Desikanti – vrste i kako djeluju

Koja je razlika između “adsorpcije“ i “apsorpcije“?

Možda ste u opisu djelovanja sustava za kontrolu vlage naišli na neke pojmove čije vam značenje nije jasno. Tako ste se možda zapitali što je “adsorpcija“ ili ste pomislili kako se radi o pogrešno napisanoj riječi “apsorpcija“. Zapravo, radi se o dva posve različita znanstvena pojma. Da biste saznali više o tome i o djelovanju desikanata, čitajte dalje.

Apsorpcija nastaje kad se jedna tvar kemijski spoji s drugom tvari. Primjerice, kad popijete čašu vode vi je apsorbirate jer voda postaje dio vas.

Adsorpcija je kad se jedna tvar fizičkim sponama veže unutar druge tvari. Ako prolijete čašu vode po majici, ona se adsorbira jer će vlakna zadržati vodu sve dok se majica ne osuši.

Većina desikanata nije kemijski spojiva s vodom ili drugim tvarima od kojih štite. Stoga desikanti pomoću adsorpcije vežu na sebe određene tvari koje bi mogle naškoditi proizvodu.

Kako desikanti djeluju?

Važno je znati na koji način desikant štiti proizvod. Većina poroznih adsorbenata, poput silika-gela (silica gel), aktivne gline ili molekularnih sita, oslanja se radije na fizičku adsorpciju nego na kemijsku apsorpciju pri obavljaju svoje funkcije.

Fizička adsorpcija uključuje relativno slabe intermolekularne sile (Van der Waalsove sile i elektrostatička međudjelovanja) između vlage i površine desikanta.

Kemisorbenti, poput kalcijeva oksida, uključuju prave kemijske veze. Fizička adsorpcija vlage uobičajeno je egzotermna. Stoga se snaga adsorpcijskog vezanja može mjeriti toplinom adsorpcije. Što je veća toplina desikanta prilikom adsorpcije vlage, to je vezanje jače te se adsorbirana vlaga teže može kasnije ukloniti.

Kad je u pitanju porozni desikant poput silika-gela, voda se uklanja iz zraka na sljedeće načine:

1) višeslojnom adsorpcijom koja podrazumijeva vezanje tankih slojeva molekula vode na površinu desikanta. Budući da je desikant veoma porozan, površinsko područje je visoko te se značajne količine vode mogu privući i adsorbirati;
2) kapilarnom kondenzacijom tijekom koje se manje pore pune vodom. Do kapilarne kondenzacije dolazi jer je tlak zasićenja vodene pare u maloj pori smanjen zbog učinka površinske napetosti.

Kako vlaga uzrokuje oštećenje proizvoda?

Vlaga koja se nalazi unutar ambalaže proizvoda ili prodire u njega tijekom skladištenja i prijevoza može uzrokovati mnoge štetne posljedice. Postojanost mnogih farmaceutskih spojeva i dijagnostičkih reagensa, kao i održavanje njihove fizičke cjelovitosti, često je usko povezano s vlažnim uvjetima okruženja u kojem se proizvod nalazi.

U nesterilnim i slabo sterilnim uvjetima vlaga može potaknuti rast plijesni, snijeti i gljivica. Proizvodi koji sadrže određene polimere skloni su bubrenju u uvjetima visoke vlažnosti jer međumolekularne veze između polimera mogu oslabjeti u prisutnosti vode. U nekim slučajevima, stvaranjem hidrata voda može postati sastavnim dijelom kristalne strukture proizvoda. U pogodnim uvjetima i ako je tvar veoma topiva u vodi, poput šećernog praha, otapanje sorbiranog sloja može potaknuti ireverzibilan unos vode i posljedično rastapanje.

Kad je u pitanju elektronika, prisutnost vlage može uzrokovati ne samo koroziju već i “kratke“ spojeve, kad struja koja napaja uređaj promijeni pravac i umjesto uobičajenim provodnim putem krene kroz vodu. To neće nužno dovesti do filmskih scena raspadanja uređaja i letenja iskri. Zapravo, najčešće će kratki spojevi biti mnogo suptilniji i nedokazivi, a uzrokovat će nepouzdan rad uređaja. Ponekad radi.. ponekad ne. U najmanju ruku ovakve situacije su frustrirajuće, a u najgorem slučaju i pogubne za život.

