سیلیکاژل

ما در این مقاله از سایت پترو کیمیای آکام درباره سیلیکاژل توضیح دادیم همراه ما باشید.

سیلیکاژل؛ تولید و ویژگی های آن

سیلیکاژل، یک ترکیب شیمیایی با ظاهری شفاف است که معمولاً به شکل گرانول های کروی شکل در بسته بندی های مختلف در بازار وجود دارند. این مواد توانایی جذب رطوبت محیط را دارند و بنابراین در صنایع حساس مانند تولید قطعات الکترونیکی و صنایع نظامی حائز اهمیت هستند. مهم ترین کاربرد سیلیکاژل، استفاده از آن برای حذف رطوبت اضافی در محیط است.

سیلیکاژل یک ترکیب آمورف و متخلخل است؛ در ترکیب دی اکسید سیلیکون یا سیلیکا، ساختار اتم های اکسیژن با مقیاس نانومتری در حقیقت این ماده را تشکیل داده‌اند. از سیلیکا ژل به عنوان یک ماده قوی برای جذب رطوبت استفاده می شود. همین خاصیت در حقیقت موجب شده است گرانول های آن به عنوان جاذب در بسیاری از محصولات حساس در برابر رطوبت استفاده شوند. بسته بندی هایی که در داخل قطعات الکترونیکی و برقی، لوازم جانبی تلفن همراه، کیف و کفش و غیره مشاهده می کنید در حقیقت حاوی گرانول های سیلیکاژل می باشند.

مواردی که در این بحث به آن خواهیم پرداخت عبارتند از:

تولید سیلیکاژل

انواع سیلیکاژل

ویژگی ها و مشخصات سیلیکاژل

کاربرد های سیلیکاژل در صنعت

تولید سیلیکاژل

ترکیب شیمیایی سیلیکاژل در حقیقت تشکیل شده از دی اکسید سیلیکون است. این ماده، بی مزه، بی رنگ و بدون بو می باشد. اصطلاح انگلیسی Silica Gel در حقیقت به دلیل روش تولید آن با نام روش سل - ژل نامگذاری شده است. از دو ماده اولیه برای ساخت سیلیکا ژل استفاده می شود؛ سدیم سیلیکات و یک اسید معدنی در تماس با یکدیگر در یک فرایند مرطوب ترکیب شده تا در نهایت، اسید سیلیسیک به صورت واحدهای مونومر تشکیل شوند.

مونومرهای اسید سیلیسیک در حقیقت به عنوان ذرات پایه برای تولید سیلیس اولیه مورد استفاده قرار می گیرند. ذرات مونومر اسید سیلیسیک در کنار یکدیگر تجمع پیدا می کند تا یک ساختار سه بعدی به حالت ژل مانند تشکیل شود. شاخص ضریب شکست برای این ترکیب ژل مانند برابر با 46/1 می باشد.

در فرآیند تولید سیلیکاژل به روش مرطوب، رشد ذره ها اهمیت زیادی دارد. در شرایط اولیه، رشد ذره تا اندازه های ۳ تا ۳۰ نانومتر کنترل می شود. کنترل ویژگی های ظاهری ذرات تشکیل شده از نظر سطح، قطر منافذ و حجم آنها اهمیت دارد.

در فرآیند تولید سیلیکاژل، پلیمریزاسیون و ساختارهایی که تشکیل می‌شود از طریق تصاویر ثبت شده توسط میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار می گیرد. میزان تخلخل داخل بافت این ژل از این طریق به خوبی قابل مشاهده است. با توجه به نتایجی که از طریق میکروسکوپ الکترونی به دست می آید، فرایند پلیمریزاسیون را می توان کنترل کرد.

بر همین اساس با تغییر شرایط واکنش ها انواع سیلیکاژل تولید می شوند. این مواد به عنوان افزودنی به پلاستیک، کاتالیزورها و جداکننده ها در روش های کروماتوگرافی مورد استفاده قرار می گیرند.

برخی از انواع این ماده دارای قطر بیشتر از ۱۰۰ نانومتر هستند. هر چه اندازه دانه های سیلیس بزرگ تر شود، امکان افزایش ویسکوزیته بیشتر خواهد شد و فرآیند پلیمریزاسیون و جفت شدن، کاهش پیدا می کند.

انواع سیلیکاژل

سیلیکا ژل نوع A: این نوع از سیلیکاژل به صورت گلوله های شفاف با تخلخل در اندازه ۲ نانومتر می باشد. از این نوع سیلیکا ژل به عنوان جاذب رطوبت، محافظت از محصولات در برابر رطوبت هوا، حامل کاتالیزور، جدا کننده و یک جاذب در فشار متغیر استفاده می شود.

سیلیکا ژل نوع B: از این نوع سیلیکاژل به عنوان جاذب سیالات، جاذب گازها و حامل کاتالیزور استفاده می شود. این نوع از دانه های جاذب دارای تخلخل و منفذ با اندازه 5/4 تا 7 نانومتر می باشد.

