Door Stan Aberdeen – Bijgewerkt op 24 maart 2022

TRAVELARIUM/iStock/GettyImages

Natriumsilicaat, gewoonlijk “waterglas” genoemd, is een veelzijdig materiaal met uitgebreide commerciële en industriële toepassingen. Het bestaat uit een silicium-zuurstofpolymeerskelet die watermoleculen in de matrix kan huisvesten. Afhankelijk van de beoogde toepassing wordt het geproduceerd als vaste stof of als dikke vloeistof.

Moleculaire samenstelling

In tegenstelling tot eenvoudige ionische zouten is natriumsilicaat een silicium-zuurstofpolymeer dat ionische natriumplaatsen (Na⁺) bevat. De silicium-zuurstof-siliciumbindingen zijn covalent, waardoor het materiaal een plasticachtig karakter krijgt. De polaire aard van de zuurstof- en natriumatomen zorgt ervoor dat het polymeer watermoleculen kan opnemen, waardoor waterhoudende allotropen ontstaan (Wells, "Structural Inorganic Chemistry").

Synthese

De commerciële productie van natriumsilicaat omvat doorgaans het laten reageren van natriumcarbonaat (Na₂CO₃) met siliciumdioxide (SiO₂) bij hoge temperaturen, waardoor beide reactanten smelten. Dit proces levert een product op dat zowel efficiënt als schaalbaar is voor industrieel gebruik (Greenwood, "Chemistry of the Elements").

Fysieke eigenschappen

Producten van PQ Corporation vertonen dichtheden variërend van 1,6 gcm⁻³ tot ongeveer 1,4 gcm⁻³. Natriumsilicaat kan verschijnen als een witte vaste stof of als vloeistoffen met variërende helderheid (van helder tot ondoorzichtig of zelfs stroperig), afhankelijk van de productieomstandigheden (PQ, "Sodium Silicates. Products and Specifications").

Toepassingen

Het gebruik van natriumsilicaat varieert afhankelijk van de kwaliteit en formulering. Zo benadrukt Schundler Company bijvoorbeeld zijn rol als door warmte geactiveerd afdichtmiddel in metalen componenten. Wanneer het vloeibare “waterglas” in een spleet wordt gegoten, infiltreert het in alle spleten; verwarming tot ongeveer 200°F verdrijft water, waardoor een harde, broze afdichting achterblijft (Schundler, "Silicate Composites for High-Temperature Insulation"). Andere veel voorkomende toepassingen zijn brandwerende coatings, waterzuiveringsmiddelen en als bindmateriaal in de bouw.

Huidig onderzoek

Er wordt onderzoek gedaan om de thermische geleidbaarheid van natriumsilicaat te benutten voor warmteafvoer in elektronische apparaten. Naarmate elektronische circuits dichter worden, wordt warmtebeheer van cruciaal belang. Studies bij SUNY onderzoeken thermische interfacematerialen, optimale dikte en drukomstandigheden om de warmteoverdracht te verbeteren en verdere miniaturisatie te ondersteunen (SUNY, "Sodium Silicate Thermal Interface").