1- مقدمه و تاریخچه فیوم سیلیکا 200
سیلیکا 200 Fumed Silica 200، که معمولاً با نام‌های Aerosil 200 یا سیلیکا دود داده شده هم شناخته میشود، یک ماده پودری بسیار ریز و سبک است که از ذرات سیلیس (SiO₂) ساخته میشود. این ماده به دلیل خواص منحصر‌به‌فردش در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد.
ویژگی‌ها و خواص Fumed Silica 200:
2- تولید سیلیکا200
این ماده از طریق واکنش شیمیایی سیلیکون تتراکلرید (SiCl₄) با هیدروژن و اکسیژن در دمای بالا طی یک فرایند صنعتی دقیق تولید میشود. سیلیکون تتراکلرید به دلیل واکنش‌پذیری بالا و خلوص شیمیایی‌اش برای این فرآیند مناسب است. سیلیکون تتراکلرید در حضور هیدروژن (H₂) و اکسیژن (O₂) به یک شعله با دمای بالا وارد میشود. واکنش شیمیایی اصلی به این صورت است:
SiCl₄ + 2H₂ + O₂ → SiO₂ + 4HCl
سیلیکا (SiO₂) به شکل ذرات بسیار ریز (نانوذرات) با ساختار سبک و متخلخل تولید میشود.
محصول جانبی این واکنش، گاز هیدروژن کلرید (HCl) است که در مرحله بعدی جداسازی میشود. سپس ذرات سیلیکا به صورت دود یا مه بسیار ریز در محفظه واکنش تولید می‌شوند. این ذرات سپس از جریان گاز جدا شده و جمع‌آوری می‌شوند.
پردازش نهایی وابسته به نوع کاربرد میتواند به دو صورت باشد.
برای تولید سیلیکا آبدوست (Hydrophilic Fumed Silica)، محصول تولید شده به همین شکل مستقیماً استفاده میشود.
برای تولید سیلیکا آبگریز (Hydrophobic Fumed Silica)، ذرات با موادی مانند سیلان‌ها پوشش داده می‌شوند تا خاصیت آبگریزی پیدا کنند.
در مرحله پایانی محصول نهایی برای اندازه ذرات، سطح ویژه و سایر ویژگی‌ها مورد بررسی و آزمایش قرار می‌گیرد. این مراحل تضمین می‌کنند که Fumed Silica 200 دارای کیفیت یکنواخت و خواص مطلوب باشد.
ویژگی‌های کلیدی فرآیند تولید با روش فوق به شرح زیر میباشد:
• دمای بسیار بالا: فرآیند در دمایی بیش از هزار درجه سانتی‌گراد انجام میشود.
• محیط کنترل‌شده: برای جلوگیری از آلودگی و تضمین خلوص محصول، همه مراحل در محیط‌های ایزوله و تمیز انجام میشود.
• عدم احتراق: برخلاف فرآیندهای دیگر، در اینجا تنباکو یا مواد ارگانیک نمی‌سوزند، فقط واکنش شیمیایی گازی انجام میشود.
مزایای این فرآیند نیز عبارتند از:
• تولید ذرات بسیار ریز با توزیع اندازه یکنواخت.
• سطح ویژه بالا که در بسیاری از کاربردها، به‌ویژه در غلظت‌دهنده‌ها و تثبیت‌کننده‌ها، مفید است.
• امکان تنظیم خواص آبدوستی یا آبگریزی بر اساس نیاز.
3- خواص و ویژگی های سیلیکا200
اندازه ذرات بسیار کوچک: ذرات این ماده معمولاً اندازه‌ای در حدود 7 تا 40 نانومتر دارند.
سطح ویژه بالا: به دلیل اندازه کوچک ذرات، سطح ویژه این ماده حدود 200 مترمربع بر گرم است.
ساختار سبک و متخلخل: باعث میشود چگالی کمی داشته باشد و برای پرکننده‌های کم‌وزن مناسب باشد.
خاصیت ضد چسبندگی و ضد تجمع: از چسبیدن یا تجمع مواد در فرمولاسیون‌ها جلوگیری می‌کند.
آبدوستی یا آبگریزی (بسته به نوع): Fumed Silica میتواند آبدوست (Hydrophilic) یا آبگریز (Hydrophobic)باشد که با توجه به نیاز، نوع مناسب انتخاب میشود.
4- کاربردهای سیلیکا200
3-1- افزودنی در پوشش‌ها و رنگ‌ها:
فیوم سیلیکا 200 به عنوان یک غلظت‌دهنده مؤثر عمل می‌کند و در رنگ‌ها و رزین‌های مایع باعث افزایش ویسکوزیته و غلظت‌دهی میشود. این ویژگی به جلوگیری از ته‌نشین شدن رنگدانه‌ها و مواد جامد در فرمولاسیون کمک می‌کند.
