روژینگ به تشکیل لایهای سطحی از اکسید آهن اشاره دارد که معمولاً در سیستمهای آبی دارویی ساختهشده از فولاد ضدزنگ (Stainless Steel) دیده میشود. این پدیده بهویژه در سیستمهای آب با خلوص بالا مانند آب تزریقی (WFI) یا آب PW ایجاد میشود.حتی سیستمهای بخار تمیز نیز ممکن است تحت تأثیر روژینگ قرار بگیرند. اصولا روژینگ بیشتر در سیستمهای آب تزریقی که در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر عمل میکنند، مشاهده میشود. این نوع آب دارای هدایت الکتریکی بسیار پایین (کمتر از ۱.۲۵ میکروزیمنس بر سانتیمتر) است.
روژینگ نوعی خوردگی است که به صورت لایههای نازک قرمز یا سیاه رنگ در سطح داخلی لولهها یا مخازن ظاهر میشود. گاهی این لایهها به صورت پودر و حتی حالت لیز و لزج دیده میشوند. بر خلاف بیوفیلمها که منشأ باکتریایی دارند، روژینگ پدیدهای فیزیکوشیمیایی است و از اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن در حالتهای مختلف اکسیداسیون تشکیل شده است. فرآیند شیمیایی روژینگ شامل تبدیل یونهای Fe²⁺ محلول به یونهای Fe³⁺ نامحلول است که سپس به اکسید آهن (مثل Fe₂O₃ و Fe₃O₄) و هیدروکسید آهن (مثل Fe₂O₃.H₂O یا هماتیت) تبدیل میشوند. اگرچه روژینگ شبیه به زنگزدگی در فولاد کربنی است، اما در مراحل اولیه با یک پارچه قابل تمیز کردن است و در صورت عدم رسیدگی مجدد تشکیل میشود.
روژینگ اغلب به علت از بین رفتن لایه محافظ اکسید کروم (depassivation) در فولاد ضدزنگ ایجاد میشود. این لایه، از طریق فرآیند پسیواسیون (Passivation)، سطح فولاد را در برابر خوردگی محافظت میکند. در صورت آسیب این لایه، یونهای موجود در آب با فلز واکنش میدهند و خوردگی رخ میدهد. عواملی که میتوانند باعث روژینگ شوند عبارتاند از:
- دمای بالا (بالای ۶۰ درجه)
- سطح زبر و غیرالکترولیتپولیش شده
- جوشکاری نامناسب یا گرمای بیشازحد
- آلودگی با آهن یا اجزای غیر فولادی
- نوسان دما و فشار آب در سیستم
- pH و میزان اکسیژن آب
- نوع فولاد ضدزنگ
پدیده ی روژینگ براساس میزان شدت به 3 دسته تقسیم میشود:
- کلاس I: نوعی محصول خوردگی تهنشینشده است. این نوع روژ شامل اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن است که از بخشهای دیگر سیستم آب منشأ گرفته و در بخشهای پاییندستی تهنشین شدهاند. منابع این نوع آلودگی میتواند شامل فولاد کربنی موجود در سیستم مانند پیچ و مهرهها، آچارها، منگنهها و غیره باشد. سطح فولاد ضدزنگ در زیر این رسوبات معمولاً دستنخورده باقی میماند. این نوع رسوب روژ را میتوان با یک دستمال پاک کرد، به شرطی که دسترسی به آن بخش از سیستم وجود داشته باشد.
- کلاس II: یک محصول خوردگی چسبنده است که بر روی سطوح فولاد ضدزنگی که پسیو نشدهاند یا بهدرستی پسیو نشدهاند، تشکیل میشود. در اثر این واکنش، لایه محافظ پسیو که وظیفه محافظت از سطح فولاد ضدزنگ را دارد، تغییر یافته و دچار اختلال میشود. در طی یک واکنش دو مرحلهای این سطح از خوردگی شکل میگیرد:
مرحله اول: حل شدن لایه پسیو اکسید کروم (Cr₂O₃)
مرحله دوم: اکسیداسیون آهن موجود در زیرلایه فولاد
این واکنش، خود-پایدار (self-perpetuating) است، زیرا یون کلرید با کروم واکنش داده و اسید هیپوکلروس (HOCl) تولید میکند؛ سپس این اسید آهن را اکسید کرده و در نتیجه کلرید بیشتری تولید میشود. این چرخه باعث ادامهدار شدن خوردگی و تشکیل روژ میگردد.
- کلاس III: دارای رنگ آبی یا سیاه است. این نوع روژ حاصل محصول خوردگی اکسید آهن به نام مگنتیت (Magnetite) میباشد. این ترکیب معمولاً بر روی سطوح موجود در سیستمهای بخار با دمای بالا تشکیل میشود. بر روی سطوحی که الکترولیتپولیش شدهاند، رسوب خوردگی ممکن است به صورت سیاه براق، پایدار و چسبنده ظاهر شود. در مقابل، بر روی سطوحی که مکانیکی پولیش شده ولی پسیو نشدهاند، این رسوبات میتوانند به صورت پودر سیاهرنگ و غیرپایدار باشند که بهراحتی از سطح جدا میشوند.
