ถุงลมนิรภัยกับยาน้องหมาแมว MO Memoir : Thursday 4 June 2569

แคลเซียมคาร์ไบด์ (Calcium Carbide - CaC₂) ผลิตได้จากการเผาถ่านโค้ก (Coke - C) กับหินปูน (Lime - CaCO₃) ที่อุณหภูมิสูงมากพอ แคลเซียมคาร์ไบด์นี้ถ้านำมาทำปฏิกิริยากับน้ำก็จะได้แก๊สอะเซทิลีน (Acetylene - C₂H₂) ที่บ้านเราเรียกหินแก๊สหรือแก๊สก้อน ในอดีตตามตลาดนัดกลางคืนจะเห็นพ่อค้าแม่ค้าจุดตะเกียงแก๊สที่ใช้แก๊สที่ผลิตจากแคลเซียมคาร์ไบด์นี้ นอกจากนี้ก็ยังมีการใช้เป็นแก๊สบ่มผลไม้ให้สุก และอู่ซ่อมท่อไอเสียบางอู่ก็ยังใช้แก๊สที่ผลิตจากแคลเซียมคาร์ไบด์นี้ในงานตัดท่อและเชื่อมท่อไอเสีย (คือแบตเตอรี่ของรถมันใช้ตัวถังเป็นขั้วลบ และในการเชื่อมไฟฟ้านั้นก็ต้องมีการให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวชิ้นงานที่ต้องการเชื่อม มันก็เลยมีสิทธิเข้าไปกวนกันได้ การเชื่อมแก๊สจะปลอดภัยกว่า)

(ถ่านโค้กก็ได้จากการเอาถ่านหินเกรดสูงหน่อยไปเผาในที่ที่มีอากาศจำกัด อุตสาหกรรมหนึ่งที่ใช้ถ่านโค้กเยอะก็คือการถลุงเหล็ก คือพอเอาถ่านโค้กไปเผากับแร่เหล็ก (สารประกอบเหล็กออกไซด์) ในสภาพอากาศจำกัด ถ่านโค้กก็จะกลายเป็นแก๊ส CO หรือคาร์บอนมอนอกไซด์ ที่จะไปดึงออกซิเจนออกจากเหล็กกลายเป็นแก๊ส CO₂ ไป)

ถ้าเอา CaC₂ ไปเผาที่อุณหภูมิสูง (ระดับ 1000ºC) โดยมีแก๊สไนโตรเจนไหลผ่านก็จะได้สารประกอบที่มีชื่อว่าแคลเซียมไซยานาไมด์ (Calcium Cyanamide - CaCN₂) (รูปที่ ๑) ซึ่งเมื่อนำสารนี้ไปทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) ก็จะได้ไซยานาไมด์ (Cyanamide - H₂NCN) (รูปที่ ๒)

 รูปที่ ๑ การสังเคราะห์แคลเซียมไซยานาไมด์ 

รูปที่ ๒ การสังเคราะห์ไซยานาไมด์

ถ้านำไซยานาไมด์ไปทำปฏิกิริยากับเบสก็จะได้สารประกอบที่มีชื่อว่าไดไซยานไดเอไมด์ (Dicyandiamide) หรือ 2-ไซยาโนกัวนิดีน (2-Cyanoguanidine) (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ การสังเคราะห์ 2-Cyanoguanidine

เมื่อนำไดไซยานไดเอไมด์ไปทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียมไนเทรต (Ammonium Nitrate -NH₄NO₃) ก็จะได้เกลือกัวนิดิเนียมไนเทรต (Guanidinium Nitrate) หรือกัวนิดีนไนเทรต (Guanidine Nitrate) (รูปที่ ๔) ซึ่งมีการนำมาใช้เป็นสารทำให้เกิดแก๊สให้กับถุงลมนิรภัยเพราะให้แก๊สในปริมาณมากโดยที่อุณหภูมิไม่สูงมาก (ปลอดภัยต่อวัสดุที่ใช้ทำถุงลมนิรภัย) แต่ถ้านำเกลือนี้ไปปฏิกิริยาต่อกับกรดกำมะถัน (Sulphuric acid - H₂SO₄) ก็จะได้สารประกอบไนโตรกัวนิดีน (Nitroguanidine) (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๔ การสังเคราะห์ Guanidinium Nitrate