فیوم سیلیکا 200 خاصیت تیکسوتروپیک (Thixotropy)به رنگ‌ها و رزین‌ها می‌دهد، یعنی باعث میشود مواد در حالت سکون غلیظ بمانند و هنگام اعمال (مثل با قلم‌مو یا اسپری) به راحتی جریان پیدا کنند به عبارت دیگر یکی از عوال کنترل جریان پذیری است. این ویژگی برای کاربردهایی که به کنترل جریان و کاهش چکه‌کردن نیاز دارند، ایده‌آل است.
در فرمولاسیون‌های حاوی رنگدانه‌ها و پرکننده‌ها، فیوم سیلیکا از ته‌نشینی این ذرات جلوگیری می‌کند و یکنواختی رنگ را حفظ می‌کند.
فیوم سیلیکا به دلیل ساختار سیلیکایی خود، مقاومت در برابر سایش و خراش را در لایه‌های رنگی افزایش می‌دهد.این ویژگی در پوشش‌های صنعتی و محافظ بسیار مهم است.
در رنگ‌های مات، فیوم سیلیکا به‌عنوان عامل مات‌کننده (Matting Agent):استفاده میشود و سطحی غیر‌براق و صاف ایجاد می‌کند.
حضور فیوم سیلیکا باعث افزایش تراکم و کاهش نفوذپذیری رنگ و رزین میشود، که مقاومت آن‌ها را در برابر رطوبت، مواد شیمیایی، و عوامل محیطی افزایش می‌دهد.
فیوم سیلیکا 200 مقاومت رزین‌ها را در برابر تغییرات دما و شوک حرارتی بهبود می‌بخشد.
از دیگر مزایای فیوم سیلیکا در صنعت رنگ و رزین میتوان به موارد زیر اشاره کرد
افزایش کارایی فرمولاسیون: با افزودن مقدار کمی فیوم سیلیکا میتوان خواص مکانیکی و شیمیایی محصول را بهبود داد، که در نهایت به کاهش مصرف دیگر افزودنی‌ها منجر میشود.
بهبود کیفیت سطح: رنگ‌ها و رزین‌های حاوی فیوم سیلیکا سطحی صاف‌تر، یکنواخت‌تر، و بادوام‌تر ایجاد می‌کنند.
چندمنظوره بودن: فیوم سیلیکا200 میتواند در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها و رزین‌ها (حلال‌پایه، آب‌پایه و اپوکسی) استفاده شود و این بدلیل ویژگی جذب روغن بالا می باشد.
این ماده به پایداری فرمولاسیون در طول زمان کمک می‌کند و از ته‌نشینی و جدایی لایه‌ها در محصولات مایع جلوگیری می‌کند.
سازگاری با فناوری‌های مدرن: فیوم سیلیکا200 در فرمولاسیون‌های پیشرفته مانند رنگ‌های نانویی و پوشش‌های هوشمند به‌خوبی عمل می‌کند.
چالش‌ها و نکات استفاده از فیوم سیلیکا
پراکنده‌سازی مناسب: برای دستیابی به بهترین نتایج، باید فیوم سیلیکا به‌خوبی در فرمولاسیون پخش شود؛ در غیر این صورت، ممکن است باعث تشکیل کلوخه شود.
هزینه: این ماده نسبت به برخی افزودنی‌های دیگر گران‌تر است، اما مزایای آن معمولاً هزینه را توجیه می‌کند.
کاربردهای خاص فیوم سیلیکا در رنگ‌ها و پوشش‌ها:
• رنگ‌های صنعتی ضدخوردگی: بهبود دوام در محیط‌های سخت.
• پوشش‌های خودتمیزشونده: کمک به ایجاد سطح‌های مقاوم به آلودگی.
• رنگ‌های دکوراتیو: بهبود یکنواختی و زیبایی رنگ.
• وزن کمتر محصول نهایی در اثر استفاده از سیلیکا 200 که در برخی کاربردهای خاص مورد نیاز می باشد.
3-2- تولید سنگ‌های نمای ساختمان:
این ماده به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود در بهبود کیفیت، دوام، و ظاهر سنگ‌های مصنوعی و نماهای ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه توضیحات کاملی در این باره ارائه میدهیم.
