Natriumsilikat

Natriumsilikat ist der gemeinsame Name für die Verbindungen mit der Formel Na2nO. Ein bekanntes Mitglied dieser Serie ist Natriummetasilikat, Na2SiO3. Auch bekannt als Wasserglas oder flüssiges Glas sind diese Materialien in wässriger Lösung und in fester Form. Die reinen Zusammensetzungen sind farblose oder weiße, aber kommerzielle Proben sind häufig blau grünlich oder aufgrund der Gegenwart von eisenhaltigen Verunreinigungen.

Sie werden in Zementen, passiver Brandschutz, Textil- und Holzverarbeitung, feuerfeste Materialien und Automobilen verwendet. Natriumcarbonat und Siliciumdioxid reagieren, wenn geschmolzen, um Natriumsilikat und Kohlendioxid:

Wasserfreiem Natriumsilikat enthält einen kettenpolymeren Anion Ecke geteilt {SiO4} tetraedrischen zusammensetzt, und nicht ein diskreter SiO3 Ion. Zusätzlich zu der wasserfreien Form, gibt es Hydrate der Formel Na2SiO3 · nH2O, die den diskreten etwa tetraedrisches Anion SiO22 mit Hydratwasser enthalten. Zum Beispiel das kommerziell erhältliche Natriumsilikat-Pentahydrat Na2SiO3 · 5H2O als Na2SiO22 · 4H2O und Nonahydrat Na2SiO3 · 9H2O als Na2SiO22 · 8H2O formuliert formuliert.

Na2O-Gewichtsverhältnis, das zwischen 2 variieren kann: 1 und 3,75: In der Industrie werden die verschiedenen Qualitäten von Natriumsilikat durch ihre SiO2 gekennzeichnet 1. Sorten mit diesem Verhältnis unter 2,85: 1 werden als "alkalischen". Diejenigen mit einem höheren SiO 2: Na 2 O-Verhältnis als "neutral" beschrieben.

Geschichte

Wasserglas wurde von Wagner Handbuch für Chemie und Technologie als eine der löslichen Alkalisilikaten, die zuerst von Jean Baptist van Helmont um 1640 als eine flüssige Substanz durch Schmelzen von Sand mit überschüssigem Alkali hergestellt beobachtet definiert. Glauber gemacht, was er von Kali- und Kieselsäure als "Schnaps silicum" im Jahre 1646. Johann Nepomuk von Fuchs, 1818, erhalten, was jetzt als Wasserglas durch Behandlung von Kieselsäure mit einem Alkali bekannt, wobei das Ergebnis in Wasser löslich ist, "aber nicht durch atmosphärische Veränderungen betroffen". Von Wagner auszeichnet Soda, Pottasche, Doppel-, und Befestigungsarten wie Wasserglas. Der Befestigungstyp wurde verwendet, um für Außenschilder und Wandmalereien zu stabilisieren anorganischen Wasserfarbpigmente auf Zement Werk "eine Mischung aus Kieselsäure gut mit Kali-Wasserglas und einer Natriumsilikat gesättigt".

Immobilien

Natriumsilikat ist ein weißes Pulver, das in Wasser leicht löslich ist, eine alkalische Lösung. Es ist eine von einer Anzahl von verwandten Verbindungen, Natriumorthosilikat, Na4SiO4, Natrium pyrosilicate, Na6Si2O7 und andere. Alle sind glasig, farblos und in Wasser löslich.

Natriumsilicat in neutralen und alkalischen Lösungen stabil. In sauren Lösungen reagiert das Silication mit Wasserstoffionen, um Kieselsäure zu bilden, die, wenn sie erhitzt und gerösteten Formen Silikagel, eine harte, glasartige Substanz.

Herstellung

Natriumsilikat wird üblicherweise unter Verwendung einer Reaktion in flüssiger Phase oder in fester Phase hergestellt. Beide Prozesse verwenden, alkalischen und Quarzsand als Rohstoffe.

