Was ist Natriumsilikat?

Natriumsilikat, allgemein als „Wasserglas“ bekannt, ist aufgrund seiner breiten kommerziellen und industriellen Anwendung bekannt. Es besteht oft aus einem Sauerstoff-Silizium-Polymer-Rückgrat, das Wasser in molekularen Matrixporen enthält. Natriumsilikatprodukte werden je nach Verwendungszweck als Feststoffe oder dickflüssige Flüssigkeiten hergestellt. Wasserglas dient beispielsweise als Dichtungsmittel in Metallbauteilen. Obwohl die Herstellung von Natriumsilikat eine ausgereifte Industrie ist, wird aufgrund seiner wärmeleitenden Eigenschaften ständig nach neuen Anwendungen geforscht.

Natriumsilikat ist ein Silizium-Sauerstoff-Polymer, das ionische Natrium-(Na+)-Komponenten enthält. Eine solche molekulare Anordnung unterscheidet sich von typischen ionischen Materialien wie Salz, das auf Formeleinheiten basiert, die durch elektrische Anziehung verbunden sind. Im Gegensatz dazu ähnelt Natriumsilikat kohlenstoffbasierten Kunststoffen, da Silizium-Sauerstoff-Silizium-Bindungen zwischen jedem Monomer kovalent sind. Die polymerähnliche Natur der Natriumsilikatmatrix sowie der polare Charakter von Sauerstoff- und Natriumatomen ermöglichen die Bindung von Wassermolekülen innerhalb der Polymermatrix. Daher existieren Natriumsilikatprodukte oft in wasserhaltigen Allotropen. (Wells, "Strukturelle anorganische Chemie").

Ein Syntheseschema für die Substanz beinhaltet eine Kombination von Natriumcarbonat (Na2CO3) und Siliziumdioxid (SiO2) unter Bedingungen, die ausreichen, um beide Reaktanten zu schmelzen. Natriumsilikat wird durch dieses Verfahren mit ausreichender Effizienz hergestellt, um kommerziell verwendet zu werden. (Greenwood, "Chemie der Elemente")

Physikalische Eigenschaften von auf Natriumsilikat basierenden Substanzen machen sie für den kommerziellen/industriellen Einsatz sehr attraktiv. Flüssigkeiten und Feststoffe auf Basis von Natriumsilikat und hergestellt von PQ Corporation haben eine Dichte von 1,6 g/cm³. bis etwa 1,4 g/cm³. Beachten Sie auch, dass die Datentabellen Informationen zum beobachteten Zustand jedes Produkts unter moderaten Bedingungen enthalten. Natriumsilikatprodukte existieren als weißer Feststoff und als eine Vielzahl von Flüssigkeiten mit sichtbar unterschiedlichen Eigenschaften. Unterschiede in Reaktionsbedingungen und Herstellungsverfahren führen zu klaren, undurchsichtigen und „sirupartigen“ Wasserglasprodukten. (PQ, "Natriumsilikate. Produkte und Spezifikationen")

Die Verwendung variiert je nach Herstellungsverfahren, Produktqualität und Abbindemittel. Beispielsweise listet die Schundler Company verschiedene Verwendungen für Natriumsilikatprodukte in "Application of Perlite/Silicate Composites" auf. Aufgrund der molekularen Struktur von Natriumsilikat, die Hydrate enthält, fungiert das Wasserglas als Versiegelungsmittel, das durch ausreichendes Erhitzen aktiviert wird. Wenn ein Riss in einer metallischen Maschinerie abgedichtet werden muss, sickert eingegossenes Natriumsilikat „flüssiges Glas“ in jede Bruchspalte. Beim Erhitzen auf etwa 200 Grad Fahrenheit verdampfen Wassermoleküle in der Natriumsilikatmatrix und hinterlassen ein hartes, sprödes Dichtmittel. (Schundler, "Silicate Composites for High-Temperature Insulation")

Es werden Natriumsilikatprodukte für den Einsatz zur Wärmeableitung erforscht. Wie aus der zitierten Veröffentlichung hervorgeht, sind elektronische Geräte unter anderem durch die durch elektrischen Strom erzeugte Wärme eingeschränkt. Sofern ein elektronischer Leiter nicht perfekt ist (ein Supraleiter), wird Wärme erzeugt. Obwohl sie einzeln sehr klein sind, reicht die kumulative Wirkung dichter elektronischer Schaltungen aus, um die physikalische Integrität der Komponenten zu gefährden. Um die Wärme effizienter an die Umgebung abzuführen, wird Natriumsilikat untersucht. Es werden verschiedene thermische Grenzflächen, Ableiterdicken und Ableiterdruck erforscht, um eine weitere Miniaturisierung der Elektronik zu ermöglichen. (SUNY, „Natriumsilikat-Wärmeleitschicht“)