از فیوم سیلیکا بدلیل افزایش استحکام مکانیکی در سنگ‌های نمای ساختمان استفاده میشود. ذرات بسیار ریز فیوم سیلیکا فضای خالی بین ذرات بزرگ‌تر سیمان و سنگدانه‌ها را پر می‌کنند و باعث تراکم بیشتر و استحکام بالاتر در سنگ‌های مصنوعی می‌شوند. این ماده همچنین به واکنش‌های پوزولانی کمک می‌کند، که منجر به تشکیل سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) بیشتر میشود، ماده‌ای که به استحکام بتن کمک می‌کند. سیلیکا 200 با کاهش فضای خالی در ساختار سنگ، آب و دیگر عوامل مخرب نمی‌توانند به راحتی به داخل سنگ نفوذ کنند. این خاصیت باعث افزایش مقاومت سنگ در برابر یخ‌زدگی، رطوبت، و دیگر عوامل محیطی میشود.
سنگ‌های نمای حاوی فیوم سیلیکا دوام بیشتری در برابر شرایط جوی مانند باد، باران، و تابش آفتاب دارند. این ماده مقاومت در برابر ترک‌خوردگی را نیز افزایش می‌دهد. استفاده از فیوم سیلیکا باعث ایجاد سطحی صاف و یکنواخت در سنگ‌های مصنوعی میشود و همچنین به حفظ رنگ و درخشش سنگ کمک می‌کند که برای نمای ساختمان‌ها بسیار مهم است. فیوم سیلیکا 200 با وزن پایین خود به کاهش وزن نهایی سنگ‌های مصنوعی کمک می‌کند، که این موضوع در کاهش بار مرده ساختمان‌ها اهمیت دارد. در سنگ‌های پیش‌ساخته با بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) ، فیوم سیلیکا به عنوان ماده‌ای برای کاهش نفوذپذیری و افزایش تراکم بتن به کار می‌رود. در تولید سنگ‌های مصنوعی مانند کوارتز و سنگ‌های رزینی، فیوم سیلیکا به عنوان پرکننده و تقویت‌کننده و افزایش انسجام رزین و دیگر مواد چسبنده میشود استفاده میشود. فیوم سیلیکا در تولید سنگ‌های تزئینی که برای نمای داخلی و خارجی ساختمان‌ها استفاده می‌شوند، باعث بهبود کیفیت سطح و کاهش مشکلات ظاهری میشود.
از سایر مزایای استفاده از فیوم سیلیکا در نماهای ساختمان میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• مقاومت بیشتر در برابر تغییرات دما: سنگ‌های حاوی فیوم سیلیکا مقاومت بیشتری در برابر شوک حرارتی دارند.
• کاهش هزینه‌های نگهداری: به دلیل مقاومت بالای این سنگ‌ها در برابر عوامل محیطی، هزینه نگهداری و تعمیرات کاهش می‌یابد.
• دوام زیبایی نما: سنگ‌های حاوی فیوم سیلیکا ظاهر اولیه خود را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند.
چالش‌های احتمالی:
• هزینه: فیوم سیلیکا یک ماده گران‌قیمت‌تر از بسیاری از افزودنی‌های دیگر است، اما کیفیت بالای محصول نهایی میتواند این هزینه را توجیه کند.
• نیاز به فرمولاسیون دقیق: برای بهره‌گیری از مزایای این ماده، نیاز به ترکیب دقیق و رعایت نسبت‌های مناسب در فرمولاسیون سنگ‌ها وجود دارد.
3-3- لوازم آرایشی و بهداشتی:
این ماده علاوه بر اینکه به بهبود بافت و پایداری محصولات کمک می‌کند، نقش مهمی در افزایش عملکرد و تجربه کاربری این محصولات دارد. در ادامه، کاربردهای اصلی و مزایای آن را بیشتر بررسی خواهیم کرد.
در فرمولاسیون‌های کرم، لوسیون، و ژل، فیوم سیلیکا به‌عنوان غلظت‌دهنده عمل می‌کند و باعث بهبود قوام و جلوگیری از جدا شدن فازها میشود که این خاصیت به ثبات فرمولاسیون در طول زمان کمک می‌کند.
در پودرهای آرایشی (مانند پنکیک و سایه چشم)، فیوم سیلیکا به ایجاد بافتی نرم و ابریشمی کمک می‌کند که حس خوبی روی پوست به جا می‌گذارد.
این ماده توانایی بالایی در جذب چربی (Oil Absorption) دارد و در محصولاتی مانند کرم پودر، مات‌کننده‌ها، و ضدآفتاب‌ها به کاهش براقیت پوست کمک می‌کند. در محصولات مراقبت از مو نیز به حذف چربی اضافی از تارهای مو کمک می‌کند.
فیوم سیلیکا باعث افزایش چسبندگی رنگدانه‌ها در محصولات آرایشی میشود و به ماندگاری بیشتر آن‌ها روی پوست کمک می‌کند.
این ماده به‌عنوان عامل ضد کلوخه (Anti-Caking) در محصولات پودری استفاده میشود و باعث میشود پودرها به‌راحتی پخش شوند و یکنواخت باقی بمانند.
