کربنات سدیم در پودر لباسشویی

خلاصه از این مقاله پودر لباسشویی

دو نوع پودر کربنات سدیم تولید شده با اسپری خشک ( SD ) و خنثی سازی خشک ( DN ) برای بررسی خواص فشرده ‌سازی شان با استفاده از یک تستر فشار تک محوری مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین مقایسه ای با پودر شستشوی Persil نیز انجام شد. کربنات سدیم خنثی شده، مقاومت بیشتری نسبت به متراکم شدن نشان می دهد و همچنین درهنگام اعمال فشار  ۱۰۰ کیلو پاسکال ، فشردگی ضعیفتری  ایجاد می کند. اسپری کربنات سدیم خشک ‌شده ، با توجه  نداشتن ذرات ریز ، از تراکم  خوبی برخوردار بود .

کالری سنجی اسکن اختلاف (DSC) نشان داد که هر دو نوع پودر در طبیعت عمدتا آمورف هستند. اندازه ‌گیری‌های جذب رطوبت نشان داد که هر دو پود در روشی مشابه ، زیر ۵۰ % RH رفتار کرده‌اند. با این حال، کربنات سدیم خنثی شده رطوبت بالاتری در RH  مربوطه داشت. ساختار ذره نیز با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی ( SEM ) مورد بررسی قرار گرفت که فضای همگن ذرات اسپری خشک را نشان می‌داد .

مقدمه ای بر بازار پودر لباسشویی

بازار جهانی شوینده ها  از جمله پودر لباسشویی بسیار مهم است و در سال ۲۰۰۷ به ارزش ۵۶٫۴ میلیارد دلار برآورد شده است. پودر لباسشویی بخش قابل توجهی از این سهم را ، به خصوص در بازارهای در حال توسعه مانند خاور دور به خود اختصاص می دهد. با این حال، بسیاری از فرمولاسیون های پودرهای لباسشویی هنوز هم بر اساس استفاده از فسفات ها است که تاثیر زیادی در محیط زیست به هنگام تخلیه در فاضلاب دارند.

یکی از پیامدهای عمده غلظت زیاد فسفات در محیط زیست باعث افزایش رشد جلبک و این امر خود منجر به کاهش سطح اکسیژن در دریاچه ها و رودخانه ها می شود. در حال حاضر بسیاری از کشورها قانون هایی علیه استفاده از فسفات ها وضع میکنند و اتحادیه اروپا نیز بر آنست تا ممنوعیت کامل آن را تا سال ۲۰۱۵ [۱-۲] اعلام نماید.

تولید کنندگان اصلی پودر لباسشویی در حال حاضر در حال بررسی  زئولیت به عنوان یک جایگزین مناسب برای آن می باشند. با این حال، مانع جدی برای فساد کامل از فسفات ها، منابع محدود زئولیت در بعضی از نقاط جهان است ولی هرچند مابقی در لباس ها باقی می ماند. یک روش جایگزین استفاده از پودر کربنات سدیم است .

اگر چه شوینده های اسپری خشک کربنات سدیم در حال حاضر در برخی از بازارها وجود دارد، اما آنها رفتاری متفاوت نسبت به پودرهای شوینده معمولی از خود  نشان می دهند و عمدتا گرایش بیشتری به کیک شدن دارند، و حتی در دمای متوسط ​، رطوبت نسبی دارند، و این امر کاربرد آنها را محدود می کند. این مساله با توجه به زمان نگه داری  آن از زمان تولید تا مصرف پودرهای لباسشویی که ممکن است تا ۱۲ ماه بطول بیانجامد خود نیز مشکل بزرگی را فراهم می سازد.

مطالعات پیشین محققین نشان داده است که اسپری کربنات سدیم خشک شده ، می تواند از طریق تشکیل پل های بین ذرات [۳] یا با تعامل با رطوبت جو به دلیل تشکیل یک سطح  از ذرات چسبنده [۴-۵]، می تواند به کیک تبدیل شود. رفتار ذرات اسپری خشک با توجه به ماهیت بی‌شکل آن، به پارامترهای فرآیند،مرتبط است [ ۸ – ۸ ] . با این حال، یک روش جایگزین برای تولید پودر کربنات سدیم، استفاده از یک فرآیند شناخته شده به عنوان خنثی سازی خشک است.

