**Silica Gel**是如何占领世界的
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Please enter at least 3 characters 0results found The Prepared Archive Project Notes Reading Group Scope Creep Feature 2025-03-31 • 9 min read
How Silica Gel Took Over the World
Spencer Wright
我总能在新买的运动鞋的鞋头里找到它们。我总能在海苔零食的包装里找到它们。我总能在我的新吸入器的过度膨胀的包装袋里找到它们，以及在孩子们3D打印耗材的真空密封包装里找到它们。“请勿食用，”它们都这样警告我，我发现自己把它们塞进了垃圾桶里最上层的垃圾下面，好像我的孩子们无法控制他们想品尝这些小白袋里的东西的冲动似的。Silica gel小包似乎无处不在，它们的存在似乎是保持我们包装食品酥脆和我们的物品没有霉变的唯一原因。它们究竟是如何遍布各地的？Silica gel是否正在占领世界？
撕开它那小小的Tyvek包装，将一小包玻璃状的silica gel珠子倒在你的手掌中；它们不会伤害你。它们由与沙子相同的物质制成：“Silica”的意思是“二氧化硅”，它是大多数饮具、挡风玻璃以及你正在阅读此内容的电子设备屏幕的主要成分。但是玻璃的密度约为每立方米2500千克，而结晶二氧化硅（石英）的密度约为2650。另一方面，Silica gel的密度更像是每立方米700千克。它可能看起来完全致密，但实际上它充满了无数的小孔。如果你的窗玻璃像一块薄薄的固体冰，那么silica gel珠子就像一个小雪球。
通过扫描电子显微镜看到的Silica gel珠。图片来源：Dusan Berek，来自Structural inhomogeneities in wide-pore silica gels](https://www.scopeofwork.net/silica-gel/https:/www.researchgate.net/publication/229181928_Structural_inhomogeneis_in_wide-pore_silica_gels?ref=scopeofwork.net) .
用扫描电子显微镜放大silica gel珠，其光滑的表面变得不连续，布满了约2.5纳米宽的空隙（大约是DNA链的直径）。这种微观结构赋予silica gel独特的性能。我孩子海苔零食中的silica gel小包比邮票稍大一点，总质量约为一克。这小小的一克silica gel可能具有800平方米的内部表面积——几乎相当于两个篮球场的大小。
这些因素使silica gel能够通过称为毛细凝聚的过程吸附高达自身重量40%的水蒸气。当潮湿的空气迁移到silica gel珠的孔隙中时，其蒸气压会升高，导致水凝结在silica gel的内表面上。冒着拟人化水的风险，就好像它更喜欢成为液体，卡在silica gel的微小毛细血管中，而不是作为蒸汽，与空气中的其他物质一起被带走。
冒着拟人化__我自己的__风险，我更喜欢写像这样引人入胜、经久不衰的文章。只有在像您这样的读者的财政支持下，我才能做到这一点。
基础设施值得书写 如果你在进口零食或新夹克的口袋里发现一包silica gel，它很可能是在过滤空气中的水蒸气。像大多数过滤器一样，一块silica gel可以容纳的水量是有限的；其内表面积是有限的，因此，给定的silica gel小包可以吸附的湿度量也是有限的。幸运的是，silica gel供应商提供漂亮的计算器，以便他们的客户可以根据他们希望干燥的空气量来调整silica gel小包的大小——以及他们希望空气有多干燥。如果你想干燥儿童气球内部的空气，你将计算其体积（我们称之为14升），然后对其温度和湿度做出一些假设（大约35°C，75% RH），然后决定你希望其最终相对湿度是多少（我们将其降至20% RH）。运行这些数字，你会发现你需要从气球中的空气中抽出大约0.3克的水。这可以通过一克或两克的silica gel小包来非常可靠地完成，只需在你吹气球之前将其塞入气球中即可。
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关于物理世界的精彩写作。 Subscribe Email sent! Check your inbox to complete your signup. No spam. Unsubscribe anytime. 当然，不同的应用会带来不同的目标。装你薯片的袋子并不是_完全_不透水的，如果你要把它运过海洋，然后让它在货架上放几个月，你应该预料到一些额外的水蒸气会进入。还有一些应用中，silica gel的使用并不是为了干燥某些东西，而是为了维持特定的平衡湿度。在艺术界，silica gel小包被塞进展览柜中，并用于其“缓冲能力”，帮助维持展览柜内稳定的（且相对较高的）湿度，而画廊其他地方的条件可能会有所不同。
Silica gel通常放置在博物馆展示柜内，放置在通风到展示室的隐藏隔间中。图片来自美国国家公园管理局的非常详尽的Exhibit Conservation Guidelines, Second Edition](https://www.scopeofwork.net/silica-gel/https:/imlive.s3.amazonaws.com/Federal%20Government/ID196793570404309568859839779465274805789/Attachment2_Exhibit_Conservation_Guidelines.pdf?ref=scopeofwork.net) .
