АзовСинтезАзовСинтез

Діоксид кремнію: для чого потрібен, пірогенний чи осаджений і скільки додавати

Діоксид кремнію буває пірогенним (аеросил, з полум’я, непористий, максимальне загущення на мінімумі дози) і осадженим (з рідкого скла, пористий, більше силанольних груп, у рази дешевший). «Гідратований діоксид кремнію» — це той самий осаджений, вологість 5 ± 1,5 %. Головна цифра паспорта — питома поверхня BET (NK-70: 100–115 м²/г, у партії 112), агломерати 10–12 мкм матують, водопоглинання 230–260 %. Дози: лаки 2–5 % (матування) і 0,5–2 % (тиксотропія), гума 20–150 ч. на 100 ч. каучуку з силаном, плівка 500–2000 ppm, таблетки 0,1–1 %, Е551 у харчових 0,1–0,5 %, зубна паста 8–30 %, пиво 20–125 г/гл. Аморфний кремнезем не кварц: доказів канцерогенності немає.

Стаття: Діоксид кремнію: пірогенний чи осаджений, для чого і скільки додаватиДіоксид кремнію — ціна та наявність

Розділи відео

  1. 0:00Діоксид кремнію: два порошки, одна формула, різна ціна
  2. 0:54Пірогенний чи осаджений: два способи отримання
  3. 1:58Гідратований діоксид кремнію — це осаджений
  4. 3:01Питома поверхня BET, агломерат, водопоглинання
  5. 4:13Діоксид кремнію в лаках і фарбах: матування і тиксотропія
  6. 5:18Діоксид кремнію в гумі: зелена шина і силан
  7. 6:18Плівка: антиблок · таблетки: глідант і носій
  8. 7:28Е551 у харчовій і кормах · зубна паста
  9. 8:36Пиво і акумуляторні сепаратори
  10. 9:31Аморфний чи кристалічний: чи шкідливий діоксид кремнію
  11. 10:37Скільки додавати: таблиця дозувань
  12. 11:40Паспорт партії NK-70 і склад у Києві

Текст відео

0:00 · Діоксид кремнію: два порошки, одна формула, різна ціна

Два білі порошки на столі. Формула в обох одна, SiO₂, діоксид кремнію. Один народжується в полум'ї, другий в реакторі з рідкого скла. І ціна між ними різниться в рази. Перший називають пірогенним, або аеросилом. Другий осадженим, і саме його світ випускає на порядок більше. Для чого потрібен діоксид кремнію і який брати. Для матування лаку, щоб порошок не злежувався, щоб плівка не злипла, щоб таблетка рівно наповняла матрицю, дешевший осаджений працює не гірше. Сьогодні розберемо, чим два способи отримання відрізняються, що ховається за словом гідратований, яка цифра в паспорті головна, і скільки кремнезему кладуть у фарбу, гуму, плівку, таблетки й корми. Наприкінці зведемо дози в таблицю й пройдемо паспорт партії рядок за рядком.

0:54 · Пірогенний чи осаджений: два способи отримання

Пірогенний діоксид кремнію роблять спалюванням тетрахлориду кремнію у воднево-кисневому полум'ї. Частинки виходять непористі й надчисті і злипаються в розгалужені агрегати. Саме така структура дає ефект загущення з нічого: пірогенного треба зовсім трохи, щоб рідина стала тиксотропною. Мокрий спосіб інший. Силікат натрію, рідке скло, розкладають сірчаною або соляною кислотою, осад промивають, фільтрують і сушать. Частинки виходять більші, пронизані порами, з більшою кількістю силанольних груп на поверхні. Чистота нижча, зате й собівартість непорівнянна. Звідси й розподіл роботи. Пірогенний це максимальне загущення на мінімумі дозування, прозорі топкоати. Осаджений це матування, антизлипання, наповнення і вбирання рідин. Ми возимо осаджений, марку NK-70, і не видаємо його за пірогенний. Для матування, сипкості й наповнення дешевший осаджений закриває задачу повністю.

1:58 · Гідратований діоксид кремнію — це осаджений

Тепер про слово, яке збиває з пантелику. У переліку складників зубної пасти чи скрабу стоїть гідратований діоксид кремнію. Людина йде шукати окремий продукт і не знаходить. Його немає. Гідратований і осаджений це одне й те саме. Слово лише підкреслює, що після мокрого синтезу на поверхні лишається зв'язана вода. У паспорті вона видна рядком вологості: 5 ± 1,5 %, у нашої партії 19N/12 5,4 %. Пірогенний такої вологи не має, його висушує полум'я. Тож коли рецептура вимагає гідратований кремнезем, осаджений підходить прямо. Зворотна підміна працює не завжди. І практичний наслідок. Коли постачальник пише в прайсі просто діоксид кремнію і не вказує спосіб отримання, питайте вологість. Пірогенний видасть себе сухістю, осаджений вологою в кілька відсотків. Це швидше, ніж чекати паспорт.

