تحضير المواد

تتم عملية تصنيع تقنيات الكيمياء اللاعضوية عن طريق عدة خطوات:

1- التخطيط والتصميم: يتم في هذه المرحلة تحديد نوع المنتج المطلوب ومن خلال الدراسات الكيميائية والتحليلية يتم تحديد المواد المناسبة لتصنيع هذا المنتج.

2- تحضير المواد الخام: يتم في هذه المرحلة إعداد المواد الكيميائية اللازمة لتصنيع المنتج مثل الملح والأحماض والقواعد والمذيبات والمواد المساعدة.

3- الخلط والتفاعل الكيميائي: يتم في هذه المرحلة خلط المواد الخام وإضافة مواد مساعدة لتسهيل التفاعل الكيميائي وتحديد درجة الحرارة والضغط المناسبين لتفاعل المواد وتشكيل المنتج.

4- التنقية والفصل: يتم في هذه المرحلة فصل المنتج المرغوب من عناصره الأخرى بعد إجراء عمليات التصفية والترشيح والترسيب واستخدام المذيبات المناسبة.

5- التعبئة والتغليف: يتم في هذه المرحلة تعبئة المنتج المنتج النهائي في حاويات وتغليفه بطريقة تحميه من العوامل الخارجية مثل الرطوبة والحرارة والتلف.

يستخدم الفيمتو في صناعة الأدوية عندما تكون المواد الفعالة غير قابلة للذوبان في الماء أو الشحم. يتم تحضير المواد الفعالة في صورة صلبة صغيرة وتخلط مع الفيمتو ، وهو مادة تساعد في تحسين الذوبان والامتصاص للمواد الفعالة. يتم إضافة المزيد من المواد المساعدة إلى الخليط ، مثل السليلوز والهيدروكسي بروبيل ميثيل سيليلوز ، لإعطاء المادة شكلًا صلبًا. يتم طحن المادة الناتجة إلى شكل مسحوق وإنتاجها في صورة قرص أو كبسولة للاستخدام الدوائي. يستخدم الفيمتو أيضًا في صناعة المضادات الحيوية والفيتامينات ومعظم الأدوية الحديثة.

تتضمن التحديات التي تواجه تصنيع البوليمرات في الصناعة عدة عوامل منها:

1- تكلفة الإنتاج: يتطلب تصنيع البوليمرات تكنولوجيا عالية ومعدات خاصة، مما يرفع تكلفة الإنتاج.

2- تدوير المواد البلاستيكية: ينتج كميات هائلة من النفايات البلاستيكية التي يصعب تدويرها وتحويلها إلى منتجات جديدة، مما يؤثر على البيئة.

3- تحضير المواد الخام: تتطلب معظم البوليمرات مواد خام معقدة وغالية الثمن، مما يزيد من تكلفة الإنتاج.

4- تحسين الخصائص الميكانيكية: يعد تحسين الخصائص الميكانيكية للبوليمرات ومقاومتها للتآكل والحرارة تحدٍ رئيسي في الصناعة.

5- تطوير المواد الجديدة: يجب مواكبة التطور في مجال البوليمرات وتطوير مواد جديدة ذات صفات عالية لتلبية احتياجات السوق والصناعة.

عملية التصنيع الكيميائي للبوليمرات تتضمن عدة خطوات، وتختلف تلك الخطوات حسب النوع المراد تصنيعه. ومع ذلك، يمكن تلخيصها على النحو التالي:

1. الخطوة الأولى هي تحضير المواد الخام، وهي العناصر الكيميائية الأساسية التي يتم تفاعلها مع بعضها لتكوين البوليمر. وتختلف المواد الخام حسب نوع البوليمر.

2. الخطوة التالية هي البلمرة، وهي عملية رئيسية في تصنيع البوليمرات. تُجرى هذه العملية بإضافة المواد الخام (المونومرات) إلى آلة خاصة (الرياكتور)، وتفاعلها لتشكيل البوليمرات الطويلة.

3. بعد البولمرة، يتم إضافة مواد التحسين والتثبيت والحفاظ على الجودة، مثل المواد الكيميائية المضافة والمواد المانعة للأكسدة والمواد المانعة للتآكل والألوان.

