قلیازدایی

**قلیازدایی** () فرایندی از دگرگون‌سازی سطح است که بر روی شیشه‌های حاوی یون‌های قلیایی انجام می‌شود. در این فرایند، لایهٔ نازکی در سطح شیشه پدید می‌آید که غلظت یون‌های قلیایی در آن کمتر از بخش درونی (حجمی) شیشه است. این دگرگونی در ترکیب سطح معمولاً ویژگی‌های مشاهده‌شدهٔ سطح را تغییر می‌دهد و مهم‌ترین پیامد آن افزایش مقاومت در برابر خوردگی است.

بسیاری از فرآورده‌های شیشه‌ای تجاری مانند ظرف‌ها از شیشه آهک سوددار ساخته می‌شوند و از این رو درصد قابل‌توجهی یون سدیم در ساختار درونی خود دارند. از آنجا که سدیم عنصری قلیایی است، حذف گزینشی آن از سطح به ایجاد سطحی قلیازدایی‌شده می‌انجامد. نمونهٔ کلاسیک قلیازدایی، فرآوری ظرف‌های شیشه‌ای است که در آن سطح درونی ظرف مقاوم‌تر در برابر واکنش با مایعات درون آن می‌شود. افزون بر این، واژهٔ قلیازدایی به‌طور کلی به هر فرایندی اطلاق می‌شود که طی آن سطح شیشه لایهٔ نازکی تهی‌شده از یون‌های قلیایی تشکیل دهد؛ برای نمونه مراحل آغازین خوردگی شیشه یا هوازدگی شیمیایی که در آن یون‌های قلیایی بر اثر برهم‌کنش با آب از ناحیهٔ سطح شسته می‌شوند.

در شیشه‌های سیلیکاتی، سطوح قلیازدایی‌شده غالباً «غنی از سیلیس» نیز دانسته می‌شوند؛ زیرا حذف گزینشی یون‌های قلیایی سطحی متشکل عمدتاً از سیلیس (SiO۲) بر جای می‌گذارد. از دید دقیق‌تر، قلیازدایی معمولاً به معنای حذف کامل قلیا از شیشه نیست، بلکه جایگزینی آن با پروتون‌ها (H+) یا یون‌های هیدرونیوم (H۳O+) در ساختار از راه فرایند تبادل یونی است.

## فرآوری ظرف‌های شیشه‌ای
### انگیزه
هدف از قلیازدایی سطح ظرف‌های شیشه‌ای، مقاوم‌تر ساختن سطح درونی ظرف در برابر واکنش با مایعاتی است که بعداً درون آن ریخته می‌شوند. از آنجا که فرآوری عمدتاً متوجه دگرگونی ویژگی‌های سطح *درونی* در تماس با فرآورده است، از آن با عنوان «فرآوری داخلی» نیز یاد می‌شود.

رایج‌ترین نمونهٔ کاربرد این فرایند در ظرف‌ها، بطری‌هایی است که برای نگهداری نوشیدنی‌های الکلی در نظر گرفته شده‌اند. دلیل این امر آن است که برخی نوشیدنی‌های الکلی مانند ودکا و جین پی‌اچ تقریباً خنثی و محتوای الکل بالا دارند اما به هیچ وجه در برابر دگرگونی‌های پی‌اچ بافر نشده‌اند. اگر قلیا از شیشه به درون فرآورده شسته شود، پی‌اچ افزایش می‌یابد (یعنی قلیایی‌تر می‌شود) و سرانجام ممکن است به سطحی برسد که محلول بتواند خود شیشه را به‌طور مؤثر مورد حمله قرار دهد. از این راه، فرآورده‌های الکلی خنثی در آغاز می‌توانند به پی‌اچی دست یابند که ظرف شیشه‌ای به‌آرامی حل شود و ورقه‌ها یا ذرات نازک سیلیسی شیشه‌ای در مایع باقی بماند. فرآوری قلیازدایی با حذف قلیا از سطح درونی، این فرایند را کند می‌کند. این کار نه‌تنها به معنای کاهش قلیای قابل استخراج در سطح شیشه در تماس مستقیم با فرآورده است، بلکه مانعی در برابر نفوذ قلیا از شیشهٔ حجمی زیرین به درون فرآورده نیز ایجاد می‌کند.

همین منطق دربارهٔ اقلام دارویی شیشه‌ای مانند ویال‌ها نیز صدق می‌کند. هرچند بسیاری از این اقلام از شیشه بوروسیلیکات بادوام‌تر ساخته شده‌اند، گاهی قلیازدایی نیز می‌شوند تا امکان شسته شدن قلیا به درون فرآورده به کمینه برسد. این کار از دگرگونی‌های نامطلوب پی‌اچ یا قدرت یونی محلول جلوگیری می‌کند که نه‌تنها حملهٔ نهایی به شیشه را بازمی‌دارد بلکه می‌تواند در حفظ کارایی یا پایداری فرمولاسیون‌های حساس دارویی نیز اهمیت داشته باشد.

### روش‌های قلیازدایی
قلیازدایی ظرف‌های شیشه‌ای با قرار دادن سطح شیشه در معرض ترکیبات واکنش‌پذیر حاوی گوگرد یا فلوئور در طول فرایند تولید انجام می‌شود. واکنش سریع تبادل یونی پیش می‌رود که سطح درونی را از قلیا تهی می‌سازد و در دمای بالا معمولاً در حدود ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجهٔ سلسیوس یا بیشتر صورت می‌گیرد.

