المستحلبات الزيتية

المستحلبات الزيتية:

مجموعة تكنولاب البهاء جروب
عميد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

تستعمل زيوت الرش عادة على صورة مخاليط ميكانيكية من الزيت والماء التي يوزع فيها الزيت توزيعاً دقيقاً كحبيبات دقيقة جداً في الماء. ويحتفظ بها كذلك على الأقل حتى يتم رشها على النباتات مع الاستعانة بالمواد المستحلبة.

ولمنع الانفصال تضاف مواد مستحلبة Emulsifiers ويجب مراعاة أن طبيعة وكمية المادة المستحلبة هي التي تحدد كمية الزيت التي تحتفظ بها أجزاء النبات أو التي تتراكم على النبات وسطوح أوراقه.

ولذلك يجب أن تضبط بحيث أن تعطى كمية من الزيت تكفي لقتل الحشرات مع تلافي وجود أية زيادة ينجم عنها التأثير على القلف Bark وقتله أو تعمل بقع على الأوراق وثمار الفاكهة.

تعريف المستحلبات Emulsions :

هي نظم فردية وسط الانتشار والمادة المنتشرة والمادة فيها سوائل. مثل مستحلب الزيت في الماء وعادة يتراوح حجم حبيبات السائل المنتشرة 0.1-1 ميكرون أو أكبر قليلاً.

أنواع المستحلبات Types of Emulsions :

أ‌- مستحلب ماء في زيت : بمعنى أن الزيت هو وسط الانتشار والماء هو المادة المنتشرة.

ب‌-مستحلب زيت في ماء: بمعنى أن الماء هو وسط الانتشار وأن الزيت هو المادة المنتشرة. وهذا هو المطلوب في مجال التطبيقات الزراعية.

ويتم التمييز بين النوعين بالطرق التالية:

‌أ- يوضع قليل من المستحلب على شريحة ويضاف إليها نقطة زيت فإذا امتزجت بسرعة دل ذلك على أن الزيت هو وسط الانتشار.

‌ب- يضاف للمستحلب نقطة من محلول صبغة تذوب في الزيت ولاتذوب في الماء فإذا تلون المخلوط كان المستحلب ماء في زيت أما إذا كان المستحلب زيت في ماء فإنه لايتلون.

‌ج- قياس درجة التوصيل الكهربائي للمستحلب فإذا كان وسط الانتشار هو الماء كانت درجة التوصيل عالية.

ويطلق تعبير انعكاس صورة المستحلب Reversion of Emulsion على تحويل مستحلب من نوع زيت في الماء إلى مستحلب من نوع ماء في زيت أو العكس وميكانيكية ذلك سيتم شرحها عند التحدث عن ميكانيكية الاستحلاب.

بينما يطلق تعبير كسر المستحلبات Breaking of Emulsion على ظاهرة انفصال الصورة المكونة للمستحلب إلى طبقات منفصلة واضحة يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

ويتم كسر المستحلب إذا تجمعت دقائق المادة المنتشرة وتحولت من الأبعاد الفردية إلى أبعاد أكبر حتى يتم انفصال المواد المكونة للمستحلب إلى طبقات منفصلة مميزة. والعوامل التي تؤدي إلى كسر المستحلبات هي:

أ‌- عوامل كيماوية: مثل إضافة غرويات أو اليكتروليتات بحيث تؤدي إلى تجميع الحبيبات الفردية بدلاً من تفرقها وسط الانتشار. ويكون نتيجة الإضافة كسر المستحلب وانفصال صورة المواد المكونة له إلى طبقات منفصلة. مثل عسر الماء نتيجة وجود كاتيونات ثنائية من المغنزيوم أو الكالسيوم.

ب‌-عوامل طبيعية : أهمها انخفاض درجة الحرارة أو ارتفاعها وكذلك تأثير القوة الطاردة المركزية.

ميكانيكية الاستحلاب Mechanism of Emulsification:

تقول نظرية Hildebrand المعروفة باسم Wedge theory of emulsification أن الصابون والمركبات المماثلة تتكون من سلسلة هيدروكربونية طويلة ومجموعة طرفية قطبية COOH – وعند السطح البيني بين الماء والزيت تتجه المجموعة القطبية لتنغمس في الماء لأنها محبة للماء وتنتفخ لارتباط عدد من جزيئات الماء بها نتيجة التأثيرات القطبية.

ومن الناحية الأخرى تتجه السلسلة الهيدروكربونية لتنغمس في الزيت لأنها تفضل الذوبان في الزيت لخواصها غير المحبة للماء Hydro phobic properties بعكس مجموعة الكربوكسيل المحبة للماء والتي تسمى Hydrophilic.

وتصنيف النظرية أنه إذا كان مقطع الجزء القطبي أكبر من مقطع الجزء غير القطبي فإن ذلك يؤدي لتكوين مستحلب زيت في الماء.

ويصبح الماء هو وسط الانتشار والزيت وهو المادة المنتشرة وهذا مايحدث عند استعمال صابون صوديومي أو بوتاسيومي.