در ژل‌ها و فرمولاسیون‌های شفاف، فیوم سیلیکا به حفظ شفافیت محصول کمک می‌کند و از جدا شدن یا کدر شدن فرمول جلوگیری می‌کند.
فیوم سیلیکا توانایی جذب رطوبت را دارد و در محصولات ضدتعریق و دئودورانت‌ها برای کاهش رطوبت استفاده میشود.
در فرمولاسیون‌هایی مانند کرم‌های ضدآفتاب یا لوسیون‌های بدن، فیوم سیلیکا به کاهش حس چربی و ایجاد ظاهری مات کمک می‌کند.
برخی از محصولات آرایشی و بهداشتی که در تولید آن ها از فیوم سیلیکا200 استفاده میشود عبارتند از : کرم پودر، پنکیک، رژلب، سایه چشم، ریمل، کرم‌های مرطوب‌کننده، سرم‌ها، ضدآفتاب‌ها، شامپوهای خشک و محصولات حالت‌دهنده، دئودورانت‌ها و ضدتعریق‌ها
از مزایای استفاده از فیوم سیلیکا در صنعت آرایشی میتوان به موارد زیر اشاره کرد :
فیوم سیلیکا ماده‌ای سبک است و باعث سنگینی یا احساس ناخوشایند روی پوست نمی‌شود.
بی‌ضرر بوده و به طور گسترده در محصولات پوستی و آرایشی استفاده میشود
این ماده در سازگاری بالا در فرمولاسیون های متفاوت دارد و با ترکیبات پایه آب یا پایه روغن به‌خوبی عمل می‌کند.
فیوم سیلیکا به ثبات بیشتر محصولات و افزایش عمر مفید آن‌ها کمک می‌کند.
از فیوم سیلیکا میتوان در محصولات پودری، کرمی، و حتی مایع استفاده کرد.
3-4- چسب‌ها و درزگیرها:
افزایش استحکام و کنترل ویسکوزیته در فرمولاسیون چسب‌ها
3-5- صنعت پلاستیک و کامپوزیت‌ها:
برای بهبود مقاومت مکانیکی و جلوگیری از ترک‌خوردگی
3-6- صنایع غذایی:
به‌عنوان عامل ضد کلوخه (anti-caking) در پودرها
3-7- صنایع دارویی:
به‌عنوان پرکننده و تثبیت‌کننده در فرمولاسیون داروها
5- مصرف جهانی فیوم سیلیکا 200
بازار جهانی فیوم سیلیکا بر اساس سایت پریسیدنس ریسرچ در سال 2024 معادل حدوداً 1.56 میلیارد دلار بوده است و پیش بینی میشود در سال 2025 به 1.64 میلیارد دلار افزایش یابد. همچنین براورد میشود تا ده سال آینده میزان بازار جهانی با 65% افزایش به 2.57 میلیارد دلار خواهد رسید. یکی از مهم ترین دلایل این رشد چشمگیر گسترش استفاده از سیلیکا در صنایع دریایی و الاستومرهای سیلیکونی میباشد.در حال حاضر آسیا و اقیانوسیه با 660 میلیون دلار (معادل 42% حجم مصرف) بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص داده اند که پیش بینی میشود در ده سال آینده این مقدار تا 1090 میلیون دلار افزایش یابد.
6- تولیدکنندگان بزرگ فیوم سیلیکا 200
از برترین تولید کنندگان فیوم سیلیکا میتوان به کمپانی های زیر اشاره کرد
Evonik Industries AG
Wacker Chemie AG
Tokuyama Corporation
OCI Company Ltd
Dow Chemical Company
Elkem ASA
Gelest Inc
Heraeus Holding
Kemitura AS
BASF SE
Astraa Chemicals
Cabot Sanmar
AMS Applied Material Solutions
Kemitura
همچنین برندهای چینیXysil و Fusil نیز در ایران بسیار شناخته شده می باشند که هیچ کدام از این دو این برند تولید کننده نبوده اما به عنوان شرکت واسطه سهم عمده ای در بازار ایران دارند.
7- تأمین فیوم سیلیکا 200 در ایران
شرکت های بازرگانی گوناگونی در ایران برای تأمین این ماده به صورت ریالی و ارزی وجود دارد. شرکت پترو تجارت ایرسا آماده ارائه خدمات ارزی و ریالی به منظور تأمین این ماده پرکاربرد می باشد. برای دریافت آنالیز و اطلاعات تکمیلی این محصول میتوانید به بخش محصولات سایت پترو تجارت ایرسا مراجعه نموده در قسمت جستجوی الفبایی اطلاعات تکمیلی را دریافت نمایید.
