Hochdisperses Siliciumdioxid, Talkum und Stearate
Beschaffenheit und Funktion der mineralischen Hilfsstoffe hochdisperses Siliciumdioxid und Talkum sowie der Metallstearate.
Das Wichtigste in Kürze
- Hochdisperses Siliciumdioxid (Aerosil® 200) ist ein amorphes, weißes Nanopulver und wird als Fließregulierungsmittel eingesetzt.
- Es entsteht durch Hydrolyse von \(\ce{SiCl4}\) in der Knallgasflamme und hat Primärteilchen von etwa 15 nm und eine Oberfläche von etwa \(200\,\mathrm{m^2/g}\).
- Es ist in Wasser praktisch unlöslich, besitzt aber ein sehr großes Wasseradsorptionsvermögen und eine sehr geringe Schüttdichte.
- Als Fließregulierungsmittel genügen geringe Anteile, als Pudergrundlage wird es nicht verwendet.
- Talkum ist ein wasserabweisendes Magnesiumschichtsilikat, oft mikrobiell belastet, und muss asbestfrei sein.
- Aluminiumstearat ist ein Verdickungsmittel, Magnesiumstearat ist ein Fettsäuresalz und kein Silikat.
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Worum es geht
Hochdisperses Siliciumdioxid, Talkum und Metallstearate sind unscheinbare Hilfsstoffe, die in fast jeder Pulvermischung, Kapselfüllung oder Tablette stecken. Sie sorgen dafür, dass Pulver fließen, Grundlagen die richtige Konsistenz bekommen und Dosierung gleichmäßig gelingt.
Hochdisperses Siliciumdioxid
Hochdisperses Siliciumdioxid ist identisch mit dem Handelsprodukt Aerosil® 200. Man gewinnt es durch Hydrolyse von \(\ce{SiCl4}\) in der Knallgasflamme. Dabei entsteht Wasser in der Flamme und spaltet das Siliciumtetrachlorid:
\[\ce{SiCl4 + 2 H2 + O2 -> SiO2 + 4 HCl}\]
Das Produkt ist ein weißes, sehr feines Pulver. Es ist nicht kristallin, sondern amorph. Die Primärteilchen messen nur etwa 15 nm. Sie verwachsen zu Aggregaten, die sich locker zu Agglomeraten zusammenlagern. Ein Quarzkorn im Millimeterbereich ist dagegen kristallin und um Größenordnungen gröber.
Aus der winzigen Teilchengröße folgen die übrigen Eigenschaften. Die spezifische Oberfläche liegt bei etwa \(200\,\mathrm{m^2/g}\), daher auch der Name. Das Pulver ist extrem locker und hat eine sehr geringe Schüttdichte. Die Oberfläche trägt Silanolgruppen (\(\ce{Si-OH}\)). Sie binden Wasser, deshalb ist das Wasseradsorptionsvermögen sehr groß. Trotzdem ist der Stoff in Wasser praktisch unlöslich. Er ist auch nicht amphiphil und wirkt damit nicht wie ein Tensid.
Die Kenndaten von Aerosil® 200 werden im Examen gerne gefragt: amorph, Primärteilchen etwa 15 nm, Oberfläche etwa \(200\,\mathrm{m^2/g}\), sehr geringe Schüttdichte. Achte auf die Herstellung durch Flammenhydrolyse von \(\ce{SiCl4}\) und darauf, dass es wasserunlöslich ist, Wasser aber stark adsorbiert.
Einsatz als Fließregulierungsmittel
Viele feine Pulver haften aneinander und fließen schlecht. Hochdisperses Siliciumdioxid verbessert ihre Fließfähigkeit. Die Nanoteilchen lagern sich auf die größeren Körner an. Sie wirken wie Kugellager und Abstandshalter zugleich. Der größere Abstand schwächt die Haftkräfte zwischen den Körnern.
Ein Fließregulierungsmittel ist ein Hilfsstoff, der in kleiner Menge zugesetzt die Haftung zwischen Pulverteilchen verringert und so das Fließen eines Pulvers verbessert.
Dafür genügen geringe Anteile von meist unter 1 %. Hohe Anteile bis 50 % setzt man nicht ein. Als Pudergrundlage dient hochdisperses Siliciumdioxid ebenfalls nicht. Wie man Fließeigenschaften misst, steht unter Fließen und Mischen von Pulvermischungen, Pudergrundlagen unter Pulver und Puder.
Talkum und Silikate
Talkum ist ein Silikat, genauer ein Schichtsilikat aus Magnesium. Die Schichtpakete halten nur schwach zusammen und gleiten leicht aufeinander. Das erklärt das typische seifige Gefühl. Talkum ist wasserabweisend.
Auch Ton ist ein Silikat, und zwar ein Aluminiumsilikat. Talkum enthält dagegen Magnesium statt Aluminium.
Talkum ist häufig mikrobiell stark belastet und muss frei von Asbestfasern sein, da es als Mineral zusammen mit Asbest vorkommen kann.
Metallstearate
Metallstearate sind Salze der Stearinsäure, also Metallseifen. Aluminiumstearat dient als Verdickungsmittel, etwa für Öle. Als Antioxidans oder zum Isotonisieren nutzt man es nicht.
Magnesiumstearat ist trotz seines Magnesiums kein Silikat. Es ist ein Fettsäuresalz und dient vor allem als Schmiermittel in Tabletten und Kapseln.
Quiz
Aussage 1
Hochdisperses Siliciumdioxid ist ein amorphes Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von etwa \(200\,\mathrm{m^2/g}\).
Die winzigen, nicht kristallinen Primärteilchen von etwa 15 nm ergeben diese große Oberfläche.
Aussage 2
Aluminiumstearat wird als Verdickungsmittel eingesetzt.
Aluminiumstearat verdickt zum Beispiel Öle. Als Antioxidans oder Isotonisierungsmittel dient es nicht.
Aussage 3
Talkum ist ein Aluminiumsilikat und wie Ton gut mit Wasser benetzbar.
Talkum ist ein Magnesiumschichtsilikat und wasserabweisend. Ton ist das Aluminiumsilikat.
Aussage 4
Hochdisperses Siliciumdioxid wird Pulvern in Anteilen bis 50 % zugesetzt, um ihre Fließfähigkeit zu verbessern.
Als Fließregulierungsmittel genügen geringe Anteile von meist unter 1 %.
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