Natriumsilikat:Kemi, applikationer og nye varmestyringsforskning

Af Stan Aberdeen – Opdateret 24. marts 2022

TRAVELARIUM/iStock/GettyImages

Natriumsilikat, almindeligvis kaldet "vandglas", er et alsidigt materiale med omfattende kommercielle og industrielle anvendelser. Den består af en silicium-oxygen polymer rygrad, der kan være vært for vandmolekyler i sin matrix. Afhængigt af den påtænkte anvendelse fremstilles den som et fast stof eller en tyk væske.

Molekylær sammensætning

I modsætning til simple ioniske salte er natriumsilikat en silicium-oxygenpolymer, der indeholder ioniske natrium (Na⁺)-steder. Silicium-ilt-siliciumbindingerne er kovalente, hvilket giver materialet en plastisk-lignende karakter. Den polære natur af oxygen- og natriumatomerne gør det muligt for polymeren at inkorporere vandmolekyler, hvilket producerer vandholdige allotroper (Wells, "Structural Inorganic Chemistry").

Syntese

Den kommercielle produktion af natriumsilicat involverer typisk omsætning af natriumcarbonat (Na2CO3) med siliciumdioxid (SiO2) ved høje temperaturer, der smelter begge reaktanter. Denne proces giver et produkt, der er både effektivt og skalerbart til industriel brug (Greenwood, "Chemistry of the Elements").

Fysiske egenskaber

Produkter fra PQ Corporation udviser tætheder i området fra 1,6 gcm⁻³ til ca. 1,4gcm⁻³. Natriumsilikat kan fremstå som et hvidt fast stof eller som væsker med varierende klarhed – fra klar til uigennemsigtig eller endda sirupsagtig – afhængigt af fremstillingsbetingelserne (PQ, "Sodium Silicates. Products and Specifications").

Applikationer

Anvendelsen af natriumsilikat varierer med kvalitet og formulering. For eksempel fremhæver Schundler Company sin rolle som varmeaktiveret tætningsmiddel i metalkomponenter. Når det hældes i en revne, infiltrerer det flydende "vandglas" alle sprækker; opvarmning til ca. 200°F fjerner vandet og efterlader en hård, skør forsegling (Schundler, "Silicate Composites for High-Temperature Insulation"). Andre almindelige anvendelser omfatter brandbestandige belægninger, vandrensningsmidler og som bindemateriale i byggeriet.

Nuværende forskning

Forskning er i gang for at udnytte natriumsilikats termiske ledningsevne til varmeafledning i elektroniske enheder. Efterhånden som elektroniske kredsløb bliver tættere, bliver varmestyringen kritisk. Undersøgelser ved SUNY udforsker termiske grænsefladematerialer, optimal tykkelse og trykforhold for at forbedre varmeoverførsel og understøtte yderligere miniaturisering (SUNY, "Sodium Silicate Thermal Interface").