Krzemionka pirogeniczna

Krzemionka z płomienia

Krzemionka pirogeniczna powstaje w procesie zupełnie odmiennym od pozostałych postaci dwutlenku krzemu: pary chlorku krzemu wprowadza się do płomienia wodorowo-tlenowego, gdzie ulegają hydrolizie, a powstający tlenek natychmiast kondensuje w postaci kulistych cząstek pierwotnych o rozmiarach rzędu kilkunastu nanometrów. Cząstki te zderzają się jeszcze w strefie gorącej i zrastają w rozgałęzione, łańcuchowe agregaty. To właśnie ta rozgałęziona struktura, a nie sam skład chemiczny, decyduje o zachowaniu materiału.

Produkt jest amorficzny — nie ma uporządkowania dalekiego zasięgu charakterystycznego dla kwarcu. Rozróżnienie to jest istotne przy ocenie zagrożeń, ponieważ krzemionka krystaliczna i amorficzna zachowują się zupełnie inaczej w kontakcie z układem oddechowym.

Skąd bierze się działanie przeciwzbrylające

Bardzo drobne agregaty otaczają ziarna materiału chronionego cienką, nieciągłą warstwą, która fizycznie odsuwa je od siebie i zmniejsza powierzchnię bezpośredniego styku. Bez styku nie ma mostka krystalicznego. Równocześnie ogromna powierzchnia właściwa, rzędu dwustu metrów kwadratowych na gram, wiąże wilgoć, zanim zdąży ona utworzyć film kapilarny na kryształach. Trzeci efekt to zmiana tarcia wewnętrznego: warstewka nanocząstek zachowuje się jak łożysko toczne, przez co proszek płynie lepiej, nawet gdy nie grozi mu jeszcze zbrylenie.

Konsekwencją budowy agregatowej jest skrajnie niska gęstość nasypowa. Materiał wygląda jak biały dym osadzony w opakowaniu i wymaga ostrożności przy przesypywaniu, bo łatwo unosi się w powietrzu.

Parametry według specyfikacji

Parametr oznaczany Wartość
Powierzchnia właściwa 170–230 m2/g
Gęstość nasypowa po ubiciu ok. 40 g/l
Zawartość wody poniżej 1,50% (m/m)
pH 3,6–4,3
Pozostałość na sicie o boku oczka 0,040 mm poniżej 0,04%

Lekko kwaśny odczyn to ślad po chlorowodorze powstającym w procesie hydrolizy i jednocześnie wyróżnik odróżniający ten materiał od krzemionek otrzymywanych metodą mokrą, które mają odczyn zbliżony do obojętnego. Znikoma pozostałość na sicie potwierdza brak twardych aglomeratów, które przy tak drobnym materiale byłyby widoczne w gotowym wyrobie jako punkty.

Odniesienia farmakopealne

Amorficzna krzemionka o tak rozwiniętej powierzchni jest opisana w monografiach farmakopealnych — w farmakopei europejskiej jako bezwodna krzemionka koloidalna, w farmakopei amerykańskiej pod odpowiednikiem tej nazwy. Archiwalna specyfikacja materiału powoływała się na wydania tych zbiorów obowiązujące w latach dziewięćdziesiątych oraz na farmakopeę niemiecką z tego okresu. Numery wydań przez lata się zmieniły, natomiast sam zestaw badanych cech — powierzchnia właściwa, odczyn, strata suszenia, czystość — pozostał ten sam. Przy korzystaniu ze starszej dokumentacji trzeba pamiętać, że przywołane wydanie normy nie jest już aktualne.

Zastosowania

  • Zabezpieczenie przed zbryleniem materiałów sypkich przeznaczonych do spożycia.
  • Poprawa sypkości proszków farmaceutycznych i mieszanek do tabletkowania.
  • Regulacja właściwości reologicznych układów ciekłych: żywic, past, lakierów i klejów, gdzie krzemionka pełni funkcję zagęstnika tiksotropowego.
  • Nośnik substancji ciekłych przekształcanych w postać sypką.

Bezpieczeństwo i identyfikacja numeryczna

Główne ryzyko przy pracy ma charakter fizyczny: pylenie i mechaniczne działanie drażniące na oczy oraz górne drogi oddechowe. Amorficzna postać krzemionki nie wywołuje pylicy krzemowej, którą powoduje długotrwałe narażenie na pył krzemionki krystalicznej — są to dwa różne zagrożenia i nie należy przenosić ustaleń z jednego na drugie.

Zapis archiwalny nie podaje numeru CAS dla tego materiału. Ogólny dwutlenek krzemu figuruje w wykazach pod numerem 7631-86-9, natomiast dla krzemionki wytwarzanej metodą płomieniową spotykany jest odrębny numer 112945-52-5. Ponieważ dokumentacja źródłowa nie rozstrzyga, który z nich przypisano konkretnemu materiałowi, przypisanie ogólne wymaga potwierdzenia w karcie wystawionej przez wytwórcę. Ta sama uwaga dotyczy każdej sytuacji, w której numer ogólny podstawia się pod postać o wyspecjalizowanym sposobie otrzymywania.

Powiązane strony

Piśmiennictwo

Opracowania naukowe, na których opiera się treść tej strony. Zapis w stylu Chicago (autor–data); każda pozycja prowadzi do identyfikatora DOI u wydawcy.

  1. Jiang, Fengze, Mingyong Zhou, i Dietmar Drummer. 2022. „Effects of Fumed Silica on Thixotropic Behavior and Processing Window by UV-Assisted Direct Ink Writing.” Polymers 14 (15): 3107. https://doi.org/10.3390/polym14153107.
  2. Johnston, C. J. i in.. 2000. „Pulmonary Chemokine and Mutagenic Responses in Rats after Subchronic Inhalation of Amorphous and Crystalline Silica.” Toxicological Sciences 56 (2): 405-413. https://doi.org/10.1093/toxsci/56.2.405.
  3. Jonat, S.. 2004. „Mechanism of glidants: Investigation of the effect of different colloidal silicon dioxide types on powder flow by atomic force and scanning electron microscopy.” Journal of Pharmaceutical Sciences 93 (10): 2635-2644. https://doi.org/10.1002/jps.20172.
  4. Khavryutchenko, V., H. Barthel, i E. Nikitina. 2001. „Fumed silica synthesis: from molecules, protoparticles and primary particles to aggregates and agglomerates.” Macromolecular Symposia 169 (1): 7-18. https://doi.org/10.1002/masy.200390091.
  5. Lipasek, i Rebecca A.. 2012. „Effects of anticaking agents and storage conditions on the moisture sorption, caking, and flowability of deliquescent ingredients.” Food Research International 45 (1): 369-380. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.10.037.
  6. Napierska, Dorota. 2010. „The nanosilica hazard: another variable entity.” Particle and Fibre Toxicology 7 (1): 39. https://doi.org/10.1186/1743-8977-7-39.
  7. Varthalis, S., i N. Pilpel. 1977. „The action of colloidal silicon dioxide as a glidant for lactose, paracetamol, oxytetracycline and their mixtures.” Journal of Pharmacy and Pharmacology 29 (1): 37-40. https://doi.org/10.1111/j.2042-7158.1977.tb11234.x.
  8. Zhang, Haiyuan. 2012. „Processing Pathway Dependence of Amorphous Silica Nanoparticle Toxicity: Colloidal vs Pyrolytic.” Journal of the American Chemical Society 134 (38): 15790-15804. https://doi.org/10.1021/ja304907c.