虽然人类使用玻璃和玻璃状物质已有数千年历史，但直到20世纪初，Johns Hopkins的研究员Walter Patrick才开发出并获得专利一种有效制造silica gel的方法。他通过将一种叫做“水玻璃”的物质与酸混合来实现。 水玻璃——本身就是一种引人入胜的材料，因为它本质上是水溶性玻璃——是一种含有氧化钠和二氧化硅的碱性化合物。当与酸混合时，其二氧化硅会沉淀，连接成现在被称为silica gel的基质。然后将silica gel（玻璃状且坚硬）清洗并干燥以去除多余的酸、盐和水。
Silica gel在Patrick发明后的五年内通过与Davison Chemical公司的交易开始商业化。但根据这篇学术论文，该论文分析了Johns Hopkins的发现如何影响当地经济，“从实验室到商业世界的过渡是一个漫长而艰巨的过程......在最初的学术突破的基础上，还需要进行大量开发工作，并且在产品取得商业成功之前，必须为该产品找到新的应用。”
Davison的silica gel子公司于1930年出版的小册子，宣传这种基于silica gel的空调装置。图片__via(https://www.scopeofwork.net/silica-gel/https:/www.nypl.org/research/research-catalog/bib/hb990032798230203941?ref=scopeofwork.net) 纽约公共图书馆.
但它最终还是取得了商业成功。 1927年，Davison在Baltimore建立了一家silica gel工厂，到1930年，他们声称已经申请或获得了该产品的三百多项专利。该公司于1954年被W.R. Grace收购，Grace继续在同一地点生产特种silica gel产品。
为了了解当今的silica gel行业，我与Grace工作了三十多年的PhD化学家Demetrius Michos进行了交谈。他向我保证，我“在不接触Grace的产品的情况下无法度过一天”，并不断地用silica gel的晦涩和奇特的应用程序让我感到惊讶。但是，他们大多已从我们消费者包装商品中的小信封中升级。 Grace在silica gel业务中规模很大，并且销售许多其他silica产品，但他们似乎对专门销售silica gel干燥剂包不感兴趣。
一名操作员在WR Grace位于马里兰州柯蒂斯湾的工厂照看清洗罐。silica gel的制造过程包括多个清洗步骤。图片来自W.R. Grace & Co.
因此，我开始寻找进口产品。美国人口普查局的进口数据可以追溯到1992年，并显示二氧化硅和silica gel的进口量都在上升和加速。进口总额在2022年达到顶峰，目前约为1992年的十倍。这很有趣，但它并没有回答我关于干燥剂包的问题。当然，我们今天进口的silica gel可能比90年代初要多。但是，我们进口的鞋子也比90年代多得多，而且我并不是在我买的每三样东西中都发现一双鞋。
美国人口普查局关于二氧化硅（silica gel和许多其他东西的前体）和silica gel本身的进口数据。图片来自__USA Trade Online](https://www.scopeofwork.net/silica-gel/https:/usatrade.census.gov/?ref=scopeofwork.net) .
经过一轮大多没有结果的电话后，我终于与一家销售silica gel干燥剂包（以及其他产品）的公司的销售代表John Perona进行了交谈。他首先尖锐地质疑我撰写有关silica gel的所有内容的意图，然后告诉我，我“陷入了细节。只要看看商品在世界各地如何运输，你就可以理解silica gel小包试图解决的问题。”
为了撰写本文，我花了一整个工作周沉浸在silica gel的历史中。我努力寻找任何人来回答我的问题，并在完成初稿之前走了很多弯路。然后，我花了几天时间完善草案，将其磨练到我周一的截止日期，以便将其发送给您。
SOW只有在像您这样的读者的支持下才有可能。
支持SOW 他有些不情愿地接着说，silica gel进口量增加的原因很简单：“没有人希望他们的后院里有一个silica gel工厂。”如今，只有特种silica gel产品在美国制造；我在零食和药品中发现的小包要么在海外制造，要么（在某些情况下）在美国用进口的silica gel珠组装而成。
然后，John提醒我，几十年前，距离我家半小时路程的一英里道路上就有成千上万个制造业工作岗位。如果那时我住在Brooklyn，我可以从这些工厂购买商品。它们从工厂到家的短途旅程中经历的温度和压力变化很少（如果有的话），即使经历了，它们的包装也可能会散发掉多余的湿度。
你运送产品的距离越远——从工厂到客户手中花费的时间越长，并且在此期间经历的温度和压力周期越多——你就越需要在其密封包装内控制湿度。 Silica gel是一种廉价、简单且可靠的方法。从这个意义上讲，silica gel与集装箱运输和拉伸膜和提货单并列：它是一种技术，没有它，我们将更难维持全球供应链。
干燥剂包实际上并没有占领世界——_全球化_已经做到了。
因此，我们将海苔零食、吸入器和3D打印耗材密封在密封的塑料袋中——然后将它们运往世界各地。正如我与之交谈的一位工程师所建议的那样，我们可以先在所有这些包装中填充干燥的惰性气体。但是，在密封之前塞进去的小小的Tyvek袋子要容易得多。
谢谢！感谢Nick Fountain提出该主题，感谢Demetrius Michos、Sharyn Nerenberg、John Perona在其中对我进行了教育。感谢Brad Avenson（戏言）建议我们用“干燥的惰性气体”填充我们的产品和包装，并非常感谢Scope of Work的支持者和成员，他们使我可以花一周的时间沉浸在基础设施世界的一角。
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