dealkalization - Dealkalization

Dealkalization è un processo di modifica superficiale applicabile ai bicchieri contenenti alcali ioni , in cui viene creato un sottile strato superficiale che ha una bassa concentrazione di ioni alcalini che è presente nel sottostante, vetro alla rinfusa. Questo cambiamento nella composizione superficiale altera comunemente le proprietà osservate della superficie, migliorando notevolmente più corrosione resistenza.

Molti prodotti di vetro commerciali quali contenitori sono fatti di vetro sodico-calcico , e quindi hanno una notevole percentuale di sodio ioni nella loro struttura interna. Poiché sodio è un elemento alcalino, la sua rimozione selettiva dai risultati di superficie in una superficie dealkalized. Un classico esempio di dealkalization è il trattamento di contenitori in vetro , in cui un processo speciale viene usato per creare una superficie interna dealkalized che è più resistente alle interazioni con prodotti liquidi immessi all'interno del contenitore. Tuttavia, il termine dealkalization può anche essere generalmente applicato a qualsiasi processo in cui una superficie di vetro forma un sottile strato superficiale che viene impoverito di ioni alcalini relativi alla massa. Un esempio comune è fasi iniziali di corrosione vetro o atmosferici , dove gli ioni alcalini vengono dilavati dalla regione superficiale dalle interazioni con acqua, formando uno strato superficiale dealkalized.

Una superficie dealkalized può avere o no alcali restante o può semplicemente avere meno la massa. In silicato vetri, superfici dealkalized sono spesso considerati "ricchi in silice" poiché la rimozione selettiva degli ioni alcalini può essere pensato per lasciare una superficie composta principalmente da silice (SiO 2 ). Per essere precisi, dealkalization generalmente non comporta la rimozione definitiva di alcali dal vetro, ma piuttosto la sua sostituzione con protoni (H + ) o hydronium ioni (H 3 O + ) nella struttura attraverso il processo di scambio ionico .

Trattamento di contenitori di vetro

Motivazione

Per contenitori di vetro, l'obiettivo di dealkalization superficie è di rendere la superficie interna del contenitore più resistente alle interazioni con prodotti liquidi successive posti al suo interno. Poiché il trattamento è diretto principalmente a modificare le proprietà della parte interna della superficie a contatto con il prodotto, è indicato anche come "trattamento interno".

L'esempio più comune del suo uso con recipienti sia su bottiglie destinate a contenere superalcolici . La ragione di questo è che alcuni superalcolici come vodka e gin hanno un circa neutro pH e un elevato contenuto di alcol, ma non sono bufferizzati in alcun modo contro le variazioni di pH. Se alcalino viene lisciviato dal vetro nel prodotto, il pH inizierà a salire (cioè diventare più alcalino), alla fine può raggiungere un pH sufficientemente elevato che la soluzione inizia ad attaccare il vetro stesso abbastanza efficace. Con questo meccanismo, prodotti alcolici inizialmente neutri possono raggiungere un pH in cui il contenitore di vetro si inizia a dissolversi lentamente, lasciando, scaglie di vetro silicee sottili o particelle nel fluido. Trattamento dealkalization ostacola questo processo rimuovendo alcali dalla superficie interna. Non solo questo significa alcalino meno estraibile nella superficie di vetro direttamente contatto con il prodotto, ma crea anche una barriera per la diffusione di alcali dal vetro massa sottostante nel prodotto.

La stessa logica vale articoli in vetro farmaceutiche come fiale che sono destinati a contenere medicinali. Mentre molti di questi elementi sono composti da più resistente vetro borosilicato , ma sono anche a volte dealkalized al fine di minimizzare la possibilità di lisciviazione alcali dal vetro nel prodotto. Questa azione consente di evitare variazioni indesiderate pH o forza ionica della soluzione, che non solo inibisce eventuale attacco del vetro come descritto in precedenza, ma può anche essere importante nel mantenere l'efficacia o la stabilità delle formulazioni dei prodotti sensibili.

metodi dealkalization

Dealkalizing contenitori di vetro viene realizzato esponendo la superficie di vetro solforati reattivi o composti contenenti fluoro durante il processo di fabbricazione. Una rapida reazione procede a scambio ionico che esaurisce la superficie interna di alcali, e viene eseguita quando il vetro è ad alta temperatura, in genere dell'ordine di 500-650 ° C o maggiore.

