Como a Sílica Pirogênica Contribui para a Reologia e o Controle de Viscosidade?

Você adiciona 1 por cento de um pó branco a uma resina transparente e o lote inteiro se transforma em uma pasta na qual você consegue fixar uma haste de mistura em pé. Empurre a haste de mistura e a pasta volta a fluir como um líquido. Pare, e ela firma novamente.

Esse único truque, realizado milhares de vezes por dia nas linhas de tinta e adesivos, é o motivo pelo qual a sílica pirogênica está presente em tantas formulações. A química por trás disso decide se o seu revestimento escorre em uma parede vertical, se o pigmento se deposita em uma torta dura no fundo de um contêiner e quanto você precisa comprar.

Pela Central de Sourcing da RawSource, Central Comercial e de Sourcing. Este guia aborda o mecanismo, a decisão sobre o tipo, a dosagem, as especificações da solicitação de cotação e a linha regulatória que separa a sílica pirogênica da poeira de sílica que ganha as manchetes.

Como a sílica pirogênica controla a reologia e a viscosidade?

A sílica pirogênica controla a reologia ao construir uma rede reversível de partículas unidas por ligações de hidrogênio, que enrijece um líquido em repouso e permite que ele flua sob cisalhamento. Esse é todo o mecanismo, e cada benefício subsequente decorre dele.

O material começa como dióxido de silício produzido por hidrólise em chama: um precursor de silício é queimado em uma chama de hidrogênio-oxigênio, produzindo partículas primárias de SiO2 amorfo em nanoescala que se fundem em agregados ramificados semelhantes a cadeias. O PubChem lista o sólido a granel como um pó insolúvel e inodoro com densidade real próxima de 2,2 g/cm3 e ponto de fusão em torno de 1.710 °C (3.110 °F), conforme os dados do NIOSH (PubChem CID 24261). Esses são os números para a sílica sólida. O que faz a sílica pirogênica se comportar de forma tão diferente da areia não é a química do SiO2; é a superfície.

Cada agregado é coberto por grupos silanol (Si-OH). Dispersos em um líquido, esses silanois formam ligações de hidrogênio entre si e com sítios polares na resina, unindo os agregados em uma frouxa rede tridimensional que abrange todo o volume. Em repouso, essa rede confere ao fluido uma tensão de escoamento: ele resiste ao fluxo até que uma força limite seja aplicada, mantendo assim o pigmento e a carga no lugar e resistindo ao escorrimento.

Aplique cisalhamento agitando, bombeando, pincelando ou pulverizando, e as ligações de hidrogênio se rompem mais rápido do que se reformam. A rede colapsa, a viscosidade cai acentuadamente, e o fluido flui e se nivela. Deixe em repouso, e as ligações se reformam em segundos a minutos, de modo que a viscosidade se recupera.

Esse afinamento por cisalhamento reversível e dependente do tempo é a tixotropia. É a propriedade pela qual os compradores estão pagando sob o rótulo de “controle de reologia”. Na prática, ela oferece três coisas que um formulador pode medir: resistência ao escorrimento em superfícies verticais, antissedimentação de pigmentos e cargas densos e fluxo controlado durante a aplicação sem afinamento permanente.

Os formuladores quantificam o efeito com um índice tixotrópico, a razão entre a viscosidade a uma baixa taxa de cisalhamento e a viscosidade a uma alta taxa de cisalhamento. Uma razão mais alta significa uma rede mais forte e mais resistente ao escorrimento. Esse único número, medido da mesma maneira todas as vezes, é como você compara dois tipos ou duas doses sem discutir sobre a sensação ao toque.

Qual é a diferença entre a sílica pirogênica hidrofílica e a hidrofóbica?

A diferença está na superfície da partícula, e ela decide quais líquidos o tipo espessará bem. Os tipos hidrofílicos mantêm seus silanois nativos; os tipos hidrofóbicos os têm quimicamente bloqueados.

A sílica pirogênica hidrofílica (não tratada) apresenta uma população completa de silanóis superficiais. Ela forma redes fortes em sistemas orgânicos de polaridade baixa a média, como poliéster insaturado e epóxi, até a maioria das resinas à base de solvente. Em meios altamente polares, incluindo água, os silanóis preferem formar ligações de hidrogênio com o solvente em vez de entre si, o que pode enfraquecer a rede e reduzir a eficiência de espessamento. Essa competição é uma das razões pelas quais existem os tipos com tratamento superficial.

A sílica pirogênica hidrofóbica é produzida pela reação desses silanóis com um organossilano, que substitui os sítios reativos de OH por grupos apolares. O tipo de catálogo tratado com trimetoxicaprililsilano (CAS 68909-20-6) e os tipos tratados com dimetilsilil, como Silica Dimethyl Silylate são exemplos comuns. Cobrir os silanóis torna o pó repelente à água, mais fácil de umectar em resinas apolares e mais estável em sistemas sensíveis à umidade ou à base de solvente, onde um tipo hidrofílico absorveria água e sofreria deriva.

