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Pyrogene Kieselsäure

Darum ist pyrogene Kieselsäure so wertvoll für die Chemie- und Pharmaindustrie

| Autor / Redakteur: Maria-Anna Biebl / Sabine Mühlenkamp

HDK-Abfüllung am Wacker-Standort Burghausen: Der Chemiekonzern gehört zu den weltweit größten Herstellern pyrogener Kieselsäure.
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HDK-Abfüllung am Wacker-Standort Burghausen: Der Chemiekonzern gehört zu den weltweit größten Herstellern pyrogener Kieselsäure. (Bild: Wacker Chemie)

Ob Kühlschränke, Lacke oder Pharmaprodukte – unzählige Produkte des Alltags enthalten pyrogene Kieselsäure. Das weiße, kristalline Pulver dient u.a. als Isolierungsstoff, Rheologie-Additiv, Rieselhilfe oder verstärkender Füllstoff. Vor 50 Jahren nahm Wacker seine ersten Arbeiten zur Herstellung dieses Stoffes auf.

Pyrogene Kieselsäure gehört zu jenen Substanzen, die in vielen Alltagsprodukten enthalten sind, aber kaum einer kennt. Dabei ist hochdisperse pyrogene Kieselsäure oder HDK, wie der Münchner Chemiekonzern Wacker das Produkt bezeichnet, nichts anderes als Siliciumdioxid in hochreiner, amorpher Form. Es handelt sich um ein weißes Pulver niedriger Dichte, das weder elektrischen Strom noch Wärme leitet. Hervorstechendes Merkmal des flockigen Materials ist seine große spezifische Oberfläche: In 36 Gramm einer typischen pyrogenen Kieselsäure steckt eine Fläche von der Größe eines Fußballfeldes. Vor allem diese Eigenschaft macht pyrogene Kieselsäure begehrt – und ist letztlich der Grund, warum HDK in vielen Produkten und industriellen Produktionsprozessen unverzichtbar geworden ist. Experten schätzen, dass der Markt jedes Jahr zwischen drei und sechs Prozent wächst.

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Pyrogene Kieselsäure ist vielseitig einsetzbar. Mit HDK lassen sich die Fließeigenschaften von Flüssigkeiten einstellen – dies gilt für Zahnpasta genauso wie für Lacke und Klebstoffe. Zudem wirkt sie in Siliconkautschuken als verstärkender Füllstoff, der dem Silicon nach der Vulkanisation zum Elastomer die notwendige mechanische Festigkeit verleiht.

HDK wird gerne auch als Rieselhilfe verwendet. In geringer Menge in den pulverförmigen Feststoff eingemischt, bedecken die Kieselsäureaggregate die Oberflächen der Pulverpartikel und wirken dort als Abstandshalter. Indem sie die Van-der-Waals-Kräfte verringern, durch welche die Partikel aneinander haften, wird ein Zusammenbacken verhindert – das Pulver bleibt auch nach längerer Lagerung fließfähig. Diesen Rieseleffekt machen sich viele Industrien zunutze, so auch die Pharmaindustrie. Durch den Zusatz von HDK lassen sich pulverförmige Wirk- und Hilfsstoffe problemlos zu Tabletten oder Kapseln verarbeiten. Hersteller von Tonern vertrauen ebenfalls auf die Fließhilfe. Dank spezieller HDK-Typen produzieren Drucker und Fotokopierer ein scharfes und gut aufgelöstes Druckbild. Und auch die Kosmetikindustrie weiß das Pulver zu schätzen: Dank pyrogener Kieselsäure zerlaufen Lippenstifte auch bei höheren Temperaturen nicht.

Wichtiges Thixotropiermittel

Wie wichtig solche auf den ersten Blick unscheinbaren Additive sind, zeigt das Beispiel Windkraftanlage. Heutige Anlagen erzielen Spitzenleistungen von bis zu 7,5 Megawatt. Die verwendeten Rotorblätter können mehr als 50 Meter lang sein. Die Flügelspitze eines 50-Meter-Rotorblatts dreht sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 340 Kilometer pro Stunde, wobei Zentrifugalbeschleunigungen auftreten, die dem 18-Fachen der Erdbeschleunigung entsprechen. Entsprechend fest müssen die Rotorblatt-Halbschalen miteinander verbunden sein, und das dauerhaft. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Klebstoff, der die Halbschalen zusammenhält.

Beim Auftrag muss dieser so flüssig sein, dass Schläuche und Spritzgeräte nicht verstopfen. Nach dem Auftragen und während der Montage wiederum darf der Kleber, meist ein Epoxid- oder Polyurethanklebstoff, nicht verlaufen, sonst könnte die Verbindung und damit die Belastbarkeit des Rotors leiden. Setzt man dem Klebstoff eine spezielle HDK-Type als Thixotropiermittel zu, lassen sich solche extremen Anforderungen an die Rheologie sehr gut bewältigen. Klebstoffe, die mit pyrogener Kieselsäure modifiziert wurden, sind unter Druck und Schereinwirkung niedrig-viskos, nach dem Auftrag aber sofort standfest. Außerdem beugt HDK der Sedimentbildung vor. Es verzögert die Ablagerung fester Bestandteile der Klebstoff-Formulierung, was die Lagerfähigkeit deutlich erhöht.

Ergänzendes zum Thema
 
Wie Partikel von Nanometern zu großen flockigen Agglomeraten wachsen

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