بخشی از مقاله
چکیده: در این پژوهش تهیه دیکلسیمفسفات گرید دندانی جهت تولید در داخل کشور مورد بررسی قرار گرفت. دمای واکنش، pH مخلوط واکنش، غلظت واکنشدهندهها، زمان واکنش، سرعت همزدن مخلوط و چگونگی افزودن واکنشگرها به سیستم، از عوامل موثر بر کیفیت محصول نهایی است که در آزمایشات متعدد مورد بررسی قرار گرفتند. از افزایش مخلوط رقیق آهک به راکتور محتوی فسفریک اسید %85 با کنترل دما و pH محصول به دست آمد که سپس صاف گردید.
در ادامه مطابق استانداردهای USP و استانداردهای مورد تایید موسسه استاندارد ایران تستهای آنالیز کمی و کیفی بر روی نمونههای تهیه شده در آزمایشگاه انجام شدند. در هیچ موردی میزان ناخالصی از حد استاندارد متجاوز نبود. تعیین خلوص بر اساس درصد یون کلسیم موجود در نمونه نیز طبق استاندارد USP انجام شد. در نهایت جهت دریافت تایید نهایی، نمونه به آزمایشگاه کنترل کیفیت شرکت مصرفکننده ارسال گردید که مورد تایید قرار گرفت.
مقدمه
دیکلسیمفسفات با نام اختصاریDCP، یکی از پرمصرفترین نمکهای فسفات مصرفی است که دارای مصارف متعددی میباشد - شکل . - 1 در صنعت کشاورزی به عنوان کود و خوراک دام، در صنایع دارویی و بهداشتی در تهیه خمیردندان، مواد پرکننده دندانی، تهیه دارو، انواع سرلاکها، خمیرمایه و نیز مصارف صنعتی خاص از جمله در شیشهسازی، پلاستیکسازی، تهیه لامپهای فلورسانسکننده و کاتالیزور در بعضی واکنشهای خاص مصرف بالایی دارد. علیرغم مصرف بالای DCP در تولید خمیردندان، این محصول در ایران تولید نمیشود و همچنان از بازارهای خارجی تهیه میگردد. [1
دیکلسیمفسفات که در طبیعت به فرم مونتیت وجود دارد و به راحتی در اثر هیدرولیز به فرم هیدروکسی آپاتیت تبدیل میشود، یک حدواسط برای ساخت هیدروکسی آپاتیت محسوب میشود. این ترکیب دارای کریستالهای تریکلینیک است که در دمای سرخشدن آب از دست میدهد و به فرم کلسیم پیروفسفات تبدیل میشود. چگالی بالک آن2/31 بوده، در آب و الکل نامحلول است؛ ولی در HCl یا HNO3 رقیق محلول است و در استیک اسید رقیق، کم محلول میباشد.
در این پژوهش تهیه دیکلسیمفسفات گرید دندانی جهت تولید در داخل کشور مورد بررسی قرار گرفت. فرم دوآبه DCP برای خمیردندانهای معمولی مصرف میشود در حالی که فرم بیآب برای موارد خاص که نیاز به درجه بالایی از سایندگی دارند مورد استفاده قرار میگیرد. [2] به طور کلی روش تولید DCP به این شرح است: فسفریک اسید با غلظت بالای %40 با منبع کلسیم در دمای بالاتر از 40 °C واکنش داده میشود.
دما زیر نقطه جوش مخلوط انتخاب میشود و pH پایانی در حدود 7 تنظیم میشود. محصول به صورت یک خمیر چسبناک ویسکوز به دست میآید. جهت بازکردن کلوخههای محصول از ترکیباتی مثل سدیم تری فسفات، سدیم هگزامتا فسفات، پلی سیلیکاتها، پلیکربوکسیلاتها، مشتقات لیگنین مثل لیگنینو سولفوناتها و پلیساکاریدها استفاده میشود. pH محیط بسته به عامل بازکننده کلوخهها تنظیم میشود. 4]و[3
بخش تجربی
مواد اولیه و حلالها از مواد تجاری موجود در بازار و از فروشندههای داخلی تهیه شده و بدون خالصسازی مصرف شدند. فسفریک اسید به عنوان ماده اولیه اصلی این پروژه از محصولات داخلی بوده و با انجام تستهای لازم، میزان خلوص آن %85 تعیین شده است. مواد شیمیایی مورد نیاز برای آنالیز نیز از شرکت مرک آلمان خریداری شده است. جهت انجام آزمایشها نیز از راکتور شیشهای مجهز به میکسر و تجهیزات مربوطه استفاده شد. دمای واکنش، pH مخلوط واکنش، غلظت واکنشدهندهها، زمان واکنش، سرعت همزدن مخلوط و چگونگی افزودن واکنشگرها به سیستم، از عوامل موثر بر کیفیت محصول نهایی است که در آزمایشات متعدد مورد بررسی قرار گرفتند.
