Сухая вода — порошковый композит¶

Сухая вода — порошкообразное вещество, представляющее собой композит, в котором капли жидкой воды заключены в оболочку из гидрофобного порошка (обычно оксида кремния, SiO₂). Несмотря на название, сухая вода содержит до 95 % воды по массе, однако при касании и пересыпании ведёт себя как сыпучий порошок, не оставляя влажных следов. Материал относится к классу капсулированных (инкапсулированных) дисперсий и находит применение в фармацевтике, косметике, пищевой промышленности и химическом синтезе.

¶Состав и строение

Сухая вода состоит из двух компонентов:

• Дисперсная фаза — обычная вода, распределённая в виде микрокапель диаметром от нескольких до нескольких десятков микрометров.
• Оболочка — гидрофобный порошок, чаще всего пищевой диоксид кремния (Е551), покрывающий каждую каплю и не дающий ей слиться с соседними каплями.

При встряхивании смеси воды и гидрофобного порошка в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) капли воды покрываются частицами кремнезёма. В результате образуется порошок, который свободно сыплется, не слипается и не смачивает поверхности. При добавлении в воду или при интенсивном перемешивании оболочка разрушается, и материал превращается в обычный водный раствор.

¶История

Впервые «сухая вода» была получена в 1968 году на заводе «Капролактам» в Дзержинске Горьковской области (ныне Нижегородская область) как побочный продукт при синтезе капролактама. Советские инженеры обнаружили, что в определённых реакторах образуется порошок, который при контакте с водой выделял тепло и воспламенялся — позже выяснилось, что это была смесь нитрида натрия с капсулированной водой.

В 2000-х годах технология была независимо переоткрыта исследователями из Манчестерского университета (Великобритания) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В 2006 году группа Стюарта Джеймса (Stuart James) опубликовала работы по стабилизации водных капель гидрофобным кремнезёмом. В России исследования по созданию сухой воды ведутся в ряде научных центров, в том числе в области создания композитных материалов и фармацевтических носителей.

¶Свойства

Ключевое свойство сухой воды — способность удерживать воду в свободном состоянии, не давая ей испаряться так же быстро, как открытая поверхность. При этом материал сохраняет текучесть и перерабатывается стандартным порошковым оборудованием.

¶Способы получения

Основной лабораторный метод — механическое смешивание воды и гидрофобного диоксида кремния в присутствии небольшого количества ПАВ (например, лаурилсульфата натрия) в высокоскоростном миксере. Отношение компонентов подбирают так, чтобы на каждую каплю воды приходилось достаточно частиц кремнезёма для формирования сплошной оболочки.

Промышленные методы включают распылительную сушку, псевдоожижение и экструзию. В России разрабатываются технологии получения сухой воды на базе местных марок аэросилов (пирогенных диоксидов кремния), что позволяет удешевить производство.

¶Применение

¶Фармацевтика

Сухая вода используется как порошковый носитель для лекарственных веществ с низкой растворимостью. Заключённые в капсулированной воде активные компоненты быстрее растворяются в желудочно-кишечном тракте, что повышает биодоступность препаратов. Технология применяется при производстве дисперсий активных фармацевтических субстанций методом осаждения из раствора (аморфных).

¶Химическая промышленность

Материал используется для хранения и транспортировки реактивов, чувствительных к влаге, а также как среда для проведения реакций в гетерогенных системах. Сухая вода позволяет дозировать воду в сыпучем виде, что удобно для автоматизированных линий.

¶Пищевая промышленность и косметика

Порошковая вода применяется в производстве напитков в форме порошка, в ароматизаторах и вкусовых добавках. В косметике сухая вода входит в состав сухих шампуней, дезодорантов и масок, где требуется сочетание водной основы с порошковой формой выпуска.

¶Пожаротушение

Исследуется возможность использования сухой воды как составляющей огнетушащих порошков: материал выделяет воду при контакте с очагом возгорания, обеспечивая охлаждающий эффект.

¶Ограничения

Срок хранения сухой воды ограничен: при длительном хранении оболочка постепенно деградирует, и материал слёживается. Также материал чувствителен к сильному механическому давлению, при котором капли сливаются. Стоимость производства выше, чем у обычной воды, что ограничивает применение в массовых отраслях.

¶Примечания

Сухая вода не является обезвоженным веществом — термин относится к физической форме материала, а не к отсутствию воды.

Источники:

• Stuart James et al. «Dry water» — публикации Манчестерского университета, 2006
• Материалы по технологии получения капсулированных водных дисперсий
• Справочники по пищевым добавкам (Е551 — диоксид кремния)