إذ أن المجموعة الكربوكسيلية أو القطبية بوجه عام ترتبط بعدد كبير من جزيئات الماء فيصبح مقطعها أكبر بكثير من مقطع الجزيء في الطرف غير القطبي حيث توجد السلسلة الهيدروكربونية فقط. وكما هو مبين في الشكل فإن المجموعة القطبية المحبة للماء تكون أكبر في مقطعها ونتيجة الحيز الأكبر الذي تشغله يندفع الماء ليشغل مكان وسط الانتشار مغلفاً قطرات الزيت التي تكون المادة المنتشرة في هذه الحالة أي يتكون مستحلب زيت في الماء.

أما عند استخدام صابون الكالسيوم الثنائي فإن الزيت يصبح هو وسط الانتشار والماء هو المادة المنتشرة. وكما هو مبين في الشكل التالي فإن مقطع السلسلة الهيدروكربونية الثنائية سيصبح أكبر من مقطع الطرف القطبي مما يؤدي إلى أن يصبح الزيت هو الصورة السائدة كوسط للانتشار يحتوي قطيرات الماء كما منتشرة أي يتكون مستحلب ماء في الزيت.

الطرق الميكانيكية لعمل المستحلبات:

1- باستعمال جهاز مجانسة Homogeaizer وفيه يمرر السائلين المراد استحلابهما تحت ضغط عال خلال فتحة ضيقة مما يؤدي إلى تكسير السائلين أثناء مرورهما إلى حبيبات في النطاق الغروي وتضاف المادة المستحلبة كعامل مثبت للمستحلب أثناء عملية المزج.

2- باستعمال طاحونة غروية تمرر فيها السوائل في طبقة رقيقة جداً تترك على أقراص تدار بسرعة كبيرة. وأثناء هذه العملية يحدث خلط وتفريق للمستحلب بإضافة المادة المستحلبة.

3- باستعمال الموجات فوق الصوتية Ultrasonic Waves وهي طريقة حديثة تعتمد على وضع طبق من الكوارتز في حمام زيتي ويعرض الطبق لذبذبة بسرعة كبيرة باستعمال تيار تردد سريع تتناسب سرعته مع درجة الذبذبة. وبذلك وتحت تأثير ذبذبات هذه الموجات فوق الصوتية.

يدور الطبق الكوارتز بسرعة ويرتفع الزيت إلى أعلى بشكل نافورة مما يؤدي إلى تجزئة السائل إلى دقائق صغيرة متفرقة في السائل الآخر في وجود المادة المثبتة للمستحلب.

أنواع الزيوت المستخدمة:

1- الزيوت المباشرة:

وتستخدم مباشرة على صورة رذاذ Fine mist أو على صورة ايروسولات Aera Sols ويستخدم رشاشه ذات ضغط عالي أو تعريض الزيت مباشرة لتيار سريع قوي من الهواء حتى يخرج الزيت على هيئة جزيئات دقيقة جداً لها مظهر البخار أو الضباب fine mist أو الايروسولات.

2- زيوت المزج في الخزان Tank mix oils

تحضر مباشرة قبل استعمالها بإضافة الزيت والمادة المستحلبة ومادة ناشرة كل على حده إلى الماء في خزان الرش. بعد ذلك تتم عملية استحلاب المحلول بعد التقليب الجيد والمزج الميكانيكي مع إضافة نسبة قليلة من مادة ناشرة ويلزم في هذه الحالة التقليب الشديد المستمر في خزان الرش أثناء إعداد المخلوط وأثناء رشه.

3- مستحلبات الزيوت: تشمل معظم زيوت الرش الحديثة والتي تحضر وتستعمل بحيث يكون مخلوط سائل الرش المخفف بالماء مستحلباً بدرجة ضعيفة سرعان ما ينفصل الزيت عن الماء ثم يحتفظ بالزيت اختيارياً فوق سطح النبات خاصة النباتات التي تتميز سطوحها بطبقة شمعية.

وبذلك يكون الغرض من الماء في هذه الحالة نشر الزيت وتوزيعه بانتظام فوق سطح الأشجار. وبعد إتمام الرش ينزلق معظم الماء إلى الأرض بسبب عدم ميل السطوح المعاملة للاحتفاظ بكميات كبيرة منه وينزل إلى الأرض 95% من جملة سائل الرش.

وهكذا يحتفظ السطح المعامل من الأشجار بطبقة من الزيوت المعدنية وحدها والكمية الباقية من الماء والتي لاتنزلق تتبخر بالتدريج. ولذلك فزيوت الرش من هذا النوع تقدر كفاءتها بمقدار الزيت من القطرات المنزلقة فكلما كانت منخفضة دل ذلك على ارتفاع كفاءة هذا النوع من زيوت الرش.

ويوجد نوعين من المستحلبات الزيتية هما:
أ‌- مستحلبات الزيوت المركزة Oil Emulsions وقد بدأ استخدام هذا النوع من الزيوت عام 1924 وكانت تسمى المستحلبات السريعة الانكسار وذلك لتمييزها عن المستحلبات الزيتية الثابتة والتي تسمى المستحلبات القابلة للامتزاج بالماء.