Storicamente, composti contenenti zolfo sono stati i primi materiali utilizzati per dealkalize contenitori di vetro. Procede dealkalization attraverso l'interdiffusione / scambio ionico di Na + fuori del vetro e H + / H 3 O + nel bicchiere, insieme con la successiva reazione della specie solfato con sodio disponibili in superficie per formare solfato di sodio (Na 2 SO 4 ). Quest'ultimo viene lasciato dietro come depositi cristallini idrosolubili, o fiore , sulla superficie di vetro che deve essere risciacquato distanza prima del riempimento. Su linee di produzione, un modo in cui questo processo è stato fatto era inondando la ricottura forno di ricottura con anidride solforosa (SO 2 ) o triossido di zolfo (SO 3 ) gas-specialmente in presenza di acqua, che migliora la reazione. Tuttavia, questa pratica è caduto in disgrazia a causa di preoccupazioni ambientali e sanitarie in materia di SO x tipo di gas. Un metodo alternativo per il trattamento con solfato è solido ammonio solfato sale o soluzioni acquose loro. Questi materiali vengono introdotti all'interno del contenitore dopo la formazione e decomporre in gas nel forno di ricottura, in cui la miscela di gas contenente zolfo risultante effettua la reazione dealkalization. Questo metodo è presumibilmente più sicuro che inondando il forno di ricottura in quanto i componenti non reagiti nella miscela di gas tenderà a non fuoriuscire nell'atmosfera, ma piuttosto reagire tra loro e ricreare il sale originale nel contenitore che può essere successivamente risciacquato via.

Il trattamento con i composti contenenti fluoro viene tipicamente realizzato attraverso l'iniezione di una miscela di gas fluorurato (ad esempio 1,1-difluoroetano miscelata con aria) in bottiglie a temperature elevate. Il gas può essere consegnato al contenitore sia in aria utilizzata nel processo di formatura (cioè durante il colpo finale del contenitore nella sua forma desiderata), o con un ugello dirigere un flusso di gas verso il basso nella bocca del flacone passa su un nastro trasportatore dopo la formazione, ma prima della ricottura. La miscela brucia dolcemente all'interno della bottiglia, creando una piccolissima dose di acido fluoridrico che reagisce con la superficie del vetro e serve a dealkalize esso. La superficie risultante è praticamente esente da residui del processo. Questo trattamento è anche noto come il processo di sfera IT (IT permanente per il trattamento interna) come Ball Corporation tenuto il brevetto e sviluppato il primo sistema commercialmente disponibile implementare questo processo.

Test per dealkalization

test di routine per dealkalization superficie nell'industria del contenitore di vetro tutti generalmente volti a valutare la quantità di alcali estratta dal vetro quando viene risciacquato con o esposto ad acqua purificata. Ad esempio, dealkalization può essere rapidamente controllata introducendo un piccolo volume di acqua distillata ad una bottiglia preparata e rotolare la bottiglia delicatamente per passare completamente l'acqua sulla sua superficie interna. Il pH dell'acqua di risciacquo viene poi misurata; contenitori trattati tenderanno a produrre un pH leggermente alcalino nell'intervallo 8-9 a causa di estratto alcalino, mentre i contenitori dealkalized tendono a produrre un pH che rimane a neutralità.

Una versione più completa di questo test è descritto in vari campioni di prova internazionali e nazionali per contenitori in vetro, tutti con metodologie comparabili. Questi test valutano la stabilità idrolitica dei contenitori in condizioni più severe, in cui i contenitori riempiti, vicino alla capacità con acqua purificata, sono coperti e quindi di calore, riciclata in un autoclave a 121 ° C per 1 ora. Dopo raffreddamento a temperatura ambiente, l'acqua viene titolato con acido per valutare il pH dell'acqua, e quindi la quantità equivalente di alcali estratta durante il ciclo termico. Il contenuto di alcali dell'acqua di risciacquo può anche essere valutata più direttamente mediante analisi chimica dell'acqua di risciacquo, come illustrato nelle versioni più recenti della Farmacopea Europea. Secondo gli standard della Farmacopea, internamente trattati o contenitori di vetro sodico-calcico dealkalized sono designate " Tipo II contenitori", mettendo così separarli dalle loro controparti non trattate per la loro migliorata resistenza alle interazioni di prodotto (come opposto a "Tipo III", che è standard, non trattati in vetro sodico-calcico, o "tipo I", che è riservata per il vetro borosilicato altamente resistente).

Anche se non di routine, dealkalization può anche essere misurata in una varietà di altri modi. Dal momento che le superfici dealkalized sono più chimicamente resistente, ma sono anche più resistenti alle reazioni agli agenti atmosferici, e la valutazione appropriata di questo parametro può dare una prova indiretta di una superficie precedentemente dealkalized. E 'anche possibile valutare dealkalization attraverso l'uso di tecniche avanzate superficiali analitiche come SIMS o XPS , che danno misure dirette della composizione della superficie di vetro.

Guarda anche

Riferimenti