Flüssigphase

Ein Gemisch aus Natronlauge, Quarzsand und Wasser werden in einem Mischtank hergestellt und dann in einen Reaktor, in dem Dampf eingeleitet speist. Die Reaktion
n SiO 2 + 2 NaOH → Na 2 O • nSiO2 + H2O

Festphasen-

Natriumcarbonat und Natriumsulfat-Schmelze bei Temperaturen weit unter dem von Siliciumdioxid. Entweder geschmolzen und Siliciumdioxid in das geschmolzene Material, wo es auf Natriumsilikat reagiert, gelöst.

Verwendungen

1990 wurden 4M Tonnen Alkalisilikaten hergestellte. Die Hauptanwendungen waren in Waschmitteln, Papier, Wasseraufbereitung, und Baumaterialien.

Klebstoff

Die größte Anwendung von Natriumsilikat-Lösungen ist ein Zement zur Herstellung von Pappe. Wenn als Papier Zement verwendet wird, ist die Tendenz, dass das Natriumsilikat gemeinsame schließlich innerhalb weniger Jahre zu knacken, an welcher Stelle es hält nicht mehr die Papieroberflächen miteinander verkittet.

Bohrflüssigkeiten

Natriumsilikat wird häufig in Bohrspülungen zur Stabilisierung von Bohrlochbohrungen und den Zusammenbruch der Bohrungswände zu vermeiden. Es ist besonders nützlich, wenn Bohrlöcher durch tonigen Formationen enthalten Schwellungen Tonmineralien wie Smectit oder Montmorillonit bestehen.

Beton und Mauerwerk allgemeine Behandlung

Beton mit einer Natriumsilikatlösung behandelt hilft, die Porosität deutlich verringern meisten Mauerwerksprodukte, wie Beton, Putz, Mörtel. Eine chemische Reaktion mit der Überschuß vorhanden Ca2 im Beton, die dauerhaft bindet die Silikate mit der Oberfläche macht sie weit mehr haltbar und wasserabweisend. Es wird allgemein empfohlen, diese Behandlung erst, nachdem die anfängliche Härtung stattgefunden hat, anzuwenden. Diese Beschichtungen werden als Silikat-Mineralfarbe bekannt.

Waschhilfsmittel

Es wird in Waschhilfsmittel wie komplexe Natriumdisilikat und modifizierte Natriumdisilikat eingesetzt. Die Waschmittelgranulate zu gewinnen ihre Robustheit aus einer Beschichtung aus Silikaten.

Wasserversorgung

Wasserglas als Koagulationsmittel / Flockungsmittel in Abwasserbehandlungsanlagen eingesetzt. Wasserglas bindet an kolloidalem Moleküle, wodurch größere Aggregate, die auf dem Boden der Wassersäule zu sinken. Die mikroskopisch kleinen negativ geladenen Teilchen in Wasser suspendiert, in Wechselwirkung mit Natriumsilikat. Ihre elektrischen Doppelschicht zusammenbricht aufgrund der Erhöhung der Ionenstärke durch Zugabe von Natriumsilikat und sie anschließend Aggregat verursacht. Dieser Vorgang wird als Koagulation / Flockung.

Feuerfesten Einsatz

Wasserglas ist ein nützliches Bindemittel der Feststoffe, wie Vermiculit und Perlit. Wenn mit den vorstehend genannten Leichtzuschlagstoffen vermischt werden, können Wasserglas verwendet, um harte, Hochtemperatur-Dämmplatten für feuerfeste Materialien, passiver Brandschutz und Hochtemperaturisolierungen, wie Formrohrisolierung Anwendungen zu machen. Wenn mit feinteiligem Mineralpulver, wie Vermiculit Staub gemischt werden, kann eine Hochtemperatur-Klebstoffen. Die Aufschäumung verschwindet in Gegenwart von feinteiligen mineralischen Staub, wodurch das Wasserglas zu einer bloßen Matrix. Wasserglas ist preiswert und in großen Mengen zur Verfügung, die ihre Verwendung in vielen Feuerfestanwendungen beliebt macht.

Dye Hilfs

Natriumsilicatlösung als Fixiermittel für Hand Färbens mit Reaktivfarbstoffen, die einen hohen pH-Wert, um mit dem Textilfaser reagieren erfordern. Nachdem der Farbstoff auf einer Cellulose-basierende Gewebe, wie Baumwolle oder Kunstseide aufgebracht oder aufge Seide, ist es erlaubt, zu trocknen, wonach das Natriumsilikat auf das gefärbte Gewebe lackiert, mit Kunststoff überzogen, um Feuchtigkeit zurückzuhalten, und linke für eine Stunde bei Raumtemperatur reagieren.