รูปที่ ๕ การสังเคราะห์ Nitroguanidine

บริษัท Mitsui Chemicals ประเทศญี่ปุ่น ได้นำเอา Nitroguanidine ไปสังเคราะห์เป็นยากำจัดเห็บและหมัดในสุนัขและแมวที่มีชื่อว่าไดโนทีฟูแรน (Dinotefuran) (รูปที่ ๖ และ )) ส่วนรูปที่ ๘ เป็นหนึ่งในวิธีการสังเคราะห์ (มันมีด้วยกันหลายวิธี ซึ่งวิธีการในรูปที่ ๘ ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าเป็นวิธีการแรกที่ทาง Mitsui ใช้หรือเปล่า)

รูปที่ ๖ Dinotefuran ที่ใช้เป็นยากำจัดเห็บและหมัดในสุนัขและแมว

รูปที่ ๗ หนึ่งในยาหยดหลังสุนัข (และแมว) เพื่อกำจัดเห็บและหมัด ที่ใช้ Dinotefuran เป็นส่วนประกอบ

รูปที่ ๘ หนึ่งในเส้นทางการสังเคราะห์ Dinotefuran จาก Nitroguanidine

Guanidine nitrate และ Nitroguanidine ถูกจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual-use item - DUI) ในหมวด 1C011.c และ 1C011.d ตามลำดับ (รูปที่ ๙) เลข "0" ที่อยู่หลังตัวอักษร C บอกว่าสารสองตัวนี้มีที่ทางจาก Wassenaar หรือ Nuclear Supplier group (NSG) trigger lists แสดงว่ามันมีความเกี่ยวข้องกับอาวุธนิวเคลียร์ สาเหตุก็เป็นเพราะสารสองตัวนี้จัดเป็น Insensitive explosive คือเป็นวัตถุระเบิดแรงสูงที่จุดระเบิดได้ยาก ซึ่งเรื่องนี้เป็นเรื่องสำคัญสำหรับอาวุธนิวเคลียร์ที่ป้องกันการระเบิดจากเหตุที่ไม่ได้ตั้งใจ (เช่นหัวรบโดนไฟครอกหรือระเบิดนิวเคลียร์ตกจากเครื่องบินด้วยอุบัติเหตุ) เรื่อง Insensitive explosive นี้อ่านตัวอย่างเพิ่มเติมได้ในเรื่อง "ปฏิกิริยา Nucleophilic substitution ของสารประกอบ Organic halides MOMemoir : Wednesday 7 September 2559")

รูปที่ ๙ สินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1C011

หอกลั่นแยก H2 และ D2 MO Memoir : Tuesday 26 May 2569

ในบทความเรื่อง "การกลั่นแยก H₂ และ D₂" ที่เขียนลง blog ไปเมื่อวันเสาร์ที่ ๗ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๙ ที่ผ่านมานั้นได้กล่าวไว้ว่าหอกลั่นแยก H₂ และ D₂" ออกจากกันนั้นถูกจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual use item หรือ DUI) ในหมวด 1B228 ที่มีคุณลักษณะดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

ตามข้อกำหนด 1B228 นั้น ข้อ b. ที่กำหนดความดันทำงานในช่วง 0.1 MPa (1 bar) ถึง 10 MPa (10 bar) ซึ่งก็จัดว่าไม่ได้เป็นความดันที่สูงอะไร ส่วนข้อ d. ที่กำหนดว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในตั้งแต่ 30 cm ขึ้นไปและ "effective lengths" ตั้งแต่ 4 m ขึ้นไปก็ไม่ได้จัดว่ามีขนาดที่ใหญ่อะไร

ข้อกำหนด a. และ c. นั้นมันผูกกันอยู่ คือข้อ a. กำหนดช่วงอุณหภูมิการทำงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ ส่วนข้อ c. นั้นกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ โดยข้อ c. นั้นยังแยกออกเป็นอีก ๒ ข้อย่อยคือ c.1 Austenitic stainless steel หรือ c.2 วัสดุอื่นที่เทียบเท่าที่สามารถทนอุณหภูมิต่ำได้และใช้งานกับระบบที่มีแก๊สไฮโดรเจนได้ (ความหมายของข้อ c.2 คือมันมีวัสดุอื่นที่ใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำระดับข้อ a. แต่ใช้ไม่ได้กับกรณีของไฮโดรเจน)

