UserCom 44 للتحليل الحراري

تمثل السلامة جانبًا مهمًا في تطوير عمليات صناعة المستحضرات الكيميائية. يوضح هذا المقال كيفية استخدام مقياس كالوريمتر التفاعل وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) لتقييم إمكانية الخطر الحراري للكيماويات والتفاعلات الكيميائية.

مقدمة

في العقود الأخيرة، وقعت العديد من الحوادث الخطيرة في منشآت إنتاج الكيماويات. وقد أسفرت العديد من هذه الحوادث عن إصابات خطيرة أو حتى وفاة بعض الأفراد، وكما كان لها في كثير من الأحيان تأثير كبير على البيئة المحلية. حيث تقع الحوادث في كثير من الأحيان بسبب خروج بعض العمليات عن نطاق السيطرة نتيجة لمشاكل فنية. ويمكن لمثل هذه الحالات التي يُطلق عليها الانفلات الحراري أن تؤدي إلى انفجارات كارثية. ويوضح هذا المقال كيفية الحصول على المعلومات الهامة لتقييم السلامة الحرارية للمواد الكيميائية والعمليات باستخدام مقياس كالوريمتر التفاعل وتحليل كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC).

[…]

في العديد من الاستعمالات، مثل الكابلات أو السدادات، يجب أن تمتلك مركبات المطاط خصائص ميكانيكية ممتازة وخصائص مقاومة للهب. ويوضح هذا المقال كيفية تحديد مقاومة اللهب بسهولة عن طريق قياسات التحليل الحراري الوزني (TGA)، وكذلك كيفية استخدام القياسات الميكانيكية المقترنة بالقياس الحراري الوزني لتحسين الخصائص.

مقدمة

عند تطوير مركبات المطاط المقاومة للهب، يجب تحسين العديد من الخصائص من خلال الاختيار والجمع الصحيح للمكونات. ففي تقنيات التركيب التقليدية، يتم استخدام محتوى عالٍ من الحشوات غير النشطة لتحسين خصائص الحماية من اللهب. إلا أن هذا الأمر دائمًا ما يكون له تأثير سلبي على الخصائص الميكانيكية.

وسنقدم في الأقسام التالية مفهومًا قائمًا على الجانب الفيزيائي، والذي يوفر إمكانية تحسين كل من الحماية من اللهب والخصائص الميكانيكية على وجه التحديد.

[…]

تمثل البلمرة الضوئية في الوقت الحاضر إحدى العمليات التي تُستخدم على نطاق واسع. حيث تُستخدم الأنظمة في الاستعمالات الطبية، مثل طب الأسنان، والاستعمالات اللاصقة، وتقنية الطلاء، ومؤخرًا الطباعة ثلاثية الأبعاد [1]. ويوضح هذا المقال كيفية فحص سلوك المعالجة لعينة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية ثنائية المكونات.

مقدمة

تُعد اﻟﺒﻠﻤﺮة اﻟﻜﻴﻤﻴﺎﺋﻴﺔ الضوئية بديلاً ﻟﻠﺒﻠﻤﺮة اﻟﺤﺮارﻳﺔ اﻟﺘﻲ ﻳﺘﻢ ﻓﻴﻬﺎ ﺗﺴﺨﻴﻦ اﻟﻌﻴﻨﺔ ﺛﻢ ﺗﺒﺪأ ﻓﻲ اﻟﺒﻠﻤﺮة أو العلاج. ففي البلمرة الضوئية الكيميائية، يتم تحفيز ما يسمى بالبادئ الضوئي عند التعرض للإشعاع (الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي). حيث يقوم البادئ بتشكيل جذور أو أيونات تحفز البلمرة [2، 3].

ويحدث هذا النوع من البلمرة في درجات حرارة منخفضة وبسرعة. وعادة ما يُستخدم DMPA (2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone، الشكل 1) كبادئ ضوئي للميتاكريليتات.

يوضح هذا المقال البلمرة الضوئية لعينة ثنائية المكونات (ميتاكريليت) باستخدام DMPA. يوضح الشكل 1 الصيغة البنائية للبادئ DMPA. يعمل المركب كبادئ ضوئي جذري. وعلى هذا النحو، فإنه يتحلل تحت تأثير الضوء الموجي المناسب في جذر الميثيل (·CH₃) الذي يهاجم المركبات الكربونية-الكربونية المزدوجة في المادة الخاضعة للمعالجة (في هذا المثال، جزيء الميتاكريليت)، وبالتالي تبدأ عملية البلمرة. وتتوقف البلمرة عندما يتفاعل جذران مع بعضهما البعض. ويمكن أيضًا أن تتوقف العملية أو تتأثر، في حالة توقف تشكل بادئ السلسلة الجذرية، وذلك بإطفاء مصباح الأشعة فوق البنفسجية على سبيل المثال [3].

[…]

المراجع

[1] ويكيبيديا.
[2] Kunsstoffkompendium، Adolf Franck، Bernd Herr، Hans Ruse، Gerhard Schulz، Vogel Verlag.
[3] Photopolymerization kinetics of multifunctional monomers، Ewa Andrzejewska، Prog. Polym. Sci. 26 (2001)، 605–665.