ماهیت کاربرد کربنات سدیم در تولید پودر لباسشویی

ماهیت دقیق این فرایند در تعداد اختراعات ثبت شده ای خلاصه می گردد که با توجه به نحوه تولید و کاربردهای مختلف آن متفاوت است ( ۹ ) ، اما اصل اساسی آن این است که ذرات متحرک کربنات سدیم با یک لایه نازک اسید اسپری می‌شوند و محصول خنثی منجر به تراکم ذرات می‌شود. این اسید معمولا سولفونات آلکیل بنزن خطی است. استفاده از یک گرانول برشی میزان اندازه ذرات و میزان و مقدار اسید را کنترل می کند. هدف تهیه فرآیندی است که محصول را مطابق روش گرانوله مرطوب و یا خشک کردن اسپری ، گرما ندهد.

هدف از این مطالعه، مقایسه مقادیر کیکنگ کربنات سدیم و تراکم تولید شده توسط هر روش است. واضح است که روش اسپری خشک با توجه به ابعاد نازل، مقدار جریان خوراک دهی، دمای خشک شدن هوا، جریان و رطوبت نسبی،  انعطاف پذیری بیشتری به ما می دهد. خنثی سازی خشک ، امکان استفاده از آب کمتر ، با شرایط مصرف انرژی کمتر را ارائه می‌دهد. این مطالعه نشان می دهد که چگونه روش های مختلف پردازش بر خصوصیات پودر تاثیر می گذارد. مقایسه ای نیز با نام تجاری (Persil) ساخته شده است که در سوپرمارکت ها نیز قابل خریداری می باشد.

مواد و روش لازم برای تولید پودر لباسشویی با خرید کربنات سدیم

اسپری در هنگام خرید کربنات سدیم (SD) خشک شده با استفاده از یک طرح آزمایشی اسپری خشک کن ۳ متری ساخته شده است. خرید محلول ۳۰ درصد کربنات سدیم به اتمایزر دوقلو که از هوای فشرده به عنوان گاز اتمی کننده استفاده میکند، تزریق شد. محلول اسپری خشک با استفاده از دماهای ورودی و خروجی به ترتیب دمای ۳۵۰ ° C و ۱۰۵ ° C بدون هیچگونه مواد اضافی خشک شد. فرمول بندی عمومی کربنات سدیم خنثی شده خشک (DN) نیز با استفاده از خرید سولفونات آلکالن بنزن تولید می شود.

خرید پودر شوینده پرسیل شامل ۱۵٪ – ۳۰٪ زئولیت، ۵٪ – ۱۵٪ مواد سفید کننده کننده حاوی اکسیژن، سورفکتانت های آنیونی، سورفکتانت های غیر یونی و ۵٪ صابون، پلیکربوکولات ها، فسفات ها، عطر ها و روشن کننده های نوری می باشد. این پودرها با استفاده از غربال آنالیز و نتایج در جدول شکل ۱ نشان ‌داده شده‌اند .

تحلیل کربنات از پودر های لباسشویی

جدول ۱: اندازه ذرات اسپری خشک (SD)، خنثی سازی خشک (DN) خرید کربنات سدیم و ذرات Persil به روش غربال تجزیه و تحلیل شد. این نشان دهنده عدم وجود ذرات ریز مستقل زیر ۳۵۵ میکرومتر در ماده خشک شده اسپری است که نشان دهنده بروز آگلومراسیون است. تست فشردگی تک محوری قطر ۱۰۰ میلی متر و ارتفاع ۱۵۰ میلی متر به منظور بررسی خواص فشرده ‌سازی پودرهای تحت آزمایش و استحکام کششی تولیدات ، مورد استفاده قرار گرفت. یک نمودار شماتیک ازسر تسترتک محوری در شکل ۲ نشان‌داده شده‌ است .