4. يتم تشكيل البوليمر بعد ذلك، بإدخاله في صب المعدات أو عملية التشكيل الحراري، ويتم تحويل البوليمر الى شكل يرغب به الصانع.

5. الخطوة النهائية هي التحليل والتفتيت، حيث يتم فحص كل دفعة من البوليمر للتحقق من جودتها وصلاحيتها للاستعمال، وكذلك يتم تفتيت أي بقايا أو ترسبات من خلال العملية الكيميائية المناسبة.

تشمل تقنيات تحضير مواد المساعدة في علم المواد المكثفة:

1- الترسيب الكيميائي: وهي عملية تحضير المواد المكثفة عن طريق تفاعل الذرات أو الجزيئات في الحلول الكيميائية لتكوين جسيمات صلبة.

2- التكاثف: وهي عملية تحضير المواد المكثفة عن طريق تكاثف البخارات الكيميائية على سطح مادة مثل الزجاج أو السيراميك.

3- الطرد المركزي: وهي عملية تحضير المواد المكثفة عن طريق فصل الركام عن السائل باستخدام الطرد المركزي.

4- الترشيح: وهي عملية تحضير المواد المكثفة عن طريق تصفية السائل من الجسيمات الصلبة باستخدام ورق الترشيح أو المرشحات.

5- التبخر: وهي عملية تحضير المواد المكثفة عن طريق تبخير المذيب من الحل المشبع للمادة المراد تحضيرها، وترك المادة المكثفة التي ترسبت بعد التبخير.

يتم صناعة الزجاج باستخدام العديد من الآلات والمعدات المتخصصة، وتتم العملية على النحو التالي:

1. تحضير المواد الخام: يتم تحضير المكونات الخام للزجاج، وتتضمن ذلك الرمل والصودا والحجر الجيري والرماد والمعادن الأخرى.

2. خلط المكونات: يتم خلط المكونات الخام في النسب المناسبة، ويجري ذلك باستخدام خلاطات خاصة.

3. تسخين المزيج: يتم تسخين المزيج في فرن خاص حتى يصل إلى درجة حرارة عالية تصل إلى 1700 درجة مئوية.

4. تشكيل الزجاج: يتم تشكيل الزجاج عن طريق إدخاله في قوالب خاصة أو باستخدام آلات التشكيل الأوتوماتيكية.

5. تبريد الزجاج: يتم تبريد الزجاج تدريجياً بعد تشكيله في فرن خاص، ويتم ذلك بواسطة تحريك الزجاج في أفران خاصة تعمل بالتبريد.

6. التشطيب: يتم إجراء تشطيبات نهائية على الزجاج، مثل القطع والتلميع والتصفيح، باستخدام آلات ومعدات مختلفة.

7. التعبئة والتغليف: يتم تعبئة وتغليف الزجاج في عبوات خاصة لحمايته من التلف والكسر أثناء النقل والتخزين.

تتضمن العمليات الصناعية التي تستخدم في صناعة الورق الآتي:

1. تحضير المواد الخام: يتم استخدام الأشجار والخشب والقش والقطن وغيرها من المواد العضوية كمواد خام في صناعة الورق.

2. العملية الكيميائية: يتم تنظيف المواد الخام وإزالة الشوائب والأوساخ منها. ويتم ذلك بإضافة مواد كيميائية مثل الأحماض والأسس والمواد المؤكسدة وغيرها.

3. عملية التحضير: يتم تقطيع وتقليل حجم المواد الخام إلى قطع صغيرة لتسهيل عملية التحويل إلى ورق.

4. عملية الضغط: يتم ضغط المواد الخام المحضرة لإزالة الماء وإعدادها لعملية التجفيف.

5. عملية التجفيف: يتم تجفيف المواد الخام التي تم ضغطها بواسطة الحرارة والضغط.

6. عملية التشكيل: يتم تشكيل المواد الورقية المجففة في أشكال مختلفة باستخدام ماكينات خاصة.