A tabela prática de decisão:

Combine primeiro a química superficial com o líquido veículo e depois otimize o restante. Um tipo hidrofílico colocado em um sistema solvente sensível à umidade, ou um tipo hidrofóbico enfrentando uma resina aquosa polar, terá desempenho insuficiente por mais que você aumente a dosagem. Para o detalhamento aplicação por aplicação, consulte Como a Sílica Pirogênica É Usada em Tintas, Revestimentos e Adesivos? e as Sílica Pirogênica e Sílica Pirogênica Modificada Hidrofóbica páginas de produto.

Quanta sílica pirogênica você precisa dosar?

A maioria dos alvos de tixotropia fica em uma faixa de carga de aproximadamente 0,5 a 2 por cento em peso da formulação total, mas essa faixa é um ponto de partida, não uma resposta. A energia de dispersão e a polaridade da resina influenciam o resultado mais do que o valor da dosagem.

Duas formulações com a mesma carga de 1,5 por cento podem apresentar viscosidades completamente diferentes se uma for dispersa em alto cisalhamento e a outra for incorporada com uma pá. A sílica pirogênica só forma sua rede depois que os agregados são umectados e distribuídos. A sílica subdispersa aparece como grânulos, sementes ou viscosidade instável que continua subindo no armazenamento à medida que o pó se umecta lentamente. A superdosagem aparece como uma pasta rígida demais para bombear e como nivelamento deficiente.

Uma abordagem viável para um novo sistema:

1. Escolha a química superficial (hidrofílica ou hidrofóbica) a partir da polaridade do veículo.
2. Disperse em alto cisalhamento com uma entrada de energia fixa e mantenha essa energia constante ao longo da escala.
3. Execute uma escala de dosagem a 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 por cento e meça a viscosidade em baixo cisalhamento, a tensão de escoamento e o escorrimento.
4. Fixe a dosagem na menor carga que atinja seu alvo de escorrimento e antissedimentação e depois confirme a estabilidade da viscosidade após envelhecimento acelerado.

Tipos de maior área superficial atingem uma dada tensão de escoamento com cargas menores, então a escolha correta do tipo pode reduzir a dosagem e o custo por lote. Esse compromisso só aparece quando você mantém a energia de dispersão constante ao longo do teste.

Como especificar a sílica pirogênica em uma solicitação de cotação?

Especifique a sílica pirogênica por química superficial, área superficial BET e pureza, nessa ordem. Essas três linhas decidem tanto o desempenho quanto o preço, e são o que um fornecedor precisa para cotar o tipo correto em vez de um genérico.

A área superficial específica BET é o parâmetro mestre. Os tipos comerciais de sílica pirogênica geralmente abrangem cerca de 90 a 400 m2/g. Uma área superficial maior concentra mais pontos de contato de silanol por grama, então espessa mais com uma dosagem menor, mas também é mais difícil de umectar e dispersar e tende a reter mais ar. Tipos de menor área superficial dispersam facilmente e são mais tolerantes na linha. O tipo que você especifica é uma alavanca direta tanto na dosagem quanto na exigência de equipamento de dispersão.

As linhas de especificação que importam em uma RFQ:

Acerte a área superficial e o tratamento, e o resto da formulação segue naturalmente. Especifique os requisitos de CoA na RFQ, incluindo área superficial BET e ensaio em cada lote, para que você possa verificar a consistência do grau em vez de confiar no rótulo. Para o quadro mais amplo sobre como redigir linhas de grau que não paguem a mais, consulte Graus Químicos para Compras. Compradores que comparam químicas de sílica relacionadas também devem avaliar a dióxido de silício não tratada, onde o objetivo é o reforço ou a antiaglomeração em vez da tixotropia.

Onde a sílica pirogênica tem desempenho inferior e quais são as compensações?

A sílica pirogênica não é desempenho gratuito. A mesma área superficial que engrossa de forma eficiente também traz compensações que aparecem na linha de produção e no orçamento, e o comprador deve incorporá-las no preço antes de se comprometer com um grau.

O aprisionamento de ar é o mais comum. Graus de alta área superficial retêm ar durante a dispersão, o que pode deixar microespuma ou furos em revestimentos transparentes. A solução é a técnica de dispersão e, às vezes, um antiespumante, não uma sílica diferente. A clareza óptica é um limite relacionado: em altas cargas, mesmo a sílica pirogênica bem dispersa pode aumentar a névoa em sistemas transparentes como água.

O custo de dispersão é real. Alcançar o engrossamento total exige energia de alto cisalhamento, então um grau que parece barato por quilo pode custar mais por lote se seu equipamento não conseguir umedecê-lo. Graus de menor área superficial trocam alguma eficiência por manuseio mais fácil e menos rejeitos.