نتیجه گیری اولین آزمایش کربنات سدیم

در ابتدا، قالب به طور کامل با پودر پر شده و با سرعت ۲۰ میلیمتربردقیقه با استفاده از یک ورق فولاد ضد زنگ فشرده می شود. این صفحه به دستگاه تست Instron 3366 متصل می شود که امکان نظارت دقیق بر موقعیت صفحه، سرعت فشرده سازی و حداکثر بار را فراهم می کند. هنگامی که پودر به اندازه  بار مورد نظر فشرده می شود، σ، قطعه قالب برداشته و فشرده گی حاصل با سرعت ۲۰ میلی متر در دقیقه انجام و حداکثر بار ثبت می شود. این معادل استحکام کششی عمودی σT است.

تستر فشرده ساز تک محوری به طور موثر توسط تعدادی از محققان [ ۱۱ – ۱۰ ] برای مقایسه خواص جریان و نگهداری از فرمول‌های پودر مختلف استفاده شده ‌است. مزیت این روش نسبت به  روش سلول برشی اینست که  به یک اپراتور نیمه ماهر نیازمند بوده و در صنعت نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. مواد آزمون به مدت ۲۵ دقیقه در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد و ۳۰ درصد رطوبت نسبی قبل از آزمایش نگهداری شدند.

تستر فشرده سازی پودر لباسشویی

منحنی های تراکم به عنوان توزیع های پراکنده نسبت ارتفاع ε در برابر تنش فشاری، σ نشان داده شده است.

نسبت ارتفاع را می توان با معادله نشان داد:

که در آن , ارتفاع اولیه پودر ( ۱۵۰ میلی متر ثابت ) و h ارتفاع قله فشردگی است .

پودر ها در داخل میله به طیف وسیعی از تنش های نهایی کنترل شده فشرده می شوند. پس از آن هر بار قالب حذف و پس از آن فشرده سازی تا زمان فروپاشی ادامه یافت. نمودار تغییرات فشار ناشی از فشار قبل از کاهش شدید استرس به اوج خود رسید. تنش پیک به عنوان مقاومت کششی تک محوری σT ثبت شد .

نتایج و بحث در مورد نحوه تولید پودر لباسشویی

سه مکانیسم اصلی فشرده‌سازی پودر عبارتند از:

  1. ترمیم مجدد ذرات، جایی که شکاف بین ذرات کاهش می یابد، هوا ساختار را ترک می کند و ذرات خود را به سمت حداقل سن حفره و رسیدن به چگالی فله هدایت می کنند. این امر معمولا ً در مراحل اولیه فشرده‌سازی اتفاق می‌افتد .
  2. ۲ ) تغییر شکل پلاستیک ، که در آن انرژی فشرده‌سازی با سطوح ذره پراکنده می‌شود و تغییر شکل پلاستیک در نقاط تماس شکل می‌گیرد . این امر ممکن است منجر به تشکیل پیوندها شود .
  • شکستگی ذرات ، که در آن انرژی فشرده‌سازی سبب تجزیه و تحلیل ذرات می‌شود و چگالی حجمی را به شکل ( ۱ ) کاهش می‌دهد. این رایج است زمانی که ذرات توخالی هستند .

به ندرت یک مکانیزم منفرد به تنهایی عمل کند. سختی ذره ، قابلیت ارتجاعی و مقاومت ، تحت‌تاثیر دما ، رطوبت نسبی و تبلور ، به نسبت هر مکانیزم در فرآیند فشرده سازی کمک می‌کند. اگر پودر بصورت یک مخلوط باشد، این می تواند بیشتر پیچیده نیز شود. شکل ۳ ویژگی های تراکم پودر را نشان می دهد که به صورت یک پلات لگاریتمی در شکل ۴ تکثیر می شود.

نمودار فشرده سازی کربنات سدیم و پدر لباسشویی

شکل ۳: مشخصات فشرده سازی برای DN، SD کربنات سدیم و پودر Persil در ۲۰ میلی متر در دقیقه.

پودر لباسشویی پرسیل و کربنات سدیم

شکل ۴: مشخصات فشرده سازی برای DN، SD کربنات سدیم و پودر Persil با سرعت ۲۰ میلی متر بر دقیقه به صورت لگاریتمی بیان می شود.

اگر چه هر دو پودرتوسط ترکیبی از مکانیزم‌های فشرده سازی متراکم شده‌اند ، همانطور که در ماهیت غیر خطی نمودارهای لگاریتمی در شکل ۴ نشان‌داده شده‌است، داده‌ها رفتار بسیار متفاوتی را بین مواد مشابه تولید شده توسط روش‌های مختلف نشان می‌دهند . کاهش قابل‌توجهی از کف ارتفاع برای پودر خشک ‌شده با بار ۲۰ کیلو پاسکال وجود دارد ، در حالی که پودر خشک خنثی تنها تا چند درصد کاهش پیدا کرده‌ است .

این دو قطعه همچنین نشان می‌دهند که مواد خشک‌شده ، یک گرایش مشابه به Persil را دنبال می‌کنند ، با این حال تمایل بیشتری به فشرده کردن تحت بار را نشان می‌دهد. تفاوت در رفتار بین پودر زمانی یافت می‌شود که مقاومت تک محوری تراکم ها را مقایسه کرد، همانطور که در شکل ۵ نشان ‌داده شده‌ است .

مقاومت فشردگی پودر

شکل ۵ : مقایسه مقاومت فشردگی تک محوری σT های DN و SD ، در محدوده فشردگی σ ایجاد شد .

نتیچه گیری تاثیر قیمت کربنات سدیم در قیمت پودر لباسشویی

این نتایج نشان می دهد که قیمت کربنات سدیم خشک شده اسپری، هنگامی که تحت بار قرار می گیرد نسبت به مواد خنثی خشک، به طور قابل توجهی قوی تر می شود، و گرایش بیشتر به کیک را نشان می دهد. بدیهی است که عوامل ضد انقباض موجود در فرمول تجاری Persil اطمینان حاصل می کنند که توانایی تشکیل ترکیبات قوی تحت بارگیری کاهش می یابد و امکان پردازش و بسته بندی را آسان تر می کند.

همبستگی فرم در قیمت پودر لباسشویی:

با ترسیم داده ها در شکل ۵ بر روی یک مقیاس لگاریتمی و بدست آوردن یک رگرسیون خطی بدست آمد:

مقایسه قدرت استحکام کربنات سدیم با پودر لباسشویی

شکل ۶: مقایسه قدرت استحکام فشاری یکسانی σT DN و انحراف معیار SD در طیف وسیعی از تنش های تراکم σ (مقیاس لگاریتمی) تشکیل شده است.

این در شکل ۶ نشان‌داده شده ‌است و همچنین تایید می‌کند که هیچ ” رد پایی ” در داده‌های اسپری خشک وجود ندارد . پارامترهای بدست‌ آمده در جدول ۲ نشان ‌داده شده‌اند :

جدول ۲ : پارامترهای بدست‌آمده از قیمت کربنات سدیم  از شکل ۹ برای استفاده در معادله ( ۲ )

یک سیستم ایده آل که در آن قدرت پودر فقط تحت تأثیر نقاط تماس قرار گرفته بین کره های یکسان اندازه گیری منظم مرتب شده بود مقدار β = ۲ را داشته باشد؛ زیرا سطح تماس بین ذرات اثر مستقیم بر قدرت آگلومرا دارد [۱۲] و این در مقدار واقعی β نزدیک به ۲ است. همچنین تفاوت هایی در منحنی های نیرو- فاصله نیز درزمانی که کامپوننت های غیرقابل تعریف یکنواخت می شوند وجود دارد.

