گاز پیشران یا propellant gas چیست؟

گاز های پیشران یا پروپلنت‌ها در شاخه هیدروکربن‌های میان‌تقطیری‌ قرار می‌‌گیرند که پس از انجام مراحل خالص‌سازی، به هنگام رها‌ شدن به لایه اوزون صدمه‌ای نمی‌زنند؛ به همین دلیل دامنه مصرف گسترده‌ای در جهان دارند. پروپلنت‌ها به عنوان گازهای تامین کننده نیروی پیشران در صنایع شناخته می‌شوند که پس از انجام عمل رانش هیچگونه اثر جانبی بر جای نمی‌گذارند.

پروپلنت‌ها به عنوان گاز حامل، عامل فشار و پاشش کنترل شده در صنایع آرایشی و بهداشتی، عطرسازی، صنایع غذایی و دارویی، انواع اسپری‌های صنعتی، صنایع چسب، رنگ و انواع جلا دهنده‌ها، صنایع پاک‌کننده و تمیز‌کننده، همچنین صنایع تولید‌کننده سموم کاربرد دارند. امروزه اسپری ها یا افشانه ها کاربرد فراوانی در صنایع مختلف و همچنین در زندگی روزمره دارد. یکی از مهمترین دلایل این مطلب قابلیت استفاده از اسپری ها در مواردی است که ماده اصلی مورد استفاده باید به میزان مشخص و به صورت موضعی در حجم وسیعی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال در اسپری های خوشبو کننده هوا در صورتی که ماده معطر در فرمی به غیر از اسپری استفاده شود ، حجمی که تحت اثر این ماده قرار می گیرد به شدت کاهش یافته و در نتیجه غلظت ماده معطر در آن حجم بالا می رود که این امر موجب از بین رفتن تاثیر مورد نظر سازنده بر حس بویایی کاربر می گردد.

محتویات اسپری ها صرف نظر از کاربرد آنها از دو عنصر اصلی تشکیل می گردد :

محصول اصلی : فرمول ماده ای که سازنده قصد فروش آن را دارد.
گاز پیشران : گازی که به عنوان تامین کننده فشار مورد نیاز اسپری مورد استفاده قرار می گیرد.

تركيب يكسان و يكنواخت از اين دو آئروسل های افشانه همان اسپری ناميده مي شود.

همانطور که عنوان گردید؛ آئروسل ها در واقع ذرات بسيار ريز مايع و جامد در گاز هستند كه به صورت كاملاً يكسان و يكنواخت در هوا پراكنده مي شوند و پايداري محيطي آنها بستگي به اندازه ذرات و تاثير نيروي جاذبه زمين بر روي اين ذرات دارد.

آئروسل ها توسط عوامل طبيعي يا توسط دستگاه ها تهيه مي شوند و بر اساس اندازه ذرات ، به گروه هاي مختلف طبقه بندي مي گردند و آنها را به دو دسته کلی آئروسل های خوب و بد می توان تقسیم نمود. اما از فناوري آئروسل سازي را در زمينه هاي مختلف از قبيل، صنايع نظامي ،كشاورزي ، آرايشي و بهداشتي و صنايع پزشكي و تهيه اسپرهاي دارويي و … استفاده مي گردد.

بدست آوردن يك محلول تك فازي و يكنواخت از مخلوط پيشرانه و محصول اصلي از مهمترين پارامترهاي براي بدست آوردن فرمولاسيون بهينه درتشكيل آئروسل مي باشد.

مشخصات کلی گاز های پیشران(Propellant):

همانگونه که اشاره کردیم گازهای پیشران، ماده اصلي توليد اسپري ها بعنوان منبع تامین فشار در داخل قوطی های مورد استفاده قرار می گیرند.

از نظر فیزیکی دو حالت مختلف را برای گازهای پیشران می توان متصور بود:

فاز مایع : در این حالت سیال پیشران بر اثر فشار به مایع تبدیل گشته و مورد استفاده قرار می گیرد . نکته قابل توجه در این شرایط بهره گیری از گازهایی است که در فشار مشخص شده درون قوطی و در دمای اتاق ، به حالت تعادل میان گاز و مایع قابل استفاده باشند. در این شرایط با استفاده از اسپری فشار گاز پیشران جمع شده در بالای قوطی کاهش می یابد و این کاهش فشار در شرایط تعادل گاز و مایع باعث تبخیر مقداری از گاز پیشران مایع شده می گردد و افت فشار جبران خواهد شد.

به دلیل بهره گیری از گازهای مایع شده در این حالت حجم بالاتری از سیال پیشران در اسپری وجود خواهد داشت و بنابر این عمر استفاده اسپری افزایش می یابد و فشار تخلیه نیز در طول عمر اسپری تقریبا ثابت می ماند. وجود این مزایا موجب فراگیر بودن استفاده از حالت مایع در صنایع اسپری سازی گشته است. گاز پروپلنت در این دسته از گازهای پیشران قرار می گیرد.

فاز گاز ( گاز فشرده ) : در این حالت سیال پیشران به صورت گاز فشرده ، درون مخزن اسپری وجود دارد. پس از استفاده از اسپری در این شرایط فشار گاز پیشران به میزان اندکی کاهش می یابد و به مرور زمان کارایی اسپری کم خواهد شد و نیز عمر چرخه استفاده کاهش می یابد. وجود این معایب و نیز استفاده از نازل های ویژه برای تنظیم فشار استفاده از این حالت گاز پیشران را محدود کرده است.

گازهای پیشران باید دارای خواص مشخصی باشند که در تمام حالات فیزیکی و تمام صنایع وجود این خواص ضروری است:

عدم واکنش شیمیایی با قوطی ، تجهیزات نازل.
عدم وجود خواص سمی شدید.
خلوص بالا .
بی بو بودن گاز در اکثر کاربردها.
قیمت تمام شده مناسب.
در دسترس بودن.

