Kieselsäuren
| Strukturformel | |
|---|---|
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| Allgemeines | |
| Name | Kieselsäure |
| Andere Namen | Kieselerde |
| Summenformel | SiO2 · n H2O |
| CAS-Nummer | - |
| Kurzbeschreibung | - |
| Eigenschaften | |
| Molmasse | - g/mol |
| Aggregatzustand | - |
| Dichte | - kg/m³ |
| Schmelzpunkt | - °C |
| Siedepunkt | - °C |
| Dampfdruck | - Pa (x °C) |
| Löslichkeit | - |
| Sicherheitshinweise | |
| Gefahrensymbole | |
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| R- und S-Sätze |
R: |
| MAK | - |
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |
Als Kieselsäuren werden die Sauerstoffsäuren des Siliciums (SiO2 · n H2O) bezeichnet. Im Deutschen hat es sich eingebürgert, auch alle möglichen Formen von synthetischem Siliciumdioxid allgemein als Kieselsäure zu bezeichnen.
Orthokieselsäure Si(OH)4 / H4SiO4 ist eine sehr schwache Säure. Sie entsteht durch Zersetzung von Siliciumtetrahalogeniden mit Wasser. Weitere Wasserabspaltungen führen zur Orthodikieselsäure H6Si2O7 und zur Metakieselsäure (H2SiO3). Wird auch das letzte Wasser entfernt, entsteht das Kieselsäureanhydrid SiO2.
In der Natur kommen Stützgerüste aus Kieselsäureanhydrid in pflanzlichen und tierischen Lebewesen vor, etwa bei den im Meer weit verbreiteten Kieselalgen (Diatomeen) und Strahlentierchen (Radiolarien) sowie beim Schachtelhalm. Die Kieselsäureanhydrid-Skelette abgestorbener Kieselalgen und Strahlentierchen sinken auf den Meeresgrund, reichern sich dort an und bilden Ablagerungen aus Kieselgur (Diatomeenerde) bzw. Radiolarienschlamm. Ablagerungen aus dem Miozän enthalten 70-90% SiO2, 3-12% Wasser und Spuren von Metalloxiden.
Kieselsäure kommt auch im Grundwasser vor. Das Regen- oder Sickerwasser, das durch die Bodenschichten nach unten rinnt und Kohlensäure enthält, nimmt aus den Silikaten der Bodenminerale Kieselsäure auf. Daher enthält Trinkwasser auch geringe Mengen an Kieselsäure. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt Kieselsäureanhydrid die Bezeichnung E 551.
Als Kieselgel bezeichnet man eine kolloide Kieselsäure von elastischer bis fester Beschaffenheit, meist in Pulverform vorliegend. Sie wird z.B. als Trocknungsmittel für flüssige Medien eingesetzt.
Kieselerde
Kieselerde besteht zu etwa 94 Prozent aus Siliciumdioxid. Weitere Bestandteile sind kleinere Mengen Eisen, Kalzium, Magnesium, Phosphor und Aluminium. Kieselerde wird aus sedimentierten Kieselalgenschalen (Kieselgur) hergestellt (abgebaut, gereinigt und gemahlen). Es wird allgemein angenommen, dass Kieselerde hilfreich für die Neubildung von Haut, Haaren, Nägeln, Zähnen, Knochen und (Binde-)Gewebe ist. Der wissenschaftliche Nachweis dazu ist jedoch bisher nicht erbracht. Die vom Körper benötigte Menge Siliciumdioxid sollte normalerweise über die normale Ernährung gedeckt sein. Eine Überdosierung könnte eventuell die Bildung von Nierensteinen begünstigen. Der wissenschaftliche Nachweis dazu ist jedoch ebenfalls bisher nicht erbracht.
Industrielle Nutzung
Industriell werden Kieselsäureanhydrid-Produkte, sogenannte Kieselgele, gefällte Kieselsäuren und pyrogene Kieselsäuren, großtechnisch hergestellt.
Kieselgele und gefällte Kieselsäuren erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit Schwefelsäure in saurem bzw. basischem Milieu:
Pyrogene Kieselsäuren werden durch Reaktion von Siliciumtetrachlorid mit Wasser, welches in einer Wasserstoffflamme gebildet wird, hergestellt, wobei Chlorwasserstoff-Gas entweicht:
Hersteller (Auswahl):
- Degussa AG: Gefällte Kieselsäuren (SIPERNAT®, ULTRASIL® und SIDENT®) und pyrogene Kieselsäuren (AEROSIL®, AERODISP®, AEROXIDE®, sowie AEROPERL®). Kieselsäure ist auch der Basisstoff aus dem die Mattierungsmittel dieses Unternehmens hergestellt werden. Sie werden unter dem Markennamen ACEMATT® vertrieben.
- Wacker Chemie AG: Pyrogene Kieselsäuren HDK®.
Du Pont gefällte Kieselsäuren mit den Markennamen: LoVel (Mattierungsmittel) und HiSil (technische Füllstoffe, z.B. Reifen)
Hersteller von Kieselgel/Kieselsäuren:
Grace, Marke: Syloid
Fuji, Marke: Sylysia
Bad Kostrizer, Marke: Köstrosorb
Ineos, Marke: Gasil, NeoSyl
Cabot, Marke: Cab-O-Sil
Anwendungen pyrogener Kieselsäuren
Anwendungen finden pyrogene Kieselsäuren z.B.:
- In Kunststoffen und Klebstoffen zur Verdickung/Thixothropierung, als Antiabsatzmittel, zur Verstärkung und Antiblocking.
- In Farben und Lacken auch als Korrosionsschutz und zur Verbesserung der Kratzfestigkeit.
- In Druckfarben zur Verbesserung der Druckschärfe und zur Pigmentdispergierung.
- In Pharmazie und Kosmetik als Konsