Kieselgel

Kieselgel ist ein in der Pharmazie-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie häufig verwendetes Produkt. Seine hauptsächliche Verwendung findet es beim Schutz von verpackten Produkten gegen Feuchtigkeit, in dem es die Feuchtigkeit in der Verpackung kontrolliert und/oder senkt. Wegen seiner Nichtkorrosivität und Ungiftigkeit ist Kieselgel zudem ein sicheres Produkt. Aus diesem Grund wurde die Verwendung von Kieselgel in Lebensmittel- und Arzneimittelverpackungen u. a. von den US-amerikanischen zugelassen.

Entwickelt wurde Kieselgel mit dem Zweck, den Feuchtigkeitsgehalt in verpackten Produkten mittels (1) Absorption der von Van-der-Waals-Kräften verursachten Feuchtigkeit und (2) kapillarer Kondensation bei hoher Feuchtigkeit zu kontrollieren. Kieselgel verfügt über eine amorphe mikroporöse Struktur (3-60 ångström) von miteinander verbundenen Poren. Die miteinander verbundenen hydrophilen Poren bilden eine Größe, Wasser anziehende und mittels Absorption und kapillarer Kondensation festhaltende Oberfläche. Kieselgel funktioniert als ein Schwamm aus Millionen miteinander verbundener mikroskopisch kleiner Poren.

Herstellung

Kieselgel besteht aus porösen Teilchen unregelmäßiger Form und ist eine Art Siliziumsäure. Die bei der Herstellung von Kieselgel verwendeten Rohstoffe sind hauptsächlich Natriumsilikat und Schwefelsäure. Diese Chemikalien durchlaufen eine unter bestimmten besonderen Umständen erfolgende chemische Reaktion. Aus dieser Reaktion geht dann ein hartes, transparentes Material aus amorphem Silikat, reinem Siliziumdioxid mit einem äußerst hohen SiO2-Gehalt hervor.

Um das sehr poröse Material zu erhalten wird das Kieselgel dann zu Granulat vermahlen/gebrochen und gewaschen, verarbeitet und getrocknet. Die Eigenschaften von Kieselgel ergeben sich aus der Größe der Struktur der willkürlich miteinander verbundenen sphärischen polymerisierten Silikatteilchen (SiO2) und der Oberflächenstruktur der Teilchen. Um dies zu erreichen, werden von den Kieselgelherstellern die Umstände für das Waschen, die Verarbeitung und Trocknung so bestimmt, dass das Gel mit optimalen physischen Parametern, wie z. B. Porengröße, Porosität und Gesamtoberfläche produziert wird.

Eigenschaften

Kieselgel ist inert und, ausgenommen stark alkalischer Stoffe und Wasserstofffluorid, mit einer Vielzahl an anderen Stoffen kompatibel. Es ist geruchlos und ungiftig, gibt kein Gas ab und greift auch keine Metalle an. Die sehr große innere Oberfläche der Kieselgelteilchen besteht aus einem riesigen Netz mikroskopisch kleiner Poren, die bis zu 36 % ihres Eigengewichtes an Feuchtigkeit aufnehmen und festhalten können, ohne dabei ihre Struktur zu verlieren.

Ganz besonders effizient ist Kieselgel bei Temperaturen unter von 25 °C, da die Absorptionsfähigkeit des Gels bei steigenden Temperaturen nach und nach abnimmt. Auch bei sehr niedriger Feuchtigkeit wird Wasserdampf in den miteinander verbundenen mikroskopisch kleinen Poren absorbiert. Die größeren Poren beginnen sich bei zunehmender Feuchtigkeit zu füllen. Die Absorptionsfähigkeit von Kieselgel ist bei niedrigerer relativer Feuchtigkeit geringer als beim Molekularsieb (Zeolith-Verbindungen), was bei einer niedrigen relativen Feuchtigkeit die Absorptionsfähigkeit verringert. Bei höheren Konzentrationen ist die Absorptionsfähigkeit wegen der größeren internen Oberfläche der Poren genau höher als bei Zeolith-Verbindungen. Eine der individuellen Eigenschaften von Kieselgel ist, dass es sogar bei seiner Höchstaufnahmefähigkeit trocken bleibt. Zudem absorbiert Kieselgel im Verlauf der Zeit mehr Feuchtigkeit.

Kieselgel oder Molekularsieb?

Die nachstehende Grafik zeigt die Absorptionskurven der von Kieselgel und einem Molekularsieb aufgefangenen Wassermengen. Zudem zieht sie einen Vergleich zwischen dem absorbierten Gewichtsanteil und der relativen Feuchtigkeit, mit der das Kieselgel und das Molekularsieb in Kontakt kommen. Das genannte Beispiel (siehe Beispielgrafik) zeigt, dass das Kieselgel und das Molekularsieb verschiedene Absorptionsfähigkeiten von Wasserdampf aufweisen. Darum enthalten Trockenkapseln und Trockenbeutel häufig eine Kombination aus beidem.

Silica-gel-vs-mol-sieve.png

Grafik:

• Die Grafik dient ausschließlich zur Verdeutlichung. Jedoch geben beide Kurven ein recht zuverlässiges Bild wieder.
• Bei einer niedrigen relativen Feuchtigkeit sorgt die Struktur des Molekularsiebs für eine höhere Wasserabsorptionsfähigkeit als es bei Kieselgel.
• Für Systeme, die nur über eine sehr niedrige relative Feuchtigkeit verfügen dürfen, sollten vorzugsweise Molekularsiebe verwendet werden.
• Bei hoher relativer Feuchtigkeit besitzt Kieselgel bessere Absorptionsfähigkeiten.

Gebrauch von Kieselgel

Mit sehr aktiven Trockenmittel (z. B. Kieselgel-/Molekularsiebgemische) gefüllte Behälter und Beutel bieten feuchtigkeitsempfindlichen Produkten einen idealen Schutz: sie sind äußerst effektiv und umweltfreundlich.