ลักษณะพื้นผิวของซิลิก้าเจล

  1. พื้นผิวไฮดรอกซิเลต (hydroxylated surface) ซึ่งมีหมู่ไซลานอล (Si-OH) ที่สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ทันที และการทำให้ซิลิก้าเจลแห้งต้องได้รับความร้อนอย่างน้อย 1500 °C โดยหมู่ไซลานอลแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่

– Free silanol คือ หมู่ไฮดรอกซิลที่แยกตัวอยู่เดี่ยวๆ บนพื้นผิวของซิลิก้าเจล

– Geminal silanol คือ หมู่ไฮดรอกซิลสองหมู่ที่ต่ออยู่บนซิลิกอนอะตอมเดียวกัน

– Vicinal silanol คือ หมู่ไฮดรอกซิลสองหมู่ที่ต่ออยู่บนซิลิกอนที่เชื่อมต่อกัน

  1. พื้นผิวไซลอกเซน (siloxane surface) มีหมู่ไซลอกเซน (Si-O-Si) ที่เกิดจากการสูญเสียน้ำออกจากหมู่ไซลานอล เมื่อได้รับอุณหภูมิ 1000 ºC
  2. พื้นผิวออร์แกนิค (organic surface) เกิดเมื่อมีแรงยึดเหนี่ยวทางเคมี หรือฟิสิกส์ของพื้นผิวซิลิก้ากับโมเลกุล หรืออนุมูลต่างๆ โดยคุณสมบัติของพื้นผิวชนิดนี้อาจเป็น

– ไฮโดรโฟบิก (hydrophobic) เมื่อพื้นผิวซิลิก้าเกิดพันธะกับสารไฮโดรคาร์บอน

– ไฮโดรฟิลิก (hydrophilic) เมื่อพื้นผิวซิลิก้าเกิดพันธะกับอะตอมที่มีสภาพขั้วสูง

– ไฮโดรโฟบิก และไฮโดรฟิลิก เมื่อพื้นผิวซิลิก้าเกิดพันธะกับฟลูออโรคาร์บอน

การผลิตซิลิก้าเจล สารตั้งต้นสำคัญที่ใช้ในการผลิตซิลิก้าเจล ได้แก่ ซิลิเกต และเกลือที่ละลายน้ำได้ อาทิ โซเดียมซิลิเกตแคลเซียมซิลิเกต และหินเหลือ เป็นต้น ดังสมการด้านล่าง รวมถึงซิลิก้าคอลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคของซิลิก้าเข้มข้น เช่น ซิลิกอนคลอไรด์ และเอทิลซิลิเกต เป็นต้น นอกจากนั้น ยังสามารถผลิตซิลิก้าเจลได้จากวัตถุดิบอื่น อาทิ ทรายขาวกับกรดกำมะถัน และสกัดได้จากแกลบ เป็นต้น

ประโยชน์ซิลิก้าเจล ซิลิก้าเจล หรือ ซิลิก้าอสัณฐาน (amorphous silica) ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ มากมาย เนื่องจากมีลักษณะเด่นทางโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิว โดยเฉพาะพื้นผิวของซิลิก้าที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ซึ่งลักษณะของการนำไปใช้ประโยชน์นั้นขึ้นอยู่กับรูปแบบและความบริสุทธิ์ที่ผลิตได้ ประโยชน์ของซิลิก้าเจล มีดังนี้

  1. เป็นสารเพิ่มความแข็งแรง และความหนาแน่นแก่สารอื่น เช่น ยางพลาสติก และสารโพลีเมอร์ เป็นต้น
  2. เป็นสารลดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างผิวของของแข็ง เช่น เป็นตัวกันการเกาะกันเป็นก้อน (anticracking) ในเครื่องสำอาง และทางเภสัชกรรม
  3. เป็นสารเพิ่มแรงยึดโดยเฉพาะในกาว และเพิ่มความหนืดในของเหลว เช่น จาระบี สี หมึก ยา และเครื่องสำอาง เป็นต้น
  4. เป็นสารเพิ่มความเงา (optical effects)
  5. เป็นสารลดแรงตึงผิว เช่น สารป้องกันการเกิดโฟม
  6. เป็นสารเพิ่มช่วยกันน้ำ (hydrophobing, water-repellent)
  7. เป็นสารดูดซับ (adsorbent)
  8. เป็นตัวคะตะลิสท์ และตัวพาคะตะลิสท์ (catalyst carrier)
  9. เป็นสารตั้งต้นในการทำให้เกิดเมฆ (cloud seeding)
  10. ใช้เป็นสารในการดูดซับโมเลกุลของโลหะหนักหรือสารประกอบโลหะหนักในระบบบำบัดน้ำเสีย
  11. ใช้บรรจุคอลัมน์เพื่อการวิเคราะห์ทางโครมาโตกราฟฟี่ สำหรับซิลิก้าเจลที่ใช้ในงานวิทยาศาสตร์นั้นส่วนมากจะใช้เป็นตัวพาคะตะลิสท์ (catalyst carrier) และใช้เพื่อการวิเคราะห์ทางโครมาโตกราฟฟี่ เป็นหลัก