Natriumsilikat

Wässrige Lösungen von Alkalisilikaten der allgemeinen Zusammensetzung:

x cdot SiO_2 cdot y cdot M_2O cdot z cdot H_2O

Für M können die Alkaliionen Li+,K+ oder Na+ stehen.

In der Gruppe der Silikatbinderlösungen haben besonders die Natron- teilweise auch Kaliwasserglaslösungen (s. Wasserglas) Bedeutung erlangt. Die Kleb- und Bindewirkung dieser Lösungen wird seit Jahrzehnten in der Gießereitechnik genutzt.

Die beinahe unbegrenzten Rohstoffressourcen und das günstige Umweltverhalten haben in den letzten Jahren die Bemühungen verstärkt, noch vorhandene Nachteile zu überwinden. Die nachgewiesenen verschiedenen polymeren Silikatarten, ihre Vernetzungsformen und der Polymerisationsmechanismus unterscheidet sich von den organischen Bindersystemen grundsätzlich. Damit finden die vergleichsweise verminderten Festigkeitseigenschaften von wasserglasgebundenen Formstoffen ihre Erklärung.

Mit den in der Praxis angewendeten chemischen Härtungsverfahren (s. Härtung) werden die Bindeeigenschaften nur zu etwa 10 bis 20 % ausgeschöpft. Lediglich durch eine physikalische, teilweise auch chemische Dehydration können spezifische Festigkeitswerte erzielt werden, die denen organischer Bindersysteme nahe kommen.

Als Formstoffbinder kommen bevorzugt Wasserglaslösungen zur Anwendung, die durch Zusatz von Natronlauge ein Molverhältnis SiO2 : Na2O von 2,5 bis 2,8 (s. a. Wasserglasmodul) aufweisen und durch Wasserverdampfung in der Feststoffkonzentration erhöht werden. Ein nachfolgendes Dekantieren bzw. Filtrieren dient zur Abscheidung von Verunreinigungen (Erdalkali-, Eisen- und Aluminiumverbindungen).

Abweichungen im Gemengeansatz sowie in den Schmelz- und Lösebedingungen können sich deutlich auf die Wasserglasqualität auswirken. Das betrifft neben der Viskosität auch die Ausbildung unterschiedlicher Strukturen der Silikatanionen. Der Einstufenprozess erzeugt Wasserglaslösungen durch eine direkte Umsetzung von Kieselsäure mit Natronlauge. Ausgangsprodukte sind Kieselgur oder feinvermahlener Quarzsand. Es sind allgemein höhere Temperaturen und verlängerte Reaktionszeiten erforderlich.

Für Formstoffbinder sind allgemein Alkalilösungen mit hoher SiO2-Konzentration bei möglichst geringem Alkalianteil wünschenswert. Art und Anteil der eingesetzten Alkalien bestimmen die SiO2-Konzentration, bei der die Lösung noch stabil ist. Im Hinblick auf das Härtungsprinzip prägen Vorgänge der Abspaltung bzw. chemischen Bindung von Wasser und die sich bildende Gelstruktur die Formstoffeigenschaften. Prinzipiell beruht das Härtungsprinzip auf einer Sol-Gel-Umwandlung durch Dehydration des Wassers aus der Binderlösung.

Weiterführende Stichworte:
Anorganische Bindersysteme
Na-Wasserglas
Wasserglas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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