7. عملية التشطيب: يتم تنعيم وتلميع الورق وإضافة المواد الكيميائية لتحسين مظهره وخصائصه.

تصنع الألياف الزجاجية عن طريق عملية تسمى عملية الطرق الزجاجية (Glass Pulling Process) والتي تتضمن الخطوات التالية:

1- تحضير المواد الخام: يتم إعداد الزجاج الذي يتم سحبه في شكل ألياف من خلال خلط المكونات الخام مثل الرمل والصودا الكاوية وأكاسيد المعادن الأخرى.

2- التسخين: يتم تسخين خليط المواد الخام في فرن حتى يصل إلى درجة حرارة عالية تصل إلى 1700 درجة مئوية.

3- السحب: يتم سحب الزجاج المنصهر من الفرن باستخدام أداة خاصة تسمى آلة السحب، ويتم تكوين الألياف الزجاجية بعد ذلك من خلال تمرير الزجاج المنصهر عبر فتحات صغيرة في الأداة.

4- التبريد: يتم تبريد الألياف الزجاجية بسرعة باستخدام هواء بارد أو ماء لتثبيتها في شكلها النهائي.

5- المعالجة السطحية: يتم معالجة الألياف الزجاجية بمواد كيميائية خاصة لتحسين خصائصها الفيزيائية والكيميائية قبل استخدامها في التطبيقات المختلفة.

تصنع الألياف الاصطناعية والألياف الزجاجية عن طريق تحويل مواد خام إلى ألياف رفيعة جداً. وتتم هذه العملية عادةً في ثلاث خطوات:

1. التحضير: يتم تحضير المواد الخام التي ستستخدم في تصنيع الألياف. يتم ذلك عن طريق تجفيفها وتنقيتها وتحويلها إلى شكل يمكن استخدامه في الإنتاج.

2. التشكيل: يتم تشكيل المواد الخام التي تم تحضيرها في الخطوة الأولى إلى ألياف رفيعة جداً. يتم ذلك باستخدام آلات خاصة تعمل بالضغط والحرارة، وتسمى الآلات بـ “الصب البارد” أو “الصب الساخن”.

3. التشطيب: يتم تشطيب الألياف الناتجة في الخطوة الثانية بعد أن تبرد. تتضمن هذه الخطوة قطع الألياف إلى طول محدد وتعريضها للمعالجة الكيميائية لتحسين خصائصها الميكانيكية مثل الصلابة والمتانة.

يختلف تصنيع الألياف الاصطناعية والألياف الزجاجية قليلاً، حيث يتم استخدام مواد خام مختلفة في كل منها. تستخدم الألياف الاصطناعية مواد مثل البوليستر والنايلون والأكريليك، في حين يتم استخدام الزجاج في صناعة الألياف الزجاجية.

خطوات تصنيع الألياف الزجاجية:

1- تحضير المواد الخام: تبدأ عملية التصنيع بتحضير المادة الأساسية وهي السيليكا وتصفية الماء والتخلص من المواد العضوية.

2- الدمج: تتم عملية الدمج بين السيليكا والمواد الكيميائية الأخرى في خلاطات خاصة.

3- تشكيل: تمر المادة الخام بعملية تشكيل لتكوين ألياف مستطيلة الشكل.

4- الحرق: تنقسم عملية الحرق إلى مراحل اثنتين. في الأولى يتم تسخين الألياف الزجاجية الطويلة في فرن حتى تجف. في المرحلة الثانية، يتم تسخين الألياف إلى درجة حرارة تفوق 1500 درجة مئوية لتصبح شفافة للغاية.

5- التجميع: تُجمع ألياف الزجاج في صفائح بغرض تجهيزها للاستخدام في عمليات التصنيع.

استخدامات الألياف الزجاجية:

1- في صناعة المركبات الخفيفة.

2- إنتاج التجهيزات الرياضية مثل الأحذية والقفازات وجوارب الصيد.

3- تصنيع الخزانات والأنابيب، والمواسير.

4- تصنيع الأجهزة الكهربائية والإلكترونية.

5- استخدامها في العزل الحراري والصوتي في المنازل والمنشآت الصناعية.