شکل ۷ مقادیر تنش خالصی که از طریق فشرده سازی سه پودر لباسشویی به ۲۵۰ نانومتر تشکیل شده است و مربوط به استرس ۲۸٫۹kPa می باشد را مقایسه می کند. Persil یک کامپوننت ضعیف را تولید می کند که در حدود ۵۰۰Pa ناکام است، که مطابق با شکل ۵ و ۶ است.

پودر لباسشویی پرسیل سیستم فشردگی ضعیفی تولید می‌کند که در اطراف ۵۰۰ پاسکال با شکست مواجه می‌شود. عکس ۵ و ۶ . با افزایش سریع مقاومت پس از حدود ۲۵ % از حداکثر کرنش ، لایه خشک فورا ً فشرده می‌شود . اسپری خشک شده فشرده باعث افزایش میزان تنش می شود که میزان آن به تدریج به سمت مقدار شکست افزایش می یابد.

مقایسه دو سیستم در نحوه قیمت کربنات سدیم

با این وجود، هر دو سیستم در مقادیر مشابه شکست می خورند. حجم سیستم DN به طور قابل ‌توجهی در تمام صفحات بدون وجود محدودیت‌های قالب ، هنگامی که یک بار قبل از شکست اعمال می‌شود ، تغییر می‌کند و برخی از تحرک ذرات در ساختار را پیشنهاد می‌دهد . این در سیستم sd رایج نیست , جایی که ذرات ریز به عنوان موجودیت‌های آزاد وجود ندارند .

مقایسه شکست تک محوری پودر

شکل ۷ : شکست تک محوری محدود نمونه‌ها در ابتدا به ۲۵۰ N ( ۲۸.۹ کیلو پاسکال ) فشرده شد .

اسکن الکترونی میکرو گراف همه ذرات در شکل ۸ ، با DN در بالا ، SD در مرکز و Persil در پایین نشان‌داده شده‌است . ذرات SD به وضوح یک فضای داخلی ناهمگن و شکنندگی بیشتر را نشان می‌دهند . – ذره DN کمتر کروی است و گستره وسیعی از اندازه ذره را دارد . ترکیبات متعدد پرسیل به وضوح در پروفایل سطح پیچیده ذرات نشان ‌داده شده‌اند .

تصاویر خنثی سازی خشک

شکل ۸ : تصاویر SEM از خنثی سازی خشک ( بالا ) ، اسپری( وسط ) و Persil ( کف )

ماهیت کریستالی دو پودر کربنات و همچنین تعامل آنها با رطوبت جو مورد بررسی قرار گرفت. شکل ۹ : نمودار اسکن اختلاف   DSC  برای کربنات سدیم‌ کریستالی، بدون آبی، خنثی سازی خشک در دمای ۲۰ ° C / min را نشان می‌دهد. داده‌ها به وضوح نشان می‌دهند که هم SD و هم نسخه‌های DN عمدتا ً ، با DN که تمایلات crystalline جزئی را نشان می‌دهند، بی‌شکل هستند.

شکل ۹ : بررسی اسکن دیفرانسیلی   DSC برای سدیم‌کربنات monohydrate ، کربنات سدیم anhydrous ، کربنات سدیم خشک‌شده و کربنات سدیم‌ در دمای ۲۰ ° C / min استفاده می‌شود. شکل ۱۰ منحنی های جذب رطوبت برای هر دو نوع پودر کربنات را مقایسه می کند که نشان می دهد که در رطوبت نسبی ۵۰٪ و در پایین، هر دو نوع پودر رطوبت جو را به همان اندازه جذب می کند. با این حال، سیستم خنثی سازی خشک دارای ظرفیت بیشتری برای جذب رطوبت در رطوبت نسبی بالاتر است. این ممکن است به دلیل سطوح شفاف ذرات DN که در شکل ۸ نشان داده شده است، یا تاثیر مقدار کمی از محصول خنثی سازی شود. کربنات سدیم کریستال دارای جذب حداقل رطوبت کمتر از ۸۰٪ رطوبت نسبی است [۱۳].