Nischen-und Hobby-Anwendungen

Passiver Brandschutz

Natriumsilikate sind von Natur aus intumeszierenden. Sie kommen in Prillform als auch der Flüssigkeit, Wasserglas. Der Festplattenform muss abgedichtet werden, um langfristigen passiven Brandschutz zu gewährleisten.

Standard, fest, Perlenform Natriumsilikate sind als Aggregat im Silikonkautschuk verwendet, um Kunststoffrohr-Brandschutzvorrichtungen herzustellen. Der Silikonkautschuk nicht ausreichend war, um die Abdichtung intumeszierenden Funktion zu erhalten und die Produkte musste daran erinnert werden, was problematisch für Brandabschnitte, die hinter Trockenbau in Gebäuden verdeckt sind.

Pasten für Abdichtungszwecke sind ähnlich instabil. Auch dies hat in Rückrufen und sogar Rechtsstreitigkeiten geführt. Nur 3M "ExpantrolTM" Version, die eine externe Wärmebehandlung, die auf die Außenfläche zu versiegeln hilft, im Rahmen seiner Prozessstandard hat, hat eine ausreichende Lebensdauer erreicht, um für DIBt-Zulassungen in den USA für den Einsatz in Brandschutz qualifizieren

Nicht anders als andere intumescents, Natriumsilikat, sowohl in Form von Kügelchen und in flüssiger Form sind von Natur aus endothermen aufgrund flüssiges Wasser in dem Wasserglas und Hydrate im Prillform. Die Abwesenheit in den USA von obligatorischen Alterungstests, wobei PFP Systemen gemacht werden, um die Systemleistung Tests nach der Alterung und Feuchtigkeit Expositionen unterziehen, sind an der Wurzel der anhaltenden Verfügbarkeit, in Nordamerika, der PFP-Produkte, die innerhalb weniger Wochen unbrauchbar werden kann Installation. Wahllosen Einsatz von Natriumsilikaten ohne entsprechende Abdichtungsmaßnahmen sind Beitragszahler für die Probleme und Risiken. Wenn Natriumsilicate angemessen geschützt sind, können sie besonders gut und zuverlässig funktionieren, für lange Zeiträume. Ein Beweis dafür kann in den vielen DIBt-Zulassungen für Kunststoffrohr mit Palusol Brandschutzvorrichtungen, die wasserdicht Natriumsilikat Sheets zu sehen.

Lebensmittelkonservierung

Natriumsilikat wurde auch als ein Ei Konservierungsmittel durch die Anfang des 20. Jahrhunderts mit großem Erfolg eingesetzt. Wenn frische Eier sind in sie eingetaucht, Bakterien, die dazu führen, die Eier zu verderben bleiben draußen und Wasser wird in gehalten wird. Eier können mit dieser Methode für bis zu fünf Monate frisch gehalten werden. Beim Kochen von Eiern erhalten auf diese Weise, ist es gut zu Nadelstich des Eies beraten, damit der Dampf entweichen, weil der Mantel nicht mehr porös.

Metall-Reparatur

Natriumsilikat verwendet wird, zusammen mit Magnesiumsilikat, in Schalldämpfer Reparatur und Montagepaste. Wenn sie in Wasser gelöst, beide Natriumsilikat und Magnesiumsilikat bilden eine dicke Paste, die leicht anzuwenden ist. Wenn das Abgassystem einer Brennkraftmaschine erwärmt sich bis auf seine Betriebstemperatur bringt die Wärme aus das gesamte überschüssige Wasser aus der Paste. Die Silikatverbindungen, die übrig geblieben sind, haben glasähnliche Eigenschaften, wodurch eine temporäre, spröde Reparatur.