A estabilidade de armazenamento é o ponto fraco do grau hidrofílico. Os silanóis nativos absorvem a umidade ambiente, então um grau hidrofílico em uma planta úmida pode variar em viscosidade ao longo de uma vida útil que um grau hidrofóbico manteria estável. Onde a absorção de umidade ou o contato com água é provável, o grau tratado geralmente justifica seu prêmio. Precifique a compensação em relação às suas condições de armazenamento, não a uma ficha técnica genérica.

A sílica pirogênica é a mesma coisa que sílica-gel ou microssílica?

Não. Todas as três são sílica, mas são feitas de forma diferente e se comportam de forma diferente, e confundi-las em uma ordem de compra é um erro caro.

A sílica pirogênica é feita por hidrólise em chama, um processo anidro que produz alta pureza, agregados finos, baixa umidade residual e forte tixotropia em baixas cargas. A sílica-gel é feita por um processo úmido, reagindo silicato de sódio com ácido, depois filtrando e secando. Geralmente é mais barata, usada em cargas mais altas e escolhida como carga reforçadora, agente antiaglomerante ou veículo em vez de um modificador de reologia de baixa dose. Para a comparação lado a lado de custo e pureza, e onde cada material se destaca, consulte Sílica Pirogênica vs. Sílica-Gel.

A sílica ativa, também chamada de microssílica, é um material diferente apesar do nome semelhante. É um subproduto em escala de mícrons da produção de silício metálico e ferrossilício, capturado do gás de exaustão do forno, e usado como aditivo pozolânico em concreto de alto desempenho. Não é um aditivo de reologia em nanoescala e não substitui a sílica pirogênica em um revestimento. Se uma consulta ou uma cotação confundir esses materiais, pare e confirme antes de fazer o pedido.

A sílica pirogênica também aparece como reforçadora de propriedades em sistemas poliméricos, onde o mesmo comportamento de rede auxilia na resistência do fundido e no reforço; a Sílica Pirogênica em Policloreto de Vinila análise detalhada cobre esse caso.

A sílica pirogênica é segura e como é regulamentada?

A sílica pirogênica é amorfa, não cristalina, o que a coloca fora da categoria de sílica de alto risco que impulsiona a maior parte da regulamentação de sílica. Essa distinção é o fato de segurança mais importante que um comprador deve acertar.

O grave risco de doença ocupacional, silicose e câncer de pulmão associado, está ligado à sílica cristalina respirável, as formas de quartzo e cristobalita. A OSHA regulamenta esse material sob a 29 CFR 1910.1053, com um limite de exposição permissível de 50 microgramas por metro cúbico como média ponderada no tempo de 8 horas. A sílica amorfa sintética, incluindo a sílica pirogênica (CAS 112945-52-5), é um material não cristalino e não é a substância regida por essa norma; ela se enquadra em limites menos rigorosos de incômodo e de poeira amorfa. O NIOSH lista dados físicos e orientações de manuseio para a sílica amorfa em seu Guia de Bolso.

Ainda assim, a sílica pirogênica é uma poeira extremamente fina e de baixa densidade. Trate-a como uma partícula respirável durante a transferência e a dispersão: use ventilação por exaustão local, proteção respiratória adequada e os controles que a SDS do fornecedor especifica para o grau exato. O perigo é a exposição à poeira e a limpeza, não o perfil cancerígeno do quartzo cristalino.

Para aplicações alimentícias e farmacêuticas, o dióxido de silício é um aditivo permitido. A FDA o lista como agente antiaglomerante e estabilizante sob 21 CFR 172.480. Se você está comprando para uma aplicação ingerível ou farmacêutica, especifique um grau qualificado para esse uso e exija a documentação de metais pesados e pureza em cada lote, em vez de presumir que o grau técnico se qualifica.

Na UE, a sílica amorfa sintética está registrada sob o REACH e não aparece na Lista de Candidatas a SVHC da ECHA, portanto não carrega nenhum dos prazos de autorização que impulsionam a substituição em pânico de substâncias listadas. A classificação ainda depende de ser amorfa ou cristalina, então confirme que o grau é livre de cristalina na ficha de dados de segurança do fornecedor antes de escrevê-lo em uma especificação.

Como a RawSource ajuda

Se você está escolhendo entre um grau hidrofílico e um hidrofóbico para uma resina específica, compare a área superficial e o tratamento lado a lado e solicite preços por lote na Sílica Pirogênica página, e então encaminhe uma RFQ a partir dali. Compradores que formulam para linhas de tinta, adesivo e vedante podem enquadrar o panorama completo de matérias-primas por meio do Revestimentos e Construção hub e o Fornecimento de Produtos Químicos para Revestimentos e Construção guia.

A versão curta: a sílica pirogênica controla a reologia por meio de uma rede reversível de silanol que engrossa em repouso e afina sob cisalhamento. Escolha a química de superfície para combinar com seu veículo, especifique a área superficial BET como a linha mestra de grau, dose por uma escala medida, não por um número copiado, e verifique a documentação de grau amorfo em cada lote.