سیلیکا ژل نوع C: این نوع سیلیکاژل نیز به عنوان ماده خشک کننده، جاذب و حامل کاتالیزور استفاده می شود.

سیلیکاژل چیست؟

مواد اولیه مورد استفاده در تولید سیلیکاژل عمدتا سدیم سیلیکات و اسید سولفوریک است. این مواد شیمیایی برای ایجاد یک واکنش شیمیایی ساخته شده اند که تحت شرایط خاصی انجام می شود. نتیجه یک ماده سخت و شفاف است که از سیلیکات آمورف ، دی اکسید سیلیکون خالص با محتوای SiO2 بسیار بالا ساخته شده است.

بسته های سیلیکاژل در انواع محصولات موجود است زیرا سیلیکاژل ماده ای خشک کننده است، و موجب جذب و نگه داشتن بخار آب می شود. در محصولات چرمی و غذایی ، عدم رطوبت می تواند عمر محصول را افزایش دهد. در محصولات الکترونیکی سیلیکاژل از تراکم جلوگیری می کند ، که ممکن است به الکترونیک آسیب برساند. بسته های سیلیکاژل در هر چیزی که تحت تأثیر رطوبت اضافی یا چگالش باشد ،مورد استفاده قرار می گیرد.

سیلیکاژل حاوی میلیون ها منافذ ریز است که می تواند رطوبت را جذب و نگه دارد. سیلیکاژل در اصل ماسه متخلخل است. سیلیکاژل می تواند حدود 40 درصد از وزن خود را رطوبت جذب کند و می تواند رطوبت نسبی را در یک ظرف بسته تا حدود 40 درصد کاهش دهد.

هنگامی که تجهیزات از جعبه های حمل و نقل جدا می شوند ، این بسته های سیلیکاژل اغلب دور ریخته می شوند. محتوای این بسته ها چیست و برای چه مواردی استفاده می شود؟

بسته های سیلیکاژل ماده خشک کننده هستند. این بسته ها رطوبت را جذب می کنند و از آسیب دیدن اشیاء با ارزش و وسایل ذخیره شده جلوگیری می کنند.

سیلیکاژل مانند دی اکسید سیلیکون ، SiO2 است ، مانند شن و ماسه ساحل است. در داخل هر گرانول کوچک سیلیکاژل شبکه ای از منافذ میکروسکوپی متصل به هم قرار دارد که توسط پدیده ای معروف به جذب ، رطوبت را جذب و نگه می دارد. سیلیکاژل در یک ماده فیبری بسته بندی شده است که قادر به تحمل عملکرد طبیعی است و قادر به تنفس است. این بدان معنی است که مولکول های آب می توانند از داخل مواد عبور کرده و توسط سیلیکاژل جذب شوند.

سیلیکاژل آماده استفاده به رنگ آبی است. هنگامی که سیلیکاژل رطوبت زیادی را جذب کند ، سیلیکاژل به رنگ صورتی تبدیل می شود. هنگامی که ژل سیلیکا صورتی شد ، دیگر نمی توان رطوبت بیشتری جذب کرد و نیاز به بازسازی دارد. با گرم کردن آن در فر می توان این کار را انجام داد. گرما رطوبت را از بین می برد ، سیلیکاژل تبدیل به آبی می شود و قابل استفاده مجدد می شود.

علاوه بر دور نگه داشتن رطوبت از کفش و درایوهای سخت ، از ژل سیلیکا در خشک کردن گلها نیز استفاده می شود. ما برای خشک کردن برخی گلبرگ های گل تازه از ژل سیلیکا استفاده خواهیم کرد.

سیلیکاژل به دلیل قابلیت جذب و تراکم مویرگی در رطوبت بالا ایجاد می شود ، برای کنترل سطح رطوبت موجود در محصولات بسته بندی شده طراحی شده است. سیلیکاژل دارای ساختار میکرو متخلخل با توزیع منافذ در هم پیوسته است. منافذ هیدروفیل به هم پیوسته یک سطح وسیع را تشکیل می دهند که از طریق جذب و تراکم مویرگی آب را جذب و نگه می دارد.

ویژگی های سیلیکاژل

• ژل سیلیکا به جز مواد قلیایی قوی و اسید هیدروفلوئوریک با انواع مختلفی از مواد بی اثر و سازگار است. سیلیکاژل بی بو ، غیر سمی است ، دود رها نمی کند و فلز را فاسد نمی کند. سطح بسیار گسترده ای در قسمت داخلی ذرات ژل سیلیکا از شبکه گسترده ای از منافذ میکروسکوپی تشکیل شده است که می تواند بدون از دست دادن ساختار خود مقداری از رطوبت تا 36٪ از وزن خود را جذب و نگه دارد.