#### فرآوری با ترکیبات گوگرددار
از دید پیشینهٔ صنعتی، ترکیبات حاوی گوگرد نخستین مواد به‌کار رفته برای قلیازدایی ظرف‌های شیشه‌ای بودند. قلیازدایی از راه نفوذ متقابل و تبادل یونی Na+ به بیرون از شیشه و H+/H۳O+ به درون شیشه پیش می‌رود و سپس گونه‌های سولفاتی با سدیم موجود در سطح واکنش داده و سدیم سولفات (Na۲SO۴) تشکیل می‌دهند. این ماده به صورت رسوبات بلوری محلول در آب یا «شکوفه» بر سطح شیشه باقی می‌ماند که باید پیش از پرکردن شسته شود.

در خطوط تولید، یکی از شیوه‌های انجام این فرایند غرقه‌سازی کوره تنش‌زدایی () با گازهای گوگرد دی‌اکسید (SO۲) یا گوگرد تری‌اکسید (SO۳) بود؛ به‌ویژه در حضور آب که واکنش را تسریع می‌کند. با این حال، این شیوه به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی و بهداشتی مربوط به گازهای نوع SOx کنار گذاشته شد. روش جایگزین برای فرآوری سولفاتی، بهره‌گیری از نمک جامد آمونیوم سولفات یا محلول‌های آبی آن است. این مواد پس از شکل‌دهی به درون ظرف وارد شده و در کورهٔ تنش‌زدایی به گاز تجزیه می‌شوند و مخلوط گاز گوگرددار حاصل، واکنش قلیازدایی را انجام می‌دهد.

#### فرآوری با ترکیبات فلوئوردار
فرآوری با ترکیبات حاوی فلوئور معمولاً با تزریق مخلوط گاز فلوئوردار (برای نمونه ۱٬۱-دی‌فلوئورواتان مخلوط با هوا) به درون بطری‌ها در دماهای بالا انجام می‌شود. گاز می‌تواند از راه هوای مورد کاربرد در فرایند شکل‌دهی (یعنی هنگام دمش نهایی ظرف به شکل دلخواه) یا با نازلی که جریانی از گاز را به درون دهانهٔ بطری هنگام عبور روی نوار نقاله پس از شکل‌دهی و پیش از تنش‌زدایی هدایت می‌کند، به ظرف رسانده شود. مخلوط به‌آرامی در درون بطری می‌سوزد و مقدار بسیار اندکی هیدروفلوئوریک اسید ایجاد می‌کند که با سطح شیشه واکنش داده و آن را قلیازدایی می‌کند. سطح حاصل عملاً عاری از هرگونه باقی‌ماندهٔ فرایند است. این فرآوری با نام فرایند Ball I.T. (که I.T. مخفف  یعنی فرآوری داخلی است) نیز شناخته می‌شود؛ زیرا بال کورپوریشن دارندهٔ حق ثبت اختراع بود و نخستین سامانهٔ تجاری این فرایند را توسعه داد.

### آزمون قلیازدایی
آزمون‌های متداول برای ارزیابی قلیازدایی سطح در صنعت ظرف‌های شیشه‌ای، همگی در پی سنجش مقدار قلیای استخراج‌شده از شیشه هنگام شستشو یا تماس با آب خالص‌سازی‌شده هستند. برای نمونه، قلیازدایی را می‌توان به‌سرعت با وارد کردن حجم کمی آب مقطر به بطری تازه‌ساخته و غلتاندن آرام بطری برای عبور کامل آب بر سطح درونی آن بررسی کرد. سپس پی‌اچ آب شستشو اندازه‌گیری می‌شود؛ ظرف‌های فرآوری‌نشده پی‌اچی اندکی قلیایی در محدودهٔ ۸ تا ۹ نشان می‌دهند، حال آنکه ظرف‌های قلیازدایی‌شده پی‌اچی تقریباً خنثی دارند.

نسخهٔ جامع‌تر این آزمون در استانداردهای بین‌المللی و داخلی مختلف برای ظرف‌های شیشه‌ای تشریح شده‌است. در این آزمون‌ها، پایداری هیدرولیتی ظرف‌ها در شرایط سخت‌تر ارزیابی می‌شود: ظرف‌ها تقریباً تا ظرفیت کامل با آب خالص پر شده، پوشانده و سپس در اتوکلاو در دمای ۱۲۱ درجهٔ سلسیوس به مدت ۱ ساعت چرخهٔ گرمایی می‌بینند. پس از سرد شدن تا دمای اتاق، آب با اسید تیتر می‌شود تا پی‌اچ و در نتیجه مقدار معادل قلیای استخراج‌شده ارزیابی شود.

بر پایهٔ استانداردهای فارماکوپه، ظرف‌های شیشه آهک سوددار قلیازدایی‌شده یا دارای فرآوری داخلی با عنوان ظرف‌های «**نوع دوم**» (Type II) طبقه‌بندی می‌شوند و بدین‌سان از همتایان فرآوری‌نشدهٔ خود متمایز می‌گردند. در مقابل، «نوع سوم» (Type III) شیشهٔ آهک سوددار استاندارد فرآوری‌نشده و «نوع یکم» (Type I) ویژهٔ شیشه بوروسیلیکات بسیار مقاوم است.

### سنجش با روش‌های پیشرفته
افزون بر آزمون‌های متداول، قلیازدایی را می‌توان با فنون پیشرفتهٔ تحلیل سطح مانند طیف‌سنجی جرمی یون ثانویه () یا طیف‌شناسی فوتوالکترونی پرتو ایکس (XPS) نیز اندازه‌گیری کرد که سنجش مستقیمی از ترکیب سطح شیشه به دست می‌دهند.

## جستارهای وابسته
* خوردگی
* شیشه
* شیشه آهک سوددار
* علم سطح
* شیشه بوروسیلیکات

## منابع

* 

رده:پیرایش سطح و لعاب‌گذاری شیشه
رده:شیمی آبگینه
رده:بسته‌بندی
رده:ظرف‌ها