تتوفر الآن عدة أنواع مختلفة من أحمر الشفاه والمسكارا. وتتمثل أهم خصائص هذه المنتجات في دوام تأثيرها لفترة طويلة، وسهولة وضعها وإزالتها، وكذلك ثباتها من الناحية الفيزيائية والكيميائية وعدم تسببها في تهيج البشرة. وتكون المواد الشمعية والزيوت الموجودة في أحمر الشفاه هي المسؤولة عن سهولة الاستعمال؛ بينما غالبًا ما يُستخدم أسود الكربون كصبغة في الماسكارا. وتسمح تقنيات التحليل الحراري بسهولة فحص جودة هذه الأنواع من مستحضرات التجميل.

مقدمة

ويتميز الطلب على أحمر الشفاه، والماسكارا، وصبغات الشعر، والكريمات المتوفرة في سوق مستحضرات التجميل بأنه متزايد باستمرار. وغالبًا ما تكون تركيبات مستحضرات التجميل معقدة، وهذا هو السبب وراء الحاجة إلى تقنيات تحليل جيدة لمراقبة جودة هذه المنتجات.

وتوضح أمثلة الاستعمال التالية كيف تم استخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) والتحليل الحراري الوزني (TGA) لتحليل أنواع مختلفة من أحمر الشفاه والماسكارا.

[…]

يُعد فوسفات ثلاثي الكالسيوم (TCP) أحد المكونات الرئيسية للمواد البديلة للعظام التي تستخدم على نطاق واسع في الاستعمالات الطبية واستعمالات طب الأسنان لترقيع العظام والزرع. يوضح هذا المقال كيفية استخدام تقنيات TGA/DSC والتحليل الحراري الميكانيكي (TMA) لدراسة تركيب فوسفات ثلاثي الكالسيوم وتحديد درجات الحرارة الانتقالية لمختلف مكونات فوسفات ثلاثي الكالسيوم (TCP).

مقدمة

من الناحية الكيميائية، تتكون العظام من فوسفات الكالسيوم بنسبة 60%. ولذلك تتضح ضرورة استخدام مركبات فوسفات الكالسيوم الاصطناعية كمواد بديلة للعظام. حيث تُعد المواد البديلة للعظام ضرورية لإنتاج غرسات العظام الخزفية وإصلاح عيوب العظام.

ويتمثل أحد الجوانب المهمة بشكل خاص للمواد البديلة للعظام في قابليتها للامتصاص من خلال المواد العظمية المنتجة حديثًا في الجسم. إلا أن أحد الشروط الأساسية لهذا الأمر هو التوافق الحيوي للمواد البديلة للعظام. وغالبًا ما تكون مواد فوسفات الكالسيوم المستخدمة في الخزفيات الحيوية عبارة عن هيدروكسيل الأباتيت hydroxylapatite، أو هيدروكسيباتيت hydroxyapatite (HA)، أو ألفا فوسفات ثلاثي الكالسيوم alphatricalcium phosphate (α-TCP)، أو بيتا فوسفات ثلاثي الكالسيوم beta-tricalcium phosphate (β-TCP)، أو فوسفات الكالسيوم ثنائي الأطوار biphasic calcium phosphate (HA+ β-TCP).

وتُعد الهيدروكسيباتيت هي الأبطأ من حيث الامتصاص، كما تتميز بأكبر مستوى من الثبات الميكانيكي. بينما في المقابل، تتميز ألفا فوسفات ثلاثي الكالسيوم (α) وبيتا فوسفات ثلاثي الكالسيوم (β-TCP) بأنها الأكثر قابلية للذوبان في المواد العظمية الموجودة في الجسم. وهذا يزيد من معدل امتصاصهم ويقصر عملية العلاج. ولهذا السبب، غالباً ما يكون α-TCP وβ-TCP هما العنصران الرئيسيان في المواد البديلة للعظام المستخدمة لملء العيوب العظمية التي يمكن أن تحدث على سبيل المثال في زراعة الأسنان [1] أو في زراعة العظام الخزفية [2، 3].

يوضح هذا المقال كيف يمكن دراسة التركيب والسلوك المرحلي لفوسفات ثلاثي الكالسيوم (TCP) عبر تقنيات TGA/DSC والتحليل الحراري الميكانيكي (TMA).

تُعد المواد الأولية لإنتاج فوسفات ثلاثي الكالسيوم (TCP) عبارة عن خليط متكافئ من فوسفات هيدروجين الكالسيوم(CaHPO₄) وكربونات الكالسيوم (CaCO₃). وتوضح المعادلة 1 التفاعل الكلي.