Što su “saturacija“ i “ravnotežni kapacitet“?

Iako tehnički predstavljaju različite situacije, u većini praktičnih primjena oba se pojma odnose na točku pri kojoj desikant više ne može adsorbirati vlagu.

Do saturacije dolazi kada je desikant pun, tako da ako su molekule vlage čak i prisutne, desikant ih ne može adsorbirati.

Ravnotežni kapacitet nastaje kada desikant povuče toliko vlage iz zraka da zrak zadržava jači pritisak na molekule vlage nego što ga desikant može izvršiti. Pri ravnotežnom kapacitetu, dodavanje dodatne količine desikanta neće smanjiti relativnu vlažnost.

Vrste desikanata

Veoma često kad se uporabi riječ “desikant“, ljudi automatski pomisle na tri glavne vrste desikanata: silika-gel s indikatorom, molekularno sito i glina. Oni koji su čuli i za druge desikante poput kalcijeva oksida, gline montmorilonit i kalcijeva sulfata, više ili manje upoznati su s navedenim trima vrstama.

Glina montmorilonit

Glina montmorilonit adsorbent je koji prirodno nastaje prilikom kontroliranog sušenja magnezij-aluminij-silikata sub-bentonitskog tipa. Ova će se glina uspješno regenerirati za ponovnu uporabu na vrlo niskim temperaturama bez značajnog propadanja ili bubrenja. Međutim, to obnavljajuće svojstvo također uzrokuje otpuštanje vode čim glina dospije na više temperature.

Glina je dobar osnovni desikant koji zadovoljavajuće radi okvirno ispod 50° C. Iznad 50° C postoji mogućnost da će glina otpustiti vlagu prije nego što će je upiti. Prema tome, nužno je voditi računa o uvjetima predviđenog skladištenja i prijevoza. Prednost je gline u tome što je ona zasigurno najjeftiniji desikant.

Glina je veoma učinkovita pri normalnim rasponima temperature i relativne vlažnosti, a izgleda poput malih sivih kuglica. Svakako je bitno provjeriti jesu li bilo kakve nečistoće, čak i u malom postotku, sastavni dio upakiranog proizvoda.

Silika-gel

Silika-gel je silicijev dioksid (SiO2). Radi se o mineralu koji prirodno nastaje te se pročišćava i procesuira u oblik granula ili zrna. Kao desikant ima veličinu pora od 24 angstroma i jak afinitet prema molekulama vlage. Silika-gel povući će vlagu pri temperaturama do 105° C. Ako se temperatura podigne iznad otprilike 50° C , brzina prikupljanja vlage će se smanjiti, ali silika-gel će i dalje djelovati.

Silika-gel najučinkovitije djeluje pri sobnim temperaturama (33° – 43° C) i pri visokoj vlažnosti (60 – 90 % RV) kada može spustiti relativnu vlažnost u spremniku na otprilike 40 % RV. Na primjer, u Sjedinjenim Američkim Državama silika-gel se uobičajeno primjenjuje kod prehrambenih i farmaceutskih proizvoda jer jedini ima odobrenje Agencije za hranu i lijekove (FDA) za izravan kontakt s tim proizvodima.

Kao i glina, silika-gel svojim širokim rasponom veličina pora ima sposobnost adsorpcije i drugih tvari osim vode. Relativan poredak sposobnosti adsorpcije je sljedeći: voda, amonijak, alkohol, aromatična sredstva, diolefini, olefini i parafini. Ako se ukaže mogućnost adsorpcije više tvari, za očekivati je da će jače adsorbirane tvari, poput vode, istisnuti one slabije. Crescat d.o.o. u svojem asortimanu nudi izbor raznih gramatura i pakiranja silika-gela.