Kfz-Reparatur-

Natriumsilikat wird auch derzeit als ein Abgassystem verwendet gemeinsame und Crack Sealer für die Reparatur von Schalldämpfern, Resonatoren, Endrohre und anderen Abgaskomponenten, mit und ohne Glasfaserverstärkungsbänder. Bei dieser Anwendung wird das Natriumsilikat in der Regel mit Kaolin, einem Aluminiumsilikatmineral gemischt, um die Natriumsilikat machen "zusammengeklebt" joint opak. Das Natriumsilikat ist jedoch die Hochtemperatur-Klebstoff; das Kaolin dient einfach als ein kompatibles Hochtemperatur-Farbmittel. Einige dieser Verbindungen Reparatur Glasfasern enthalten auch ihre spaltfüllende Fähigkeiten zu verbessern und zu reduzieren Sprödigkeit.

Natriumsilikat kann verwendet werden, um Lücken in der Zylinderkopfdichtung zu füllen. Häufig auf Leichtmetall-Zylinderköpfe, die empfindlich gegenüber thermisch induzierten Oberflächenkrümmung verwendet werden, und kann durch viele Dinge, einschließlich Kopfbolzen Stretching, mangelhafte Kühlmittelzufuhr, Zylinderkopf Hochdruck, Überhitzung, etc. verursacht werden

"Wasserglas" wird dem System durch den Kühler zugegeben und zirkulieren darf. Natriumsilikat wird in dem Kühlmittel ausgesetzt, bis es den Zylinderkopf erreicht. Bei 100-105 ° C verliert Natriumsilikat Wassermoleküle, um eine Glasdichtung mit einem Re-Schmelztemperatur oberhalb 810 ° C zu bilden.

Ein Natriumsilikat Reparatur wird zwei Jahre dauern, manchmal auch länger. Die Reparatur erfolgt rasch, und die Symptome verschwinden sofort. Diese Reparatur funktioniert nur, wenn die Natriumsilikat seiner "Bekehrung" Temperatur bei 100-105 ° C erreicht. Verunreinigung des Motoröls ist eine ernsthafte Möglichkeit in Situationen, in denen ein Kühlmittel-zu-Öl-Leck vorhanden ist. Natriumsilikat Verunreinigung von Schmierstoffen ist schädlich für ihre Funktion.

Natriumsilikatlösung verwendet wird, um Automobilmotoren kostengünstig, schnell und dauerhaft zu deaktivieren. Einen Motor mit etwa 2 l einer Natriumsilikatlösung anstelle von Motoröl bewirkt, daß die Lösung zur Ausfällung, Lager, Kolben des Motors in katastrophaler Beschädigung innerhalb von wenigen Minuten. In den Vereinigten Staaten wurde dieses Verfahren verwendet werden, um mit den Anforderungen der Car Allowance Rebate System Programm einhalten.

Homebrewing

Natriumsilikat Flockungsmittel Eigenschaften werden auch verwendet, um Wein und Bier durch Ausfällen von kolloidalen Teilchen zu klären. Sondern als eine Clearingstelle, Natriumsilikat wird manchmal mit Fischleim zu verwechseln, die von Kollagen aus den getrockneten Schwimmblase des Störs und andere Fische extrahiert vorbereitet ist. In einen Eimer mit Wasserglas Gel haltbar gemacht, und ihre Schalen, werden manchmal auch verwendet, um Wein zu löschen.

Aquakultur

Natriumsilikat-Gel ist auch als Substrat für das Algenwachstum in der Aquakultur Brütereien verwendet.

Sichere Konstruktion

Eine Mischung von Natriumsilikat und Sägemehl wurde in zwischen der Doppelhaut bestimmter Safes eingesetzt. Dies macht sie nicht nur mehr feuerbeständig, sondern macht auch mit einem Schweißbrenner extrem schwierig offenen schneiden sie durch den Rauch emittiert.

Kristallgärten

Wenn Kristalle aus einer Reihe von Metallsalzen in einer Lösung von Wasserglas fallen gelassen werden einfache oder Verzweigungs Stalagmiten von farbigen Metallsilikate ausgebildet. Dieses Phänomen wurde von den Herstellern von Spielzeug und Chemie-Sets verwendet worden, um lehr Genuss für viele Generationen von Kindern aus dem Anfang des 20. Jahrhunderts bis in die Gegenwart zu schaffen. Eine frühe Erwähnung der Kristalle von Metallsalzen Bildung einer "chemischen Garten" in Natriumsilikat wird in der 1946 Modernes Mechanix Magazin gefunden. Verwendeten Metallsalze enthalten die Sulfate und / oder Chloride von Kupfer, Kobalt, Eisen, Nickel und Mangan.