2·CaHPO₄ + CaCO₃ → Ca₃(PO₄)₂ + (1) H₂O + CO₂

[…]

المراجع
[1] Constantz B. R.، Ison I. C.، Fulmer M. T.، Poser R. D.، Smith S. T.، Wagoner M. V.، Ross J.، Goldstein S. A.، Jupiter J. B.، and Rosenthal D.I.، Science 267، 1796 (1995).
[2] Langstaff S.، Sayer M.، Smith T. J. N.، Pugh S. M.، Hesp S. A. M.، and Thompson W. T.، Biomaterials 20، 1727 (1999).
[3] Wang J. X.، Chen W. Q.، Li Y. B., Fan S. J.، Weng J.، and Zhang X. D.، Biomaterials 19، 1387 (1998).

عند استخدام المواد البوليمرية اللاصقة في الدهانات ذات الصبغات الهيدروفيلية مثل أكسيد التيتانيوم، يجب معالجة الصبغات مسبقًا بالبوليمرات المتوافقة مع المادة اللاصقة. وإلا فقد تتشكل تكتلات كبيرة بسبب سوء الالتصاق بين المادة اللاصقة والجزيئات. وهذا قد يؤدي إلى هشاشة الطبقات وكسور في غلاف الطلاء. وهذا المقال يوضح كيف يمكن استخدام التحليل الحراري الوزني (TGA) وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) لتحديد الخصائص المهمة للطلاء باستخدام ثاني أكسيد التيتانيوم كمثال.

مقدمة

تتكون الدهانات بشكل أساسي من صبغات، ومادة لاصقة، ومذيب. وبالإضافة إلى ذلك، تُستخدم العديد من الإضافات من أجل الحصول على عدة خصائص محددة، مثل زمن الجفاف، وسلوك التدفق، واستقرار الأشعة فوق البنفسجية، واللمعان، إلخ. حيث تعمل المادة اللاصقة على لصق الصبغات في صورة غشاء رقيق على الركيزة بعد أن يجف المذيب. وعادة ما تكون المواد اللاصقة عبارة عن بوليمرات (مثل الأكريلات، والبولي يوريثان، والبوليستر، والميلامين، وما إلى ذلك).

وفي حالة استخدام مواد لاصقة بوليمرية مع الصبغات الهيدروفيلية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، قد تتشكل تكتلات كبيرة من الأصباغ بسبب سوء الالتصاق بين المادة اللاصقة والجزيئات. وهذا قد يؤدي إلى هشاشة الطبقات وكسور في غلاف الطلاء. ولتجنب ذلك، يتم تغليف الجزيئات مسبقًا بالبوليمرات المتوافقة مع المادة اللاصقة.

يوضح هذا المقال كيفية استخدام التحليل الحراري الوزني (TGA) وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) للتحقق من الخصائص المهمة للطلاء مثل الثبات الحراري، وتأثير وقت البلمرة على سُمك الطلاء، ودرجة حرارة التزجج، باستخدام ثاني أكسيد التيتانيوم كمثال.

[…]

بالنسبة للعديد من التطبيقات العملية، من المهم أن تكون قادرًا على تحديد البوليمرات بسرعة وعلى نحو موثوق. يوضح هذا المقال كيف يمكن تحديد بوليميرات شبه البلورية عبر قياس درجات ذوبانها باستخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC).

مقدمة

تتكون اللدائن الحرارية من جزيئات كبيرة. وفي حالة الذوبان، تتشابك هذه الجزيئات بشكل عشوائي. وتكون البوليمرات غير المتبلورة في حالة صلبة في درجات الحرارة الأدنى من التزجج. ويتم ترتيب الجزيئات على نحو مماثل لما يحدث في الذوبان. وبالإضافة إلى الطور غير المتبلور، فإن اللدائن الحرارية شبه البلورية يكون لها أيضًا طور بلوري يتم فيه ترتيب القطاعات الجزيئية بشكل موازٍ لبعضها البعض.

وينتج ذوبان البلورات قمم ذوبان واسعة في منحنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC). حيث تكون البلورات صغيرة نسبيًا، وتحيط بها مناطق غير متبلورة. ويشار إلى البنية المقابلة كمنطقة جامدة غير متبلورة بسبب الحركة المقيدة للقطاعات الجزيئية بالقرب من سطح طيات البلورات. ولا يتم تحديد الأجزاء الجامدة غير المتبلورة بشكل مباشر في منحنى قياس كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC). وبالإضافة إلى هذه المناطق غير المتبلورة، توجد أيضًا مناطق غير متبلورة متنقلة تشهد تزججًا (الشكل 1).

وعند التسخين، لا تذوب المناطق المتبلورة عند درجة حرارة ثابتة، بل في نطاق كامل لدرجات الحرارة. وتعتمد درجة ذوبان البلورات على حجمها. حيث تذوب البلورات الصغيرة في درجات حرارة أقل من البلورات الكبيرة. ونظرًا لوجود بلورات ذات أحجام مختلفة، فإن البوليمرات تذوب دائماً في نطاق كامل لدرجات الحرارة.

وهذا هو السبب في ظهور قمة ذوبان واسعة نسبيًا في منحنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) الخاصة بها. ويمكننا تحديد خصائص القمة عن طريق درجة حرارتها وعرضها.

[…]