روش کلی در مقیاس آزمایشگاهی بدین شرح است: مقدار 18 میلیلیتر فسفریک اسید %85 گرید خوراکی تا حجم %60 رقیق گردید و مقدار 14/86 گرم مخلوط آهک %14 تهیه شد. ابتدا فسفریک اسید به ظرف واکنش وارد شد. سپس شیر آهک به تدریج در مدت 3 ساعت در دمای کمتر از 40œC به ظرف واکنش وارد گردید و pH از زیر صفر به حدود 2/5 رسید. سپس 7/6 گرم آهک با آب مخلوط گردید و تا pH حدود 6/5 به مخلوط واکنش اضافه شد. مخلوط واکنش نیم ساعت همزده شد و صاف گردید. 43/9 گرم محصول با راندمان %96 به دست آمد - شکل . - 2
نتایج و بحث
دیکلسیمفسفات گرید دندانی مطابق استانداردهای USP باید مورد آنالیزهای کمی و کیفی متعددی قرار گیرد. بر همین اساس تستهای آنالیز کمی و کیفی بر روی نمونههای تهیه شده در آزمایشگاه انجام شدند. براساس روش شناسایی DCP از طریق واکنش تشکیل رسوب آمونیوم اکسالات باDCP، محلول قلیایی آمونیوم اکسالات با DCP حل شده در HCl واکنش داده شد و رسوب سفید رنگ مشاهده گردید. در حضور آمونیوم مولیبدات نیز رسوب زرد رنگ آمونیوم فسفر مولیبدات تشکیل شد که موید وجود DCP میباشد. تست اندازهگیری کیفی یون های کربنات، کلرید، سولفات، ارسنیک، باریم و فلزات سنگین مطابق روشهای استاندارد USP انجام شدند و در هیچ موردی میزان ناخالصی از حد استاندارد متجاوز نبوده است.
تعیین خلوص براساس درصد یون کلسیم موجود در نمونه نیز طبق استاندارد USP انجام شد. pH نقطه استوکیومتری بر روی 2/6 تنظیم شد. سپس مقدار کافی آهک به تدریج به مخلوط واکنش اضافه شد تا pH به حدود 5- 6 برسد. در نهایت مخلوط واکنش صاف گردید و در مدت 12 ساعت در کوره در دمای -50 œC 40 خشک شد. آنالیز خلوص فسفریک اسید نیز جهت تعیین درصد خلوص اسید مصرفی انجام شد و غلظت آن برابر %85 تعیین گردید. در نهایت جهت دریافت تایید نهایی، نمونه به آزمایشگاه کنترل کیفیت شرکت مصرفکننده ارسال گردید.
نمونه طبق استانداردهای USP و استانداردهای مورد تایید موسسه استاندارد ایران مورد آنالیز قرار گرفت. موارد آنالیزشده عبارتاند از: کیفیت ظاهری از نظر رنگ، بو و طعم، میزان حلالیت در اسید، تعیین وجود باریم، کربنات، کلرید و سولفات، حد مواد نامحلول در اسید، حد فلورید، فلزات سنگین، میزان از دست رفتن در اثر سوختن، درصد خلوص، pH، وزن مخصوص، اندازه ذرات، درصد آهن، نقطه جاریشدن و پایداری ترکیب. به علاوه نمونه تولیدشده بدون آسیابشدن، جهت تعیین اندازه قطر ذرات، به آزمایشگاه کانهآرایی دانشکده معدن دانشگاه تهران ارسال شد و اندازه ذرات کمتر از 50 میکرون تعیین گردید.
نتیجهگیری
تهیه دیکلسیمفسفات به روشهای متعددی قابل اجرا میباشد. با این حال روش مناسب برای تهیه دیکلسیمفسفات گرید بهداشتی استفاده از فسفریک اسید فرایند کوره میباشد، چراکه فاقد ناخالصیهایی چون فلورید و فلزات سنگین است. مراحل کار را میتوان به طور خلاصه چنین شرح داد: زمان مطلوب واکنش در حدود 3 تا 3/5 ساعت مناسب است. افزایش بیشتر زمان، افزایش هزینهها را در بر خواهد داشت. به علاوه طولانیشدن زمان واکنش، امکان هیدرولیز محصول واکنش را نیز افزایش میدهد و در زمان کمتر ممکن است واکنشگرها فرصت کافی برای انجام واکنش را به دست نیاورند. در مورد درصد مخلوط آهک، مخلوط %10 هم رقت مناسب را داراست، هم به شرایط رسوب ایدهال نزدیک است.
در صورت افزایش دما بیش از 40 œC واکنش به سمت تشکیل دیکلسیمفسفات بیآب پیش میرود که در این صورت یکنواختی محصول دچار نقصان میگردد. مطلوبترین محدوده pH بین 5 تا 6 است که هم درصد تولید دیکلسیمفسفات به حداکثر نزدیک است و هم احتمال تشکیل تری کلسیم فسفات ضعیف میباشد. در مورد روش افزودن واکنشگرها نیز باید متذکر شد که روش انتخابی جهت افزایش راندمان و بهبود کیفیت محصول نهایی چنین است: ابتدا مقداری در حدود نصف اسید مورد نیاز، وارد ظرف واکنش میشود، سپس به تدریج مخلوط آهک اضافه میگردد. سرعت همزدن مخلوط از اهمیت بالایی برخوردار است. هرچه سرعت همزدن مخلوط بیشتر باشد، میزان باقیمانده ذرات آهک در محصول کمتر خواهد بود.