طبقه بندی گازهای پیشران بر اساس فرمولاسیون و صنایع مرتبط:

گازهای مورد استفاده در صنایع اسپری سازی به عنوان گازهای پیشران از زمان تولید اولین اسپری تا امروز تغییرات چشمگیری داشته و دارای طبقه بندی های مختلفی بوده که بعضی از آنها امروزه از رده خارج محسوب می گردند.

اصلی ترین نوع این طبقه بندی ها ، طبقه بندی بر اساس فرمولاسیون شیمیایی گازهای پیشران است.

بر این اساس طبقه بندی شیمیایی گازهای مطرح پیشران به شرح ذیل می باشد :

گازهای هیدرو کربنی : سیالات پیشران هیدرو کربنی از دو نوع دسته از فراورده های میان تقطیری عمده تشکیل می گردد؛ پروپان و بوتان (بوتان به دو حالت isobutan و n-butan )که با درصد های مختلف و حتی در مواردی به صورت مجزا مورد استفاده قرار می گیرند.

هیدرو کربن ها از مشتقات نفت خام حاصل می گردند و سالهاست به عنوان ماده پیشران در صنایع اسپری سازی استفاده می شوند. پیشران هیدروکربنی قیمت تمام شده مناسبی داشته و در دسترس می باشند و با نام پروپلنت های آئروسل در این صنعت شناخته می شود.

علاوه بر خواص ذکر شده این گاز ها در صورت شیرین سازی با اجسام اطراف واکنش نداده و نیز بر خلاف CFC ها به جو زمین صدمه ای وارد نمی کنند.

معایب گازهای هیدرو کربنی اشتعال پذیری آنها و همچنین عدم انحلال آب در آنها است. به همین دلیل در مورد اسپری هایی که مواد اصلی آنها شامل آب می باشد این گازها مورد استفاده قرار نمی گیرند، ولی حالت دو فاز این گاز که بهره وری اسپری ها را بسیار بالا می برد بنابراین تنوع محصولات تولید شده در این صنعت با استفاده از گاز بسیار زیاد شده و توسعه بازار را برای این صنعت به همراه داشته است.

صنایعی که از هیدرو کربن ها به عنوان گاز پیشران استفاده می کنند عبارتند از : صنعت رنگ سازی ، صنایع آرایشی و بهداشتی و صنایع دارویی و اسپری خوراکی و غذایی برخی صنایع شیمیایی (حشره کش ها ) و…

دی متیل اتر (DME) : دی متیل اتر یکی دیگر از گازهای پیشرانی است که در صنایع اسپری سازی مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول نیز از دسته هیدروکربن های مشتقات نفت است که قابلیت حلالیت آب است. به همین دلیل در صنایعی که ماده اصلی تشکیل دهنده اسپری حاوی آب است از این گاز استفاده می گردد. همچنین به دلیل حل شدن آب در این گاز، اشتعال پذیری آن نسبت به هیدرو کربن های پروپلنت کمتر می باشد.

مشکلی که دی متیل اتر در صنعت اسپری سازی با آن مواجه است هزینه تولید بالا و پیچیدگی تولید آن نسبت به هیدرو کربن های پروپلنت می باشد.

از دی متیل اتر در برخی صنایع بهداشتی که پایه آب دارند و نیز اسپری های خاص صنعت رنگ سازی ( رنگهای محلول در آب ) نیز استفاده می گردد ولی امکان استفاده در تمام محصولات تولید شده با پروپلنت ها برای این دسته از محصولات هم میسر می باشد.

دی اکسید کربن و نیتروژن و هوای خشک: گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن در برخی صنایع به صورت ترکیبی و یا مجزا به عنوان گاز پیشران کاربرد دارند.

مزایای استفاده از این دو گاز هزینه مناسب تولید ، در دسترس بودن و غیر قابل اشتعال بودن آن ها است. از این دو گاز و ترکیب های حجم برخی اسپری های خاص در صنایع آرایشی بهداشتی استفاده می گردد، مانند :اسپری های پوست صورت ،اسپری های مورد استفاده در صنایع غذایی و کپسول های اطفا حریق.

مشکل این دو گاز دشوار بودن استفاده از آنها در حالت مایع به دلیل نیاز به فشار بالا و دمای پایین است که سبب نیاز به کپسول های ضخیم ( اطفا حریق ) و یا چرخه مصرف کوتاه اسپری ( اسپری های درمان پوست) می گردد. همچنین میزان بهره وری اسپری های تولید شده از این گاز ها پایین بوده و قسمتی از مواد داخل این اسپری ها بدلیل کاهش فشار به بیرون پاشیده نمی شود .

کلرو فلوئورو کربن ،هیدرو فلوئورو کربن ، هیدرو فلوئورو آلکان(HFA,HFC,CFC): استفاده از این گازها به تارخچه تولید اسپری باز می‌گردد، از این گاز بعنوان پیشتران در اولین اسپری های استفاده می شده پس از سال ۱۹۷۴ دکتر فرانک شروود رولند و ماریو مولینا، اعلام کرد که کلروفلورو‌کربن‌ها بعنوان پروپلنت در اسپری های ائروسل بکار برده می شود منجر به تخریب لایه اوزون زمین می‌گردد تردید در استفاده از این گاز در صنعت آغاز گ
ردید و از ۱۹۹۵ با توجه تعهد نامه مونترال و استفاده از این گازها بدلیل آسیب وارد شده بر لایه ازن بسیار محدود شد و تا به امروز کلا ممنوع گردید . در این بازه صنایع توانستند گاز های عنوان شده در بالا را جایگزین نمایند.