شکل (۱-۴) : نمایی از فرایند PGSS[103]
فرایند PGSS در مقایسه با فرایند RESS در فشار پایینتری انجام می شود و محدوده ذرات تولید شده، بخصوص مواد دارویی، بطور متوسط در حدود ۱۰ تا ۲۰ میکرومتر میباشد.
۱-۸-۳- فرآیندهای SAS ، GAS وPCA
این سه روش با بهره گرفتن از یک حلال آلی، از جمله روشهای مهم در تولید مواد در اندازه های میکرو- نانو میباشند. لازم به ذکر است که در این روشها جزء دلخواه داخل حلال آلی بصورت فوق اشباع حل شده و سپس در شرایط فوق بحرانی یا نزدیک بحرانی با سیالی نظیر دی اکسیدکربن در تماس قرار میگیرد.
البته نحوه تماس محلول اشباع و سیال فوق بحرانی و همچنین نوع دستگاههای مورد استفاده موجب ایجاد تفاوتهایی بین روشهای فوق گردیده است ولی در همه روشها از یک نکته در تولید ذرات میکرو بهره میگیرند. تفاوت این فرآیندها در نوع سیستم پیوستهContinoues ) ) نیمه پیوسته ( ( Semi Batchو غیر پیوسته (Batch ) میباشد. نکته مهم این است که دی اکسیدکربن به خوبی در اکثر حلالهای آلی حل می شود لذا با حل شدن دی اکسیدکربن در حلال آلی، حالت فوق اشباع برای جز حل شدنی پدید می آید و موجب تبلور جزء مورد نظر قرار میگیرد .
در مورد فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی[۱۶] که در سیستم ناپیوسته صورت میگیرد برای یک گاز فشرده شده، به عنوان مثال دی اکسیدکربن فوق بحرانی، به عنوان ضد حلال بکار برده می شود. بصورت ویژه در فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی حلالیت گاز دی اکسیدکربن در فشارهای بالا موجب انبساط حجمی[۱۷] محلول اشباع میگردد و در نتیجه دانسیته و قدرت حلالیت آن کاهش مییابد و این عمل موجب تبلور جزء حل شونده بصورت ذرات ریز با توزیع اندازه مناسب میگردد. این فرایند برای صنایع دارویی و صنایع شیمیایی بسیار مناسب میباشد. دلیل این امر این است که فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی باعث تولید ذراتی با اندازه و شکلهای مورد نظر این صنایع می شود. در طول دهه گذشته، نتایج تجربی بسیاری در این زمینه منتشر شده است که حاکی از نتایج خوبی در تولید مواد جامد در اندازه های بسیار کوچک و در حد نانو میباشد[۹،۱۰،۱۱،۱۲،۱۳،۱۴،۱۵،۱۶،۱۷]. لازم به ذکر است که ماده جامد باید به خوبی در حلال حل شده و در ضد حلال (دی اکسیدکربن) نامحلول باشد. در فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی حل شدن دی اکسیدکربن به عنوان ضد حلال درون محلول منجر به دو اثر می شود :
۱) کاهش دانسیته محلول( به علت افزایش حجمی محلول اشباع)
۲) ترسیب ماد حل شده به علت کاهش ناگهانی قدرت حلال[۳۴].
همچنین حلال آلی را بایستی بگونهای انتخاب کرد که ماده مورد نظر را به خوبی حل کند و در فاز فوق بحرانی در آن شرایط عملیاتی بسیار اامتزاج پذیر باشد. همچنین بایستی ماده حل شده درون فاز فوق بحرانی نامحلول یا کم محلول باشد[۳۵].
انبساط حجمی حلال مایع وقتی روی میدهد که سیال ضد حلال فوق بحرانی در آن حل می شود و دارای یک نقش کلیدی در فرایند ترسیب میباشد. در حقیقت وقتی تزریق پیوسته محلول مایع صورت میگیرد، این فرایند موجب انبساط قطرات مایع می شود که انبساط آنها موجب تشکیل ذرات اولیه نانومتری جسم حل شونده را می کنند.