مقایسه داده ها برای نتیجه گیری

اسپری خشک کربنات سدیم

شکل ۱۰: داده های جذب رطوبت برای اسپری خشک کربنات سدیم و خنثی شده در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد

داده ها نشان می دهد که در حالی که پودرهای DN و SD همانند شیمیایی هستند، روش تولید آنها تاثیری واضح بر رفتار آنها دارد. در حالی که استفاده از اسپری خشک تولید ذرات ریز را به حداقل می رساند، ساختار هر ذره امکان تراکم گسترده ای را فراهم می آورد. همان طور که در مطالعات قبلی [۳] ثابت شده است، خواص سطحی ذرات اسپری خشک شده ، ذرات را تشویق می کنند و به پودر اجازه می دهند که قبل از تراکم، نسبتا چگالی کمتری داشته باشند. حتی در غیاب رطوبت بالا، زمانی که پودر فشرده می شود، امکان تحکیم و تغییر قابل توجهی در تراکم فله وجود دارد.

با این حال، در تست رطوبت ماده خنثی خشک،  به سختی متراکم می گردد. واضح است که ساختار و قدرت ذرات مقاومت بیشتری نسبت به تراکم فراهم می کند. این امر از لحاظ بسته بندی و ذخیره سازی قابل توجه است، زیرا مواد خنثی خشک شده کمتر هوادهی می شوند و در بسته بندی بیشتر کنترل می شوند. همچنین محصوالت کمتری را به عنوان محتویات محاسبه می کند و باعث کاهش خطر آسیب رساندن به آن خواهد شد. اگر چه ذرات خنثی شده برای استفاده در صنعت مواد شوینده ایجاد شده اند، این کیفیت می تواند کاربرد آنها را در مناطق دیگر مانند فرم های دارویی جامد نیز گسترش دهد.

نتیجه گیری در مورد تاثیر کربنات سدیم در تولید پودر لباسشویی

خصوصیات تراکم ذرات در خرید کربنات سدیم تولید شده توسط روش اسپری خشک و خنثی سازی خشک، به طور قابل توجهی متفاوت بوده و ذرات DN نسبت به تراکم مقاوم تر است. با این حال، در مقادیربا ثبات کمتر، دو نوع پودر کربنات با کشش های مشابه کشف شد. این ها به روش های مختلف شکست خورده اند، پیوستگی های DN نشان دهنده اعوجاج گسترده تر قبل از شکست است. در مقادیر پایین رطوبت نسبی ، محتوای رطوبت دو سیستم تقریبا ً یک‌سان است و در رفتار متفاوت آن‌ها نقش بازی نمی‌کند.

با این حال ، مطالعه بیشتر در رطوبت بالا نشان می‌دهد که میزان مقایسه چقدر است . مقادیر تثبیت کننده باعث ایجاد خشکی ماده اسپری برای تشکیل ترکیبات قوی تر می شود و این نشان می دهد که ماده خشک شده اسپری نباید در مقادیر زیاد ذخیره شود تا از تبدیل شدن به حالت کیکی جلوگیری شود. منحنی‌های فشرده‌سازی همچنین پیشنهاد می‌ کنند

که کربنات سدیم خشک ، کمتر تولید شده و برای سیستم‌های بسته‌بندی مناسب‌تر خواهد بود . داده های جذب رطوبت نشان می دهد که اقدامات احتیاطی برای از بین بردن جذب رطوبت برای هر دو پودر ضروری است، زیرا جذب رطوبت آنها ذاتا نسبت به خرید کربنات سدیم کریستالی، بیشتر است.

منبع مقاله : Aston university

اختراع پارچه خنک کننده و یا عایق کننده خودکار
نیتروژن در مسیر سریع پیوند شیمیایی قرار می‌گیرد
پرورش گاه های مواد شیمیایی زمین در زیر زمین کشف شدند
الکترود صنعتی
کشف فلز مایع در ایمن سازی و آشامیدنی کردن آب سمی
اسید های چرب جدید کشف شد