Технология производства порошкового силикагеля, разработанная учеными Томского государственного университета (ТГУ), была успешно масштабирована для внедрения на российских предприятиях.

Этот материал, известный как диоксид кремния (SiO₂), обладает уникальными физико-химическими свойствами и не уступает по качеству импортным аналогам. Он играет ключевую роль в производстве зубных паст, косметических и гигиенических средств, обеспечивая их текстуру, абразивные и загущающие свойства.

В условиях санкционного давления и логистических сложностей разработка ТГУ стала важным шагом к импортозамещению и поддержке отечественной промышленности.

В чём проблема

С введением санкций в 2022 году российские производители столкнулись с серьёзными трудностями в поставках порошкового силикагеля — обязательного компонента для многих продуктов повседневного спроса. Диоксид кремния, получаемый в виде силикагеля, используется в зубных пастах как абразивный агент для удаления зубного налёта и как загуститель, обеспечивающий пастообразную консистенцию.

В косметологии он применяется в кремах, масках и пудрах благодаря своим адсорбирующим свойствам и способности регулировать вязкость составов.

До недавнего времени основными поставщиками этого вещества для России были европейские компании, такие как немецкая Evonik или французская Solvay, чьи продукты отличались высокой чистотой и стабильностью характеристик. Однако с изменением геополитической ситуации поставки из Европы прекратились, и рынок переориентировался на Китай и Индию. Это, в свою очередь, вызвало проблемы с логистикой: увеличение сроков доставки, рост цен и нестабильность качества поставляемого сырья поставили под угрозу непрерывность работы российских предприятий.

На фоне этих вызовов отечественные промышленники начали активно искать локальные решения. Запрос на разработку собственного диоксида кремния стал особенно актуальным для производителей зубных паст и косметики, таких как «Еврокосмед-Ступино», выпускающего популярную линейку зубных паст R.O.C.S., и других крупных игроков рынка. Учёные ТГУ отреагировали на этот вызов, разработав технологию производства двух марок силикагеля: абразивной, с частицами размером 5–20 микрон, обеспечивающей полирующий эффект, и загущающей, с более мелкими частицами (1–5 микрон), отвечающей за реологические свойства продуктов.

Технические нюансы

Силикагель представляет собой аморфный диоксид кремния, получаемый путём осаждения из растворов силикатов с последующей сушкой и измельчением. Его структура — это трёхмерная сеть SiO₄-тетраэдров, связанных через кислородные мостики, что придаёт материалу высокую удельную поверхность (до 800 м²/г) и пористость. В зависимости от условий синтеза — температуры, pH среды, концентрации реагентов — можно регулировать размер частиц и их распределение, что критично для применения в косметике и зубных пастах.

Технология ТГУ основана на гидротермальном методе синтеза с использованием доступного сырья, такого как силикат натрия (Na₂SiO₃), известный как жидкое стекло, и кислот (например, серной или соляной). Процесс включает осаждение силикагеля в виде геля, его промывку для удаления солей, сушку и механохимическую обработку для получения порошка нужной фракции.

Уникальность разработки заключается в оптимизации этих стадий, что позволило достичь характеристик, сопоставимых с европейскими аналогами, такими как Aerosil от Evonik. Например, абразивный силикагель ТГУ имеет твёрдость, достаточную для эффективной очистки зубной эмали (коэффициент абразивности RDA в пределах 70–120), но при этом не повреждает её, что подтверждено тестами.

Внедрение технологии

Переход от лабораторных экспериментов к промышленному производству занял около года — рекордно короткий срок для такого рода проектов. На площадке Инжинирингового химико-технологического центра (ИХТЦ) ТГУ была запущена опытная партия силикагеля объёмом несколько тонн. Для этого использовались промышленные реакторы объёмом до 5 м³, что позволило отработать технологию в условиях, близких к реальному производству.

Образцы были переданы российским компаниям для тестирования, и результаты показали, что продукт полностью соответствует требованиям: он обеспечивает стабильную вязкость зубных паст (от 50 000 до 200 000 мПа·с), высокую степень очистки и белизну конечных изделий.

Первым предприятием, внедрившим разработку ТГУ, стала компания «Еврокосмед-Ступино» (ОГРН 1085045001425), расположенная в Московской области. Этот производитель известен своей линейкой зубных паст R.O.C.S., которая пользуется спросом как в России, так и за рубежом. Использование отечественного силикагеля позволило компании снизить зависимость от импортных поставок и оптимизировать затраты.

Кроме того, интерес к разработке проявили и другие крупные игроки рынка, включая производителей косметики и бытовой химии. Например, ведутся переговоры с компаниями, выпускающими кремы и дезодоранты, где силикагель используется как абсорбент и матирующий агент.

ТГУ на острие современных технологий

Успех проекта не ограничивается только технологической частью. Химический факультет ТГУ активно готовит кадры, способные масштабировать и внедрять подобные разработки. В рамках федеральной программы по совершенствованию высшего образования в России была запущена инициатива «Цифровая химия».

Эта программа объединяет химические знания с IT-инструментами, такими как математическое моделирование, машинное обучение и анализ больших данных. Студенты учатся проектировать молекулы новых веществ, оптимизировать процессы их синтеза и разрабатывать оборудование с использованием программного обеспечения вроде ChemCAD или Aspen Plus.

Например, с помощью квантово-химических расчётов (метод DFT) можно предсказать свойства силикагеля ещё на стадии разработки, а моделирование процессов в реакторах позволяет минимизировать затраты на эксперименты. Такие специалисты востребованы не только в косметической и фармацевтической промышленности, но и в нефтехимии, материаловедении и экологии. Более того, они участвуют в проектах с самого начала — от идеи до её воплощения на производственных линиях, что обеспечивает преемственность знаний и ускоряет внедрение инноваций.

В долгосрочной перспективе технология ТГУ может выйти на международный рынок, конкурируя с азиатскими и европейскими производителями.

Lx: 6326