Silicagel

In de farmaceutische industrie, de cosmetische industrie en de levensmiddelenindustrie wordt veel gebruik gemaakt van silicagel. Silicagel wordt primair gebruikt om verpakte producten te beschermen tegen vocht door het vochtgehalte binnen de verpakking te beheersen en/of te verlagen. Silicagel is een veilig product, want het is niet corrosief en niet giftig.

Silicagel is ontwikkeld om het vochtgehalte in verpakte producten te beheersen door (1) adsorptie van vocht door de vanderwaalskrachten, en (2) capillaire condensatie bij een hoge vochtigheid. Silicagel heeft een amorfe microporeuze structuur (3-60 ångström) van onderling verbonden poriën. De onderling verbonden hydrofiele poriën vormen een groot oppervlak dat water aantrekt en vasthoudt door adsorptie en capillaire condensatie. Silicagel functioneert dus als een spons met miljoenen microscopische poriën die onderling verbonden zijn.

Productie

Silicagel is een vorm van siliciumzuur en bestaat uit poreuze deeltjes met onregelmatige vormen. De grondstoffen die voor de vervaardiging van silicagel worden gebruikt zijn voornamelijk natriumsilicaat en zwavelzuur. Deze chemicaliën ondergaan een chemische reactie die onder bepaalde specifieke omstandigheden plaatsvindt. Het resultaat is een hard, doorzichtig materiaal van amorf silicaat, puur siliciumdioxide met een zeer hoog SiO2-gehalte.

De silicagel wordt vermalen/gebroken tot granulaat en dan gewassen, bewerkt en gedroogd om het zeer poreuze materiaal te verkrijgen. De eigenschappen van silicagels zijn het resultaat van de grootte en structuur van de willekeurig met elkaar verbonden sferische gepolymeriseerde silicaat-deeltjes (SiO2) en de oppervlaktestructuur van die deeltjes. Om dit te bereiken, bepalen de fabrikanten van silicagel de omstandigheden van het wassen, bewerken en drogen zodanig dat gel wordt geproduceerd met optimale fysieke parameters, zoals grootte van de poriën, porositeit en totale oppervlakte.

Eigenschappen

Silicagel is inert en compatibel met vele soorten materialen, met uitzondering van sterk alkalische stoffen en waterstoffluoride. Silicagel is geurloos en niet giftig, geeft geen gas af en tast geen metalen aan. Het zeer grote interne oppervlak van de silicagel-deeltjes bestaat uit een enorm netwerk van microscopische poriën die tot 36% van hun eigen gewicht aan vocht kunnen aantrekken en vasthouden zonder hun structuur te verliezen.

Silicagel is buitengewoon efficiënt bij temperaturen onder de 25°C. De adsorptiecapaciteit van de gel neemt bij hogere temperaturen geleidelijk af. Zelfs bij een zeer lage vochtigheid wordt waterdamp geadsorbeerd in de onderling verbonden microscopische poriën. Wanneer de vochtigheid toeneemt, beginnen de grotere poriën zich te vullen. Bij een lage relatieve vochtigheid is de adsorptie van silicagel minder sterk dan bij moleculair sieve (zeoliet-verbindingen), wat leidt tot een lagere adsorptiecapaciteit bij lage relatieve vochtigheid (zie de grafiek hieronder). Maar bij hogere concentraties is de adsorptiecapaciteit juist hoger dan bij zeoliet-verbindingen door het grotere interne oppervlak van de poriën. Eén van de unieke eigenschappen van silicagel is dat het zelfs bij de maximum capaciteit droog blijft. Daarnaast adsorbeert silicagel meer vocht naarmate de tijd verstrijkt.

Silicagel versus moleculair sieve

In de grafiek hieronder zijn de adsorptiecurves weergegeven van de adsorptie van water door silicagel en door moleculair sieve. In de grafiek is het geadsorbeerde gewichtspercentage uitgezet tegen de relatieve vochtigheid waarmee de silicagel en de moleculair sieve in contact komen. Uit het gegeven voorbeeld (zie de voorbeeldgrafiek) blijkt dat silicagel en moleculair sieve een verschillende adsorptiecapaciteit hebben voor waterdamp. Dit is de reden dat droogcapsules en droogzakjes vaak een combinatie van beide bevatten.

Silica-gel-vs-mol-sieve.png

De grafiek:

• De grafiek is bedoeld ter illustratie. Beide curves geven echter wel een betrouwbaar beeld.
• Bij een lage relatieve vochtigheid zorgt de structuur van de moleculair sieve voor een hogere capaciteit wat betreft wateradsorptie dan silicagel.
• Moleculair sieve geniet de voorkeur voor systemen waar de relatieve vochtigheid zeer laag moet zijn.
• Silicagel heeft betere adsorptie-eigenschappen bij een hoge relatieve vochtigheid.

Gebruik van silicagel

Zakken en houders die zijn gevuld met zeer actieve droogmiddelen (bijvoorbeeld mengsels van silicagel en moleculaire sieve) bieden een ideale bescherming voor vochtgevoelige producten: ze zijn zeer effectief en milieuvriendelijk.