3:01 · Питома поверхня BET, агломерат, водопоглинання

Головна цифра в паспорті це питома поверхня. Її міряють методом BET у квадратних метрах на грам порошку. У осаджених кремнеземів діапазон широченний: від 12 до 800. Марка NK-70 має 100–115, у партії фактично 112. Це робоча середина для наповнення й матування. Сама по собі поверхня нічого не вирішує. Поруч дивляться розмір частинок, і тут цікава пара чисел. Первинні частинки 18–20 нм, але поодинці в порошку вони не існують, а зібрані в агломерати 10–12 мкм. Матує саме агломерат, і чим він крупніший, тим глибша матовість. А вбирає рідину пориста структура. Водопоглинання 230–260 % означає, що кілограм порошку забирає понад 2 кг рідини й лишається сипким. Насипна щільність 0,12–0,16 г/см³. мішок на 25 кг виходить об'ємним, це не тальк, який лягає щільно.

4:13 · Діоксид кремнію в лаках і фарбах: матування і тиксотропія

Навіщо діоксид кремнію в лаках і фарбах. Дві різні задачі, які часто плутають. Перша матування. Частинки виводять на поверхню плівки мікрошорсткість, і світло замість дзеркального відбиття розсіюється. Працює розмір: що крупніший агломерат, то сильніший ефект, тому осаджений тут ефективніший за пірогенний. Дозування 2–5 % від маси. Друга задача тиксотропія. Силанольні групи зшивають частинки водневими зв'язками в сітку. Вона тримає систему густою в спокої й розпускається під зсувом, коли валик розганяє матеріал. Пігмент не осідає в банці, на вертикалі фарба не тече патьоками. Тут вистачає 0,5–2 %. Одна застерога. Пориста структура жадібна до зв'язуючого: порошок вбирає і смолу, і розчинник, тому при переході з пірогенного на осаджений баланс рецептури перераховують, а не просто міняють мішки. І пара: кремнезем часто ставлять разом зі стеаратом алюмінію, той дає тиксотропію через мильну структуру.

5:18 · Діоксид кремнію в гумі: зелена шина і силан

Найбільший ринок діоксиду кремнію за тоннажем це гума, передусім протектор шини. Осаджений кремнезем із силановим апретом замінює технічний вуглець. Так з'явився термін зелена шина: витрата пального падає на 3–4 %, а опір кочення на 20–30 %. Без силану це не працює. Поверхня кремнезему полярна, каучук неполярний, частинки тягнуться одна до одної, і в суміші лишаються нерозбиті грудки. Апрет зшиває обидві сторони: одним кінцем чіпляється за силанольні групи, іншим за подвійний зв'язок каучуку. Завантаження великі: на 100 частин каучуку кладуть від 20 до 150 частин кремнезему і від 1 до 25 частин силану. Дрібні гумові виробництва беруть скромніше. Там кремнезем іде як напівпідсилювальний наповнювач у світлих сумішах, де сажа неприйнятна за кольором: біла й кольорова гума, світлі підошви.

6:18 · Плівка: антиблок · таблетки: глідант і носій

Плівка. Свіжоекструдований поліетиленовий рукав злипається сам із собою так, що потім його не розкрити без розриву. Частинки діоксиду кремнію виступають над поверхнею мікроскопічними горбками, тримають шари на відстані, і рулон розмотується. Дозування рахують у частинах на мільйон: для поліпропілену, поліетилену й лавсану типово 500–2000 ppm, у парі зі слизьким агентом вистачає 300–1000 ppm. Тепер фармацевтика. У таблетуванні діоксид кремнію працює глідантом: обволікає зерна порошку, знімає міжчастинкове тертя й вирівнює наповнення матриці. Норма 0,1–1 %. Друга роль цікавіша. Пориста структура перетворює рідину на сипкий порошок: олійний компонент, вітамін чи ароматизатор вбирається в пори, а зовні лишається сухий продукт, який можна пресувати. Поруч майже завжди стоїть стеарат магнію: він змащує стінки матриці, кремнезем відповідає за сипкість. Для фармвиробництва беруть марки з паспортом під фармакопею, наша NK-70 технічна.

