیل آب ورودی، بخار تولیدی و مشخصات فرایندی، محاسبات لازم توسط مهندسان فرایند انجام شده

و نوع و مقدار مادۀ افزودنی تعیین و محاسبه می شود. وظیفۀ این افزودنی ها حذف اکسیژن، تنظیم pH ،جلوگیری از تشکیل و چسبیدن

رسوبات به اجزای داخلی دیگ خار، تشکیل لایۀ محافظ روی قسمت های فلزی و در نتیجه، جلوگیری از خوردگی دیگ یا

مولد بخار و مسیرهای انتقال بخار است. در جدول زیر تعدادی از این مواد و نقش آنها در تولید بخار را نشان می دهد.

 

مثال دیگری از روش افزودن افزودنی ها ساخت مستر بچ است، اگر قصد اضافه کردن یک افزودنی مانند رنگدانه به یک بسپار وجود داشته باشد،

به دلیل درصد کم رنگدانه نسبت به کل بسپار، نمی توان رنگدانه را به طور مستقیم و یکنواخت به آن افزود.

به همین دلیل ابتدا از افزودنی ها مستربچ (شکل زیر)، تهیه می شود. مستربچ در صنعت بسپار آمیزه ی

غلیظی حاوی سه جزء بسپار پایه، مادۀ افزودنی و عامل پخش کننده است.

این مواد با یکدیگر مخلوط شده، ذوب می شوند و پس از یکنواخت شدن اجزا، به شکل دانه یا گرانول در می آیند.

تولیدکنندگان قطعات پلاستیکی مطابق با نیاز، مستربچ را تهیه کرده و با گرانول های بسپار مخلوط می کنند

و به روش های مختلف قطعات را تولید می کنند. استفاده و کاربرد مستربچ در شکل زیر مشاهده می شود.

در فرایندهای نیمه پیوسته بسته به فرایند عملیاتی و نوع افزودنی، ممکن است

مانند روش پیوسته و یا ناپیوسته و یا ترکیبی از این دو عمل شود.