CHAPITRE I : Synthèse Bibliographique
4. MATERIAUX
4.1 Gel de silice (GS)
(II.8)
Avec Vp le volume poreux, Vapp le volume apparent, Vs, le volume solide, msla masse de solide, r le rayon interne de la matrice,sla masse volumique du solide etl la hauteur du lit de poudre.
La surface spécifique (SBET) : la surface spécifique a été mesurée en utilisant l’appareil Micromeritics ASAP 2010 décrit précédemment.
4. MATERIAUX
Cette étude sur l’enrobage en voie sèche a concerné en particulier un seul système particulaire composé de la poudre de gel de silice (particules hôtes) et du stéarate de magnésium (particules invitées). Cependant, pour les essais dans le mélangeur Cyclomix, d’autres systèmes particulaires ont été étudiés.
4.1. Gel de silice (GS)
La silice, ou le dioxyde de silicium, est l’oxyde le plus répandu dans la nature. De formule générale SiO2, elle est composée de l’enchainement de tétraèdres de SiO4 liés entre eux et peut être naturelle ou synthétique, amorphe ou cristalline.
La silice se trouve sous forme naturelle dans des minéraux tels que le quartz, ou dans les végétaux et se présente principalement sous forme cristalline. Plusieurs phases peuvent
exister, en fonction de la température, de la pression et du degré d’hydratation (Paquien, 2003).
A l’état amorphe, l’oxyde de silicium existe sous la forme de verre de silice anhydre ou de silice colloïdale hydratée (Comte, 2004). Il existe également des silices amorphes fabriquées industriellement qui suivant les voies de synthèse, ont des propriétés et des applications très spécifiques tant du point de vue de leur fonctionnalité que de leur morphologie. Trois grands types de silices synthétiques amorphes peuvent être dénombrés :
Les gels de silices
Les silices de précipitation Les silices pyrogéniques
Les procédés de synthèse de ces silices sont décrits dans les ouvrages de Wason (1987) et Günther (1992). Elles sont caractérisées par des surfaces spécifiques très variables pouvant dépasser les 700 m2.g-1et descendre en dessous de 50 m2.g-1
Les différences de propriétés physiques de ces silices dépendent fortement de la manière dont les particules sont agrégées ou agglomérés. En effet, il existe trois échelles de structure dans les silices. Les particules primaires, dont la taille varie de 3 à 500 nm de diamètre qui s’agrègent sous l’effet des forces colloïdales pour donner naissance à une seconde structure de particules secondaires, les agrégats. Ces derniers sont difficiles à casser même sous l’action de forces de cisaillement. Dans certaines conditions, ces agrégats peuvent à leur tour se lier pour former une structure tertiaire constituée d’agglomérats. Ces agglomérats peuvent être séparés dans certaines conditions sous l’effet de forces de cisaillement et retourner à l’état d’agrégats (Iller, 1979, Paquien, 2003).
La taille des particules primaires, ainsi que la densité et leur degré d’agrégation et d’agglomération détermine la porosité et la surface spécifique des silices.
Les gels de silice peuvent être définis comme des réseaux tridimensionnels, rigides et cohérents de particules contigües de silice colloïdales. La formation de ces gels par polymérisation de l’acide silicique et par agrégation des particules colloïdales est décrite en détails dans l’ouvrage d’Iller (1979). Les propriétés des gels de silice sont à relier aux états d’agrégation mais aussi à leur chimie de surface.
La porosité des gels de silice est une propriété physicochimique très importante. Plusieurs études d’adsorption de molécules d’azote sur différentes gels de silices ont montré que le type de porosité est très variable suivant les conditions de gélation, de pH et de température (Comte, 2004). Le tableau (II.4) résume les caractéristiques de différents gels de silices.
Tableau II. 4 : Propriétés de différents gels de silice (Comte, 2004).
gel de silice Porosité Surface spécifique (m2.g-1) Volume poreux (cm3.g-1)
Aerogel Macroporeux 800 2,0
G-xerogel Mésoporeux 350 1,2
S-xerogel Mésoporeux 500 0,6
S-xerogel Microporeux 700 0,4
Les gels de silice représentés par la formule chimique SiO2.nH2O ont des surfaces recouvertes par des groupements silanols (Si-OH), comme présenté sur la figure (II.22).
Ils possèdent des surfaces spécifiques plus élevées que les autres silices synthétiques, en raison de leur plus faible taille de pores. La majeure partie de cette surface est interne, ce qui est à prendre en compte lors du choix de la silice.
Les gels de silice sont principalement utilisés comme :
desséchants : ils ont en effet un grand pouvoir de rétention d’eau sur une large gamme d’humidité. Ils sont utilisés pour assécher des gaz, pour conserver à l’abri de l’humidité des denrées alimentaires ou des médicaments.
adsorbants: le domaine le plus représentatif est celui de la chromatographie. Ils permettent également de purifier des solutions par l’adsorption de polluants (bière, huile,…).
Pour nos essais d’enrobage en voie sèche, nous avons utilisé un gel de silice 60 fourni par la société Merck. Cette poudre blanche principalement utilisée pour le remplissage des colonnes de chromatographie présente un diamètre médian (d50) d’environ 50±5 µm. Le gel de silice 60, de nature hygroscopique est un xerogel surface spécifique avoisinant les 500 m2.g-1et une structure mésoporeuse présentant un volume des poreux d’environ 0,7 cm3.g-1.
Les particules sont de forme irrégulière, comme montré sur les images de la figure (II.23)
obtenues par microscope électronique à balayage environnemental (MEBE). Un
grossissement plus important montre une surface plutôt anguleuse. Figure II. 22 : Structure d’un gel de silice
Figure II.23 : Images MEBE du gel de silice 60
Afin de vérifier la granulométrie des particules données par le fournisseur, une analyse de la taille des particules par un granulomètre laser a été effectuée. Les valeurs des diamètres représentatifs calculés à partir des distributions de taille en volume, d10, d50et d90 fournis sont regroupés sur le tableau (tableau II.5) et comparées aux diamètres mesurés.
Tableau II. 5 : valeurs des diamètres d10, d50et d90du GS 60
diamètres d10(m) d50(m) d90(m)
Valeurs fournisseur 25 - 35 45 - 55 60 - 75
Valeurs mesurées 35±0,05 52±0,02 78±0,07
Dans une précédente étude (Lubert, 2000), la coulabilité du gel de silice a été évaluée par un appareil Hosokawa (Hosokawa Powder tester PT-N). Cette poudre non cohésive a montré une bonne aptitude à l’écoulement et les densités apparentes aérée et tassée obtenues étaient respectivement de 0,43 g.cm-3 et 0,52 g.cm-3. Des valeurs similaires ont été obtenues par l’utilisation du voluménomètre Erweka.
Une étude plus détaillée sur la chimie de surface et la capacité d’adsorption du gel de silice sera présentée dans la deuxième partie de ce travail.