รูปที่ ๑ คุณลักษณะหอกลั่นแยก H₂ และ D₂ ตามหัวข้อ 1B228

ที่น่าสนใจคือวัสดุในข้อ c.1 ที่บอกว่าเป็น Austenitic stainless steel ซึ่งชื่อนี้สำหรับคนทั่วไปก็คงจะไม่ค่อยคุ้นหูเท่าใดนัก แต่ถ้าบอกว่าเป็นเหล็กสแตนเลสเบอร์ 304 หรือ 316 ก็คงจะคุ้นกันมากกว่า (คือมันมีเบอร์อื่นอีกนะ เพียงแค่สองเบอร์นี้ใช้กันมากที่สุด เช่นเบอร์ 304 ที่เอามาทำเป็นเครื่องครัวสแตนเลสต่าง ๆ) และในบ้านเรา ช่างเชื่อมเหล็กที่มีความสามารถในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมก็ใช่ว่าจะหายาก

ที่ความดันบรรยากาศ ของเหลว cryogenic ที่ราคาถูกและใช้กันมากที่สุดเห็นจะได้แก่ไนโตรเจนเหลวที่มีจุดเดือด -196ºC ส่วนไฮโดรเจนเหลวจะมีจุดเดือดที่ประมาณ -253ºC ในขณะที่แก๊สที่มีจุดเดือดต่ำสุดคือฮีเลียมที่อยู่ที่ -269ºC

ที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแรงในการรับแรงดึงของโลหะจะลดต่ำลง ดังนั้นถ้าจะดูว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงสุดเท่าใด ก็จะไปพิจารณาค่าความสามารถในการรับแรงดึง (tensile strength) ที่อุณหภูมิต่ำนั้น แม้ว่าโลหะจะสามารถรับแรงดึงได้มากขึ้น (ดังค่าที่แสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง) แต่พฤติกรรมของโลหะจะเปลี่ยนจากเหนียวเป็นเปราะ คือแตกหักได้ง่ายเมื่อได้รับแรงกระแทก (เหมือนแก้วแตก) ดังนั้นความสามารถในการรับแรงกระแทก (Impact toughness) ของโลหะจะเป็นตัวกำหนดว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำสุดเท่าใด

รูปที่ ๒ ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex
(https://www.penflex.com/news/cryogenic-temperatures-austenitic-steels/)

ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex (รูปที่ ๒) กล่าวว่า austenistic stainless steel เบอร์ 304 และ 316 คงคุณสมบัติในการรับแรงกระแทกที่สภาวะ cryogenic ได้ และยังสามารถใช้ทำภาชนะเก็บฮีเลียมเหลวที่มีอุณหภูมิ -269ºC ได้ด้วย ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าไฮโดรเจนเหลว (ที่มีอุณหภูมิ -253ºC) อีก

ส่วนข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association (รูปที่ ๓) ที่ได้ทำการทดสอบความสามารถในการรับแรงกระแทกของเหล็กกล้าไร้สนิมที่อุณหภูมิ -196ºC (อุณหภูมิจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว) ก็กล่าวว่าเหล็กกล้าไร้สนิมในกลุ่ม austenitic stainless steel ก็ยังสามารถรับแรงกระแทกได้ดี จึงเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับระบบ cryogenic และจะดียิ่งขึ้นถ้ามีการเติมไนโตรเจนเข้าไปเช่นเกรด 304LN

(หมายเหตุ : ตัวอักษร L ที่ต่อท้ายเลขหมายถึงมีปริมาณคาร์บอนต่ำ เช่นเบอร์ 304L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 304 แต่เบอร์ 304L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า เบอร์ 316L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 316 แต่เบอร์ 316L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า ส่วน N นั้นหมายถึงมีการเพิ่มธาตุไนโตรเจนเข้าไป)

รูปที่ ๓ ข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association 
(https://bssa.org.uk/bssa_articles/selection-of-stainless-steels-for-cryogenic-applications/)

ดังนั้นจะว่าไป หอกลั่นขนาดเท่านี้ ด้วยวัสดุที่มีอยู่ทั่วไปแบบนี้ ในบ้านเราก็คงหาคนสร้างให้ได้ไม่ยากนะ