این فرایند اکثراً برای تبلور مجدد جامد حل شده در حلال آلی با هدف نیل به ذرات در اندازه کوچک با کریستالهای بزرگ استفاده می شود، که اندازه ذرات بستگی به میزان رشد کنترل شده آن توسط ایجاد تغییرات فشار در ضد حلال دارد.
تولید ذرات ریز با بهره گرفتن از سیال فوق بحرانی به عنوان ضد حلال مزایای فراوانی نسبت به روشهای دیگر دارد. از جمله اینکه اختلاط بین ضد حلال فوق بحرانی و محلول بسیار سریعتر از فرایندهای ضد حلال مایع میباشد و در نتیجه فوق اشباعیت بالاتر رفته و قطر ذرات کوچکتر میشوند. همچنین با تغییر شرایط عملیاتی میتوان توزیع اندازه ذرات را کنترل نمود.
به علاوه ضد حلال فوق بحرانی که بصورت گاز است به راحتی از محصول نهایی جدا می شود، در حالی که در فرایند مایع ضد حلال، به فرایند جداسازی بسیار پیچیدهای نیاز است. احتیاج به مرحله اضافی جهت زدودن حلال اضافی را ندارد. یکی از مزایای استفاده از این روش در مواردی که واکنش شیمیایی داریم این است که این روش توانایی کنترل پارامترهای حلال نظیر دانسیته، ویسکوزیته و ضریب نفوذ را دارد[۳۶].
تولید ذرات ریز در حد میکرون، کنترل توزیع سایز ذرات و مورفولوژِی، خلوص تحت شرایط عملیاتی ملایم و بی اثر از دیگر مزایای این روش می باشد[۳۷].
با انتخاب ضد حلال مناسب، امکان انجام فرایند در دماهای نزدیک به دمای محیط امکان پذیر می شود و از تجزیه حرارتی محصول اجتناب میگردد.
بنابراین فرآیندهای ضد حلال فوق بحرانی، در سالهای اخیر بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. این روش به ویژه برای تبلور مواد حساس مانند: داروها، مواد بیولوژیکی، مواد مترقبه و … در دمای معمولی مفید است. بهینه سازی و انتخاب مناسب متغیرهای عملیاتی خیلی مهم است و لازمه این امر فهم عمیق پایه و اساس ترمودینامیکی فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی است. شرایط عملیاتی ضد حلال، خواص محصول از جمله شکل بلور، اندازه بلور و توزیع اندازه ذره را کنترل می کند.
نمایی از فرآیندهای SAS و GAS در شکل(۱-۵) و نشان داده شده است.
شکل (۱-۵) : نمایی از فرایند GAS/SAS[103]
لازم به ذکر است روشهای دیگری نیز جهت نیل به اهداف ذکر شده وجود دارند که همگی بر همان اصول ذکر شده استوارند و تنها اختلاف آنها نحوه تماس دو جریان و نوع دستگاه مورد استفاده میباشد. اندازه ذرات تولید شده بوسیله روشهای فوقالذکر تابع شرایط عملیاتی و بخصوص هندسه دستگاه است. بعنوان مثال میتوان به تولید نانو ذرات تتراسیکلین[۱۸] در مقیاس کمتر از ۱۲۵ نانومتر بوسیله فرایند SAS اشاره داشت[۳۸].
فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی اولین بار جهت کریستالیزاسیون مجدد مواد منفجره نظیر نیتروگاندین[۱۹] و سیکلو تری متیلن اترینیترامین[۲۰] توسط کوروکونیس[۲۱] و همکارانش صورت گرفت[۲۲،۲۱]. همچنین فرایند ترسیب بوسیله ضد حلال فوق بحرانی بصورت ویژه جهت کاهش اندازه ذرات با مقادیر کنترل شده و دلخواه از اهمیت فراوانی برخوردار میباشد. نمونههایی از مواد تولید شده با اندازه میکرو در جدول (۱-۲) آورده شده است.
جدول (۱-۲): نمونه هایی از مواد منفجره تولید شده بوسیله فرایند GAS
مرجع
اندازه ذرات
فرایند
ضد حلال
حلال
[۲۲].Gallagher et al
۱-۱۰۰ میکرون
GAS
دی اکسید کربن
NMP