پس از کشف روژینگ، باید فرآیند پاکسازی روژ(derouging) انجام شود که معمولاً نیازمند توقف عملیات تولید است. فرآیندهای تمیزکاری مکانیکی که برای حذف ذرات قابل رؤیت و چسبیده به سطح طراحی شدهاند، معمولاً فقط در مناطق در دسترس قابل اجرا هستند. فراتر از تمیزکاری دستی، دو روش رایج برای پاکسازی روژ استفاده میشود:
- اسیدهای معدنی
رایجترین اسید مورد استفاده: اسید نیتریک
دیگر اسیدها: فسفریک، سیتریک یا سایر اسیدهای اکسیدکننده
این اسیدها در صورت استفاده صحیح میتوانند لایه خوردگی را حذف یا دوباره اکسید کنند و مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضدزنگ را بازیابی کنند. باید دقت شود که این اسیدها باعث آسیب سطحی نشوند. اسیدهای آلی معمولاً استفاده نمیشوند، چون قدرت حلکنندگی کمتری نسبت به اسیدهای معدنی دارند.
- مواد شلاتکننده (Chelating Agents)
این ترکیبات شامل یک یون فلزی و یک عامل شلاتکننده هستند و توانایی حذف کاتیونهایی مانند آهن را دارند.
نمونه معروف: EDTA (اتیلندیآمینتترااستیک اسید)
نکته مهم این است که واکنش شلات کردن خودبهخود متوقف نمیشود و ممکن است پس از حذف لایه اکسید، سطح فلز را نیز حل کند، بنابراین باید در زمان مناسب متوقف یا شسته شود.
- محلولهای تمیزکننده خنثی
شامل ترکیباتی مانند دیتیونیت یا دیسولفیت
این گزینهها اثر زیستمحیطی کمتری دارند، اما همچنان باید با احتیاط استفاده شوند.
اقداماتی برای کاهش یا کند کردن پدیده ی روژینگ قابل انجام است که شامل:
- انتخاب درجه مناسب فولاد ضدزنگ
فولادهای ضدزنگ با کیفیت پایین برای سیستمهای دارویی مناسب نیستند زیرا تمایل بالایی به خوردگی دارند. حداقل مشخصات توصیهشده برای سیستمهای آب داغ با خلوص بالا، فولاد ضدزنگ نوع 304 مطابق با استاندارد SAE است. نوع 316 که کیفیت بالاتری دارد، محافظت بیشتری فراهم میکند و در موارد خاص ممکن است از آلیاژ C-276 (با درصد بالای نیکل، کروم و مولیبدن) استفاده شود. علت این ترجیح آن است که:
نیکل اضافهشده باعث افزایش پایداری لایه پسیو میشود.
مولیبدن اضافی نیز مقاومت در برابر حفرهدار شدن سطحی (micro-pitting) را افزایش داده و همچنین در برابر حملات کلر، مقاومت سازه را تقویت میکند.
همچنین، در سیستمهایی که از فولاد ضدزنگ استفاده میشود، نباید فولاد کربنی به آن متصل شود، زیرا این امر میتواند باعث زنگزدگی شود. تفاوت فولاد ضدزنگ و فولاد کربنی در میزان کروم موجود در ساختار آنهاست. فولاد کربنی بدون پوشش، در تماس با هوا و رطوبت بهراحتی زنگ میزند، در حالی که فولاد ضدزنگ به دلیل داشتن کروم، از خوردگی محافظت میشود.
- اجرای پولیش الکترولیتی برای صافکردن سطح و تقویت لایه پسیو
سطوح صاف نه تنها برای جلوگیری از تشکیل بیوفیلمهای میکروبی ضروری هستند، بلکه به کاهش احتمال بروز روژینگ نیز کمک میکنند. دلیل این امر آن است که میزان روژ در یک سیستم ممکن است به زبری سطح فلز وابسته باشد. برای ایجاد سطوح صاف، از فرآیند الکترولیتپولیش (Electropolishing) استفاده میشود. این فرآیند علاوه بر صیقلی کردن سطح، موجب افزایش پایداری لایه پسیو نیز میگردد. الکترولیتپولیش باعث حذف شکافهای میکروسکوپی شده و لایهای پسیو با نسبت بالاتر کروم به آهن ایجاد میکند.
- کنترل دمای آب (کاهش دما با حفظ کنترل میکروبی)
کاهش دمای بهصورت تئوری میتواند باعث کاهش خوردگی و روژینگ شود. با این حال، باید دقت کرد که این کاهش دما منجر به از دست رفتن کنترل میکروبی در سیستم نگردد.
- استفاده از پلاستیکهای صنعتی (مانند PVDF یا PP) در صورت امکان
بهجای فولاد ضدزنگ، میتوان از پلاستیکهای ترموپلاستیک استفاده کرد، هرچند که این گزینه برای تمام کاربردها مناسب نیست. پلاستیکها در معرض روژینگ قرار نمیگیرند و نیازی به پسیوسازی ندارند. مواد مناسب در این دسته شامل پلیوینیلیدن فلوراید (PVDF) و پلیپروپیلن (PP) هستند. با این حال، استفاده از پلاستیکها نیازمند ارزیابی دقیق از نظر دمای عملیاتی و فشار کاری سیستم است.
- طراحی سیستم با حداقل نقاط نوسان فشار/دما
جهت اطلاع از جدیدترین نکات و گایدلاین های مربوط به GMP در صنعت داروسازی میتوانید عضو کانال https://t.me/GMPprinciples شوید.