وهذه المستحلبات عبارة عن سوائل أو عجائن لها شكل المايونيز Mayonnaise تحتوي على 80-90 % زيت مع قليل من المادة المستحلبة ثم استحلابه بكمية من الماء مكوناً Stock pre partitions وهذا المستحضر سهل الاختلاط بالماء عند مزجه أثناء عملية الرش, ومن عيوبه أن المواد ذات النشاط السطحي ذات تركيب يسمح بانعكاس أو كسر صورة المستحلب بتأثير أو عسر الماء أو التخزين ويجب الاعتناء بتخزين هذه الزيوت في مكان ظليل. لأنها تنفصل بتعرضها لأشعة الشمس مدة طويلة .

كما أنها تنفصل عند درجة التجمد. كونها تحتوي على الماء في مستحضراتها مما يعرضها لعدم الثبات. وأول مظاهر عدم الثبات انفصال طبقة سطحية بها نسبة عالية من الزيت تسمى ظاهرة الـCreaming وهي تحتوي على 65-82% من مكوناتها زيوتاً. وظهور هذه الطبقة أو حدوث الانفصال في صورة المستحلب معناه عدم ملاءمته للاستخدام المباشر.

ب‌-الزيوت المعدة للاستحلاب Emulsive oils

تسمى هذه الزيوت المستحلبات القابلة للامتزاج بالماء. وقد ظهرت بعد عشر سنوات من استخدام الزيوت سريعة الانكسار. حيث تذاب المادة المستحلبة Emulsifiers في الزيت المعدني بدون إضافة ماء .

ولذلك فهذه المستحضرات تتكون من 98-99% زيوت بترولية.ودرجة كفاءتها أعلى بكثير من سابقتها. وتتميز بدرجة كافية من الثبات النسبي ويكون انفصال الزيت منها بصورة محدودة .

وتصلح الزيوت القابلة للاستحلاب في تغطية سطوح النباتات بطبقة ثابتة لحد كبير من الزيوت المعدنية. لذلك ينتشر استخدامها ضد الحشرات القشرية والبق الدقيقي والأكاروس.

والمستحلب المتكون من الماء لاينفصل منه الزيت إذا ترك. والزيت عبارة عن جزئيات صغيرة لاتنفصل عن الماء عند الرش، ويجب أن يكون المستحلب ثابتاً ومتجانس القوام وخالياً من المواد الغريبة وأن يتحقق في عينة مأخوذة منه الخواص الآتية:

1- الحد الأدنى للنسبة المئوية بالوزن للزيت المعدني لايقل عن 76% ويجري اختبار النسبة المئوية للزيت المعدني في المستحلب المركز بالطريقة التالية:

يوزن حوالي 10 غرام من عينة المستحلب المركز في قنينة بابكوك ثم تخفض العينة بإضافة 10 مل من الماء الساخن. ثم يضاف إليها كمية يتراوح حجمها بين 5-10 مل من حامض الكبريتيك بنسبة 1:1 ، تنقل العينة بالقنينة إلى حمام مائي ساخن، ثم تترك لمدة خمس دقائق حتى يتسنى فصل الزيت ويضاف القدر الكافي من محلول كلوريد الصوديوم المشبع حتى ترتفع طبقة الزيت المنفصلة إلى عنق القنينة المدرج. تنقل القنينة إلى جهاز الطرد المركزي.

ويتم تشغيله لمدة 5 دقائق بسرعة 1200 دورة في الدقيقة حتى يتم فصل الزيت نهائياً.

تترك القنينة حتى تصل درجة حرارتها إلى درجة حرارة الغرفة ويقرأ حجم الزيت المنفصل
النسبة المئوية للزيت المعدني في المستحلب = وزن الزيت المعدني المنفصل ×100 وزن عينة المستحلب
ويجب خصم نسبة الفينولات والأحماض الدهنية إن وجدت.

2- الاختبار البيولوجي يجب أن يكون الحد الأدنى للإبادة 95% تختار الحديقة التي يجري فيها اختبار المبيد بحيث تكون أشجارها متوسطة الارتفاع من 3-4 م. وتكون غير متشابهة وحالتها عادية بحيث تكون الحديقة معتنى بها من الوجهة الزراعية وعمليات الخدمة المختلفة.

وأن تكون درجة الإصابة بالحشرة القشرية فوق المتوسط وتقسم الأشجار التي وقع عليها الاختيار إلى مجموعات بطريقة عشوائية بحيث تمثل حالة الأشجار .

تستخرج نسبة الإبادة لأشجار كل مجموعة، وتعالج هذه المجموعات برشها بالمبيد المراد اختباره بحيث يعم المحلول جميع أجزاء الشجرة المعالجة، ويقدر المحلول اللازم للشجرة التي يتراوح ارتفاعها من 3-4 م بحوالي 25 لتراً من المحلول.

» دراسة جدوى فنية مالية لمصنع انتاج الوقود الحيوى والاحماض الدهنية والجلسرين من ندوير المخلفات الزيتية النباتية غير الخطرة بمحافظة الشرقية