Nel mondo degli additivi ad alte prestazioni, le silici pirogeniche rappresentano una soluzione estremamente versatile e affidabile per numerosi settori industriali, dal coating alla cosmetica. Commercializzate con il nome CAB-O-SIL®, queste silici offrono performance elevate in termini di reologia, stabilità e controllo delle formulazioni: tutte caratteristiche che noi di Eico Novachem ricerchiamo e sviluppiamo.
Ma cosa sono esattamente le silici pirogeniche e quali sono le loro principali applicazioni?
Cosa sono le silici pirogeniche?
Le silici pirogeniche (o fumed silica) sono silici colloidali amorfe ottenute tramite pirolisi in fase vapore. Si distinguono per:
- elevatissima purezza
- area superficiale molto elevata
- struttura tridimensionale nanometrica
Grazie a queste caratteristiche, trovano impiego come additivi multifunzionali in moltissime applicazioni industriali.
Le principali funzioni delle silici pirogeniche
Le silici pirogeniche, o CAB-O-SIL®, possono svolgere diversi ruoli all’interno delle formulazioni:
- modificatori reologici
- gelificanti per oli
- agenti addensanti e tissotropizzanti
- stabilizzanti di emulsioni
- agenti antisedimentanti
Questa combinazione di funzioni rende il prodotto estremamente flessibile e adattabile a formulazioni complesse.
Come vengono prodotte le silici CAB-O-SIL®
Le silici CAB-O-SIL® sono prodotte per idrolisi in fase vapore del tetracloruro di silicio in una fiamma di idrogeno. Durante il processo si formano molecole di biossido di silicio che condensano in particelle primarie, le quali si aggregano dando origine a una struttura tridimensionale con lunghezze dell’ordine di 0,2–0,3 micron.
Una volta raffreddate al di sotto del punto di fusione del silicio (circa 1800 °C), le particelle continuano ad aggregarsi fino a formare una polvere bianca, soffice e finissima, con dimensioni inferiori a 44 micron (325 US Mesh).
Il processo di calcinazione finale riduce il contenuto di HCl a valori inferiori a 100 ppm, garantendo livelli di purezza estremamente elevati.
Alcuni gradi di CAB-O-SIL® subiscono un trattamento superficiale (sigla TS) che conferisce idrofobicità alla silice, ampliandone il campo applicativo, in particolare nei sistemi oleosi e non polari.
Tipologie di silice CAB-O-SIL®
Esistono diverse tipologie di silici:
Silici polari (non trattate)
Le silici polari presentano gruppi silanolici superficiali (-Si-OH) di natura idrofila. Sono particolarmente adatte a sistemi acquosi e polari e vengono utilizzate come:
- agenti reologici e tissotropanti
- agenti antisag per sistemi liquidi
- sospendenti e anti-caking per polveri
Il grado più diffuso è CAB-O-SIL® M-5, con una superficie specifica di circa 200 m²/g. All’aumentare della superficie specifica cresce l’effetto tissotropante, anche se la dispersione diventa più complessa e richiede maggiore energia di miscelazione.
Silici apolari (trattate superficialmente)
Le silici trattate presentano gruppi organici idrofobici sulla superficie e sono ideali per la viscosizzazione di oli e sistemi non polari.
Tra i principali gradi:
- CAB-O-SIL® TS-720
Totalmente trattato con polimeri siliconici, è completamente idrofobico e particolarmente efficace in sistemi ricchi di oli minerali.
- CAB-O-SIL® TS-610
Parzialmente trattato, è adatto sia a sistemi acquosi che a base solvente. Agisce come gelificante, sospendente e agente tissotropante, offrendo anche un buon effetto di stabilità nel tempo.
- CAB-O-SIL® TS-530
Altamente trattato, è utilizzato come anti-caking, carrier per sostanze liquide e agente free-flow per il powder coating, oltre a migliorare la resistenza all’umidità dei prodotti.
Dispersioni acquose: Cab-O-Sperse®
Oltre alle polveri, Cabot propone anche la gamma Cab-O-Sperse®, dispersioni acquose di fumed silica e fumed alumina.
Questi prodotti si distinguono per:
- eccellente stabilità
- dispersione ottimale senza uso di tensioattivi
- facilità di utilizzo con agitatori a bassa energia
Le proprietà chimico-fisiche risultano pienamente sfruttate in applicazioni come anticorrosione, resistenza all’abrasione, adesione e controllo dei tempi di asciugatura.
Allumina pirogenica: SpectrAl®
Accanto alle silici, Cabot offre anche allumine pirogeniche ad alte prestazioni. Tra queste spicca SpectrAl® FA 100, particolarmente indicata per:
- powder coating (processi corona e tribo)
- additivo antigraffio
- miglioramento del tatto superficiale
- rivestimenti per legno ad alta resistenza al graffio
Applicazioni cosmetiche
Nel settore cosmetico, la silice pirogenica è un ingrediente chiave grazie alla sua multifunzionalità.
Modifica reologica
Innanzitutto è un modificatore reologico: la silice pirogenica modifica il comportamento al flusso delle formulazioni, conferendo:
- Tissotropia (riduzione viscosità sotto shear)
- Resistenza al gocciolamento (sag resistance)
- Miglioramento di flow e leveling durante applicazione
Gelificazione degli oli
Le silici pirogeniche sono inoltre ottimi gelificanti per oli: le silici apolari (trattate) sono particolarmente efficaci nel gelificare oli vegetali, esteri, siliconi e idrocarburi senza modificarne le proprietà sensoriali.
Dosaggi tipici per gelificazione oli:
- Gel leggero (viscosità 5.000-20.000 mPa·s): 2-4% silice apolare
- Gel medio (viscosità 50.000-150.000 mPa·s): 4-7% silice apolare
- Gel denso (viscosità >200.000 mPa·s): 7-12% silice apolare
Stabilizzazione delle sospensioni
Infine le silici sono anche ottimi stabilizzanti di sospensioni e possono prevenire la sedimentazione di:
- Pigmenti (makeup, smalti)
- Glitter e perle
- Filtri UV (sunscreen)
- Principi attivi insolubili
Applicazioni tipiche
Le silici non trattate trovano applicazione in creme O/W, lozioni, gel acquosi, dentifrici, mentre le silici trattate in gel oleosi, stick, makeup waterproof, lipstick, mascara e fondotinta oil-based.
Anche l’allumina pirogenica SpectrAl® trova ampio utilizzo in cosmetica grazie all’effetto soft focus, ideale per minimizzare rughe e imperfezioni e ridurre l’effetto lucido sulla pelle.
La scelta del grado corretto di CAB-O-SIL® o SpectrAl® dipende dall’applicazione finale e dalle performance desiderate. Grazie all’ampia gamma disponibile, è possibile ottimizzare ogni formulazione in modo mirato.
I nostri tecnici sono a disposizione per supporto tecnico-applicativo e consigli formulativi personalizzati.