Silika-gel s indikatorom

Silika-gel s indikatorom je silika-gel u zrnu ili granulama koji je opran koncentracijom kobalt-klorida (teška metalna sol). Kobalt-klorid je duboke plave boje kada je suh te se pretvara iz plave u purpurnu i ružičastu kada je zasićen vlagom. U pravilu do promjene boje dolazi kada desikant prođe razinu vlažnosti od 8 % (u odnosu na težinu) što pokazuje kako je vrijeme da se desikant zamijeni novim.

Najčešća primjena silika-gela s indikatorom je kod proizvoda osjetljivih na vlagu koji su podložni čestim inspekcijama, budući da indikator omogućuje brzu provjeru stanja desikanta. Zbog dodatka kobalt-klorida, silika-gel s indikatorom ne bi se smio upotrebljavati u izravnom kontaktu s proizvodima za konzumaciju, poput hrane ili lijekova.

Molekularno sito

Ako govorimo o tehničkim karakteristikama, molekularno je sito najbolji desikant. Njegova sposobnost adsorpcije vlage, u ovom slučaju vodene pare, toliko je izražena da može ukloniti zarobljene molekule vode iz zrna u potpunosti zasićenog silika-gela, što pak uzrokuje promjenu boje silika-gela u izvornu kobaltno plavu.

Molekularna sita su sintetički porozni kristalni aluminosilikati koji su dizajnirani kako bi privukli molekule specifične veličine. Od drugih desikanata se razlikuje i ravnomjernom veličinom pora.

Kalcijev oksid

Kalcijev oksid je kalcinirano ili iznova kalcinirano vapno koje ima kapacitet adsorpcije vlage iznad 28.5 % u odnosu na težinu. Jedinstveno je obilježje kalcijeva oksida (poznatog i pod nazivom živo vapno) to što on može adsorbirati puno veću količinu vodene pare od drugih materijala, pri veoma niskoj relativno vlažnosti. Najdjelotvorniji je u slučajevima gdje je potrebna niska kritična relativna vlažnost i gdje postoji visoka koncentracija vodene pare.

Kalcijev oksid uklanja vodu iz ambalaže veoma polako, često danima dok ne dosegne svoj maksimalni kapacitet. Tijekom adsorpcije vlage počinje bubriti. Za učinkovitu primjenu veoma je važna ispravnost ambalaže desikanta. Iz tog razloga njegova je uporaba ograničena prvenstveno na pakiranja dehidrirane hrane.

Kalcijev sulfat

Kalcijev sulfat nastaje kontroliranom dehidracijom gipsa. Radi se o desikantu opće namjene, ponajviše zastupljenom u laboratorijskoj primjeni. Kemijski je stabilan, nije raspadljiv ni toksičan, niti je sklon koroziji te ne otpušta lako adsorbiranu vodu kada je izložen višim temperaturama.

Niska cijena kalcijeva sulfata mora se promatrati u svjetlu njegova jednako niskog kapaciteta adsorpcije; može adsorbirati količinu vodene pare samo do 10 % svoje težine. Kalcijev sulfat također posjeduje svojstvo regeneracije koje zapravo ograničava njegovu iskoristivost. Iako je dostupan u zapakiranom obliku, najčešće se ne prodaje tako.

Drugi adsorbenti

Za posebne namjene dostupni su drugi adsorbenti. Primjerice, aktivna alumina porozni je desikant koji djeluje slično kao silika-gel čiji je kapacitet za vlagu nešto manji pri niskim temperaturama, ali je poboljšan pri višim temperaturama. Treba napomenuti kako neki od ovih alternativnih desikanata imaju specijaliziranu namjenu.

Aktivna alumina jako je učinkovita za sušenje plinova. Aktivni ugljen se već dugo vremena često koristi kao adsorbent mirisa i toksičnih plinova – dugo je u uporabi i za vojne plinske maske.

Ostali, od metalnih soli do spojeva fosfora, imaju određena jaka svojstva koja nije moguće opisati pojedinačno. Često se davanje odgovora na specifična pitanja prepušta dobavljaču desikanta.

Iz Crescatove ponude

Iz našeg Vam asortimana možemo ponuditi: klasični silika-gel, PROSorb silika-gel u kazeti, desikant u vrećicama i silika-gel u malim vrećicama.