7:28 · Е551 у харчовій і кормах · зубна паста

Харчова промисловість і корми. Тут діоксид кремнію ховається за індексом Е551 і виконує дві функції: антизлежувач і носій. У цукровій пудрі, сухому молоці, спеціях він забирає надлишкову вологу, і порошок не збивається в камінь. Дозування 0,1–0,5 %. У кормових преміксах роль та сама, і поруч зазвичай працює стеарат кальцію, він зменшує налипання на обладнанні. Носійна функція: рідкий вітамінний концентрат наносять на діоксид кремнію і вводять у суху суміш уже порошком. Зубна паста. Тут гідратований кремнезем грає одразу дві партії: абразив зчищає наліт, загусник тримає пасту стовпчиком на щітці. Завантаження 8–30 %, типово 15–25 %. Стримує все показник стирання дентину: стеля 250 одиниць, комфортна зона 70–150. Тому марки для зубних паст підбирають не за поверхнею, а за абразивністю.

8:36 · Пиво і акумуляторні сепаратори

Два застосування, яких мало хто чекає. Перше пиво. Каламуть у пиві з'являється, коли чутливі білки зв'язуються з поліфенолами. Кремнеземний гель вибірково садить на себе саме ці білки, а хміль і смак не чіпає. Дозування в грамах на гектолітр: під час холодного витримування до 50 г/гл, у потік перед фільтрацією 20–100 г/гл, у важких випадках до 125 г/гл. Друге акумулятори. Сепаратор свинцево-кислотної батареї, який усі звуть поліетиленовим, насправді складається з надвисокомолекулярного поліетилену, нафтенової оливи та осадженого кремнезему, і кремнезему там багато. Поліолефін гідрофобний, сірчана кислота його не змочує, іони крізь суху мембрану не йдуть, і батарея не працює. Діоксид кремнію робить сепаратор змочуваним і збиває електроопір. Без нього конструкція нежиттєздатна.

9:31 · Аморфний чи кристалічний: чи шкідливий діоксид кремнію

Аморфний чи кристалічний. Це різниця, яку не можна ігнорувати. Синтетичний аморфний кремнезем і кварцовий пил хімічно однакові, формула в обох SiO₂. Різниця в будові ґратки, і вона вирішує все. Кристалічний кремнезем у формі кварцу чи кристобаліту Міжнародне агентство з вивчення раку віднесло до першої групи: доведені канцерогени, з ними пов'язаний силікоз. Для аморфного таких доказів немає ні в людських, ні в тваринних дослідженнях. Осаджений, пірогенний, кремнеземний гель, усе це аморфні форми. Тому заміна меленого кварцу на осаджений діоксид кремнію це не тільки про технологію, а й про умови праці в цеху. Респіратор ніхто не скасовував, але природа ризику інша. І про запит, з яким люди йдуть у пошук: діоксид кремнію шкода. У харчовому застосуванні Е551 перевірений повторно, у промисловому головне не плутати аморфний із кристалічним і не дихати жодним пилом.

10:37 · Скільки додавати: таблиця дозувань

Зведемо дози по галузях в одну таблицю. Лаки й фарби, матуючий агент: 2–5 %. Тиксотропний загусник: 0,5–2 %. Гума, протектор, із силаном: 20–150 ч. на 100 ч. каучуку. Плівка, антиблок: 500–2000 ppm. Таблетки, глідант: 0,1–1 %. Сипкі харчові продукти й премікси: 0,1–0,5 %. Зубна паста: 8–30 %, типово 15–25 %. Пиво: 20–125 г/гл. Цифри в таблиці це стартові точки, а не рецепт. Кожна нова система вимагає пробного замісу. У лаках я б починав із 3 %, хоча в системах з високим сухим залишком частіше виходить ближче до 4 %. І порада з практики. Переходячи з пірогенного на осаджений, не міняйте мішок на мішок за вагою. Осаджений матує сильніше через крупніший агломерат, зате на ту саму вагу загущує слабше і вбирає більше зв'язуючого.

11:40 · Паспорт партії NK-70 і склад у Києві

Що дивитися в паспорті. Три рядки вирішують придатність під задачу. Питома поверхня показує активність: 100–115 м²/г, у партії 19N/12 112. Розмір агломератів визначає глибину матування: 10–12 мкм, фактично 11,15. Водопоглинання каже, скільки рідини порошок забере: 230–260 %, фактично 248. Далі контрольні показники, які ловлять брак. Втрата при прожарюванні не більше 6 %, це зв'язана вода й залишки органіки, у партії 5,32 %. pH водної витяжки 6,2–7,0, фактично 6,88. Залишок на ситі 300 меш не більше 1 %, у партії 0,19 %. Осаджений діоксид кремнію NK-70 виробництва M.L.A. Industries ми тримаємо на складі в Києві в мішках по 25 кг, із паспортом якості на кожну партію. Поруч варто подивитися мікротальк 5-SW, його часто ставлять у пару з кремнеземом. Посилання на картку діоксиду кремнію під відео.