Töpferwaren

Natriumsilikat wird ein Knistern Wirkung in der Keramik zu erstellen, in der Regel Rad-geworfen. Eine Vase oder Flasche wird auf dem Rad, ziemlich schmal und mit dicken Mauern geworfen. Natriumsilikat ist auf einem Abschnitt des Stücks gebürstet. Nach 5 Minuten wird die Wand des Teils nach außen mit einer Rippe oder Hand ausgestreckt. Das Ergebnis ist eine faltig oder rissig Look.

Es ist auch die wichtigsten Vertreter im "Zauberwasser", das verwendet wird, wenn Füge Ton Stücke, vor allem, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der beiden unterscheidet.

Abdichtung von Leckwasser enthaltenden Strukturen

Natriumsilikat mit Additiven wurde, um sie zu härten und dadurch Weiteres Auslaufen von hochradioaktivem Wasser aus der Fukushima Daiichi Kernkraftwerk in Japan im April zu verhindern, in den Boden eingespritzt wird, zur Kühlung der beschädigten 2011. Die Restwärme vom Wasser getragen verwendet Reaktoren beschleunigt die Einstellung des eingespritzten Gemisches.

Am 3. Juni 1958, die USS Nautilus, das weltweit erste Atom-U, besucht Everett und Seattle. In Seattle, Besatzungsmitglieder in Zivilkleidung, wurden geschickt, um heimlich zu kaufen 140 Liter eines Auto Produkt mit Natriumsilikat, um eine undichte Kühlersystem zu reparieren. Die Nautilus war auf dem Weg zum Nordpol auf einem Top Secret Mission zu überqueren der Nordpol getaucht.

Cartridges

Ein historischer Einsatz der Klebeeigenschaften des Natriumsilikaten ist die Herstellung von Papierkassetten für Schwarz von Colt Defense in der Zeit von 1851 bis 1873 hergestellte Pulver Revolver, vor allem während des amerikanischen Bürgerkriegs. Natriumsilikat wurde verwendet, um brennbare nitrierte Papier zusammen zu versiegeln, um eine konische Papierkassette, um den Schwarzpulver zu halten bilden, ebenso wie die Bleikugel oder konische Kugel in das offene Ende der Papierkassette zu zementieren. Solche Natriumsilikat zementiert Papierkassetten wurden in die Zylinder Revolver eingeführt, wodurch das Nachladen von Kappe und Ball Schwarzpulver Revolver Beschleunigung. Diese Verwendung weitgehend mit der Einführung der Colt-Revolver Einsatz ab 1873. Ebenso Messingmantelpatronen endete, wurde Natriumsilikat auch verwendet werden, um die Top-wad in Messing Schrotpatronen zu zementieren, wodurch jegliche Notwendigkeit für eine Kräuselung an der Spitze der Messing shotgun Beseitigung Shell, um eine Schrotpatrone zusammen zu halten. Nachladen Messing Schrotpatronen wurde weitgehend von selbstständig amerikanische Landwirte in den 1870er Jahren praktiziert wird, mit dem gleichen Wasserglas Material, das auch verwendet wurde, um Eier zu bewahren. Die Zementierung von Anfang wad auf einer Schrotflinte Shell bestand aus der Anwendung von 3 bis 5 Tropfen Wasserglas auf der Oberseite wad um es in die Messing Rumpf sichern. Messinghülsen für Schrotpatronen wurden durch Papier ersetzt Rümpfen etwa ab 1877. Die neueren Papierhüllen-Schrotpatronen verwendet ein Roll Crimp anstelle eines Wasserglasklebeverbindung, um die obere wad in der Schale zu halten. Während jedoch Messing Schrotpatronen mit Top-Bündel mit Wasserglas verklebt konnte nahezu unbegrenzt umgeladen werden, die Papierhülsen, die die Messinghülsen ersetzt konnte nur ein paar Mal neu geladen werden.

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