• ژل سیلیکا در دماهای زیر 25 درجه سانتیگراد بسیار کارآمد است ، اما با افزایش دما برخی از ظرفیت جذب خود را از دست می دهد. حتی در شرایط رطوبت بسیار کم مقدار کمی بخار آب در منافذ میکروسکوپی به هم پیوسته جذب می شود. با افزایش رطوبت ، منافذ بزرگتر شروع به پر شدن می کنند. یکی از ویژگی های منحصر به فرد ژل سیلیس طبیعت آن است که در حداکثر ظرفیت خشک شود. ژل سیلیکا با افزایش زمان، رطوبت بیشتری نیز جذب می کند.

• انواع سیلیکاژل که در صنایع برای کاربردهای مختلف تولید می شوند دارای تخلخل با ابعاد و اندازه های متفاوت است. حجم تخلخل نقش مهمی در کاربرد این مواد در صنایع مختلف ایفا می کند. ابعاد و اندازه های تخلخل در بستر گرانول های این ماده جامد، تعیین کننده میزان جذب رطوبت، شفافیت، واکنش پذیری، جذب و سایر خواص فیزیکی و شیمیایی می باشد.

• اندازه های حجم تخلخل در گرانول های سیلیکاژل در جذب روغن از روی سطوح مختلف نیز تاثیر گذار است. با توجه به این عوامل، حجم و اندازه های حفره های موجود در بافت این مواد در فرایند تولید تنظیم می شود.

• یکی از ویژگی هایی که هنگام تولید و خرید سیلیکاژل اهمیت دارد، درصد خلوص ماده است. معمولاً دی اکسید سیلیسیوم با خلوص بیشتر از 7/99 درصد در صنعت تولید می شود. این درصد خلوص، ترکیب شیمیایی دی اکسید سیلیسیوم را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی دارویی و غذایی مناسب کرده است.

• اگر درصد خلوص سیلیکاژل از مقدار استاندارد کمتر باشد به مفهوم آن است که ناخالصی ها در محصول بیشتر بوده و ممکن است بر فرآیند صنعتی تاثیر گذار باشد.

• اکسید سیلیسیوم با گرید خوراکی برای کاربردهای دارویی و غذایی به کار می رود اما در گرید صنعتی برای کاربرد در سایر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به اهمیت درصد خلوص سیلیکاژل و حضور ناخالصی ها در این محصول، طبق مراجع استاندارد که در تولید این ماده در صنعت به کار می رود، آنالیز شیمیایی دی اکسید سیلیسیم به صورت زیر معرفی می شود:

• دی اکسید سیلیسیوم با خلوص 7/99 %

• اکسید سدیم- 06/0 %

• اکسید آلومینیوم- کمتر از 01/0 %

• اکسید آهن ۳ - کمتر از 01/0 %

• اکسید کلسیم- 07/0 %

• سرب کادمیوم و جیوه کروم 6 (کمتر از حد تشخیص است)

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم درباره سیلیکاژل توزیع اندازه ذرات در یک اندازه و دانه بندی مشخص است. اندازه حفره ها و بافت داخلی دقیقاً بر میزان جذب رطوبت توسط سیلیکا ژل و همچنین زمان بازیابی آن و از دست دادن رطوبت در اثر حرارت تاثیر گذار خواهد بود.

پس از اینکه اکسید سیلیسیوم رطوبت را جذب کرد، در اثر حرارت در دمای حدود ۱۲۰ درجه سانتی گراد به مدت 1 یا 2 ساعت آب خود را از دست می دهد و مجدداً ظرفیت جاذب بودن خود را به دست می‌آورد.

کاربرد سیلیکاژل

• ژل سیلیکا اغلب در صنایع دارویی ، آرایشی و بهداشتی و صنایع غذایی و نوشیدنی استفاده می شود. عملکرد اصلی ژل سیلیکا محافظت از محتوای بسته بندی شده در برابر مرطوب کننده داخلی با کنترل و / یا کم کردن میزان رطوبت داخل بسته بسته است. ژل سیلیکا یک محصول بی خطر است زیرا طبیعتاً فاسد نشده و غیر سمی است.

• گرانول های سیلیکاژل و دی اکسید سیلیسیوم را در صنایع رنگ و پوشش، تولید جوهر و رنگدانه های صنعتی، صنایع پلاستیک، صنایع غذایی، داروسازی، محصولات مراقبت از پوست و مو، کاتالیزورهای صنایع نفت و پتروشیمی، کنترل رطوبت در تجهیزات حساس و ابزار دقیق، کروماتوگرافی و جداسازی و نظایر اینها مشاهده می‌کنیم.

• سیلیکاژل دقیقاً نقش جاذب رطوبت را در صنایع ایفا می کند و در برخی موارد ویسکوزیته را تنظیم می نماید. همچنین در صنایع نفت و پتروشیمی در برخی از کاربردها به عنوان جاذب رطوبت از گاز یا حامل کاتالیزورها به کار می رود.

• برخی از روش های جداسازی فاز جامد بر مبنای دانه های جامد سیلیکاژل انجام می‌شوند. این گرانول های جامد به عنوان یک فاز ثابت قادر است برخی از یون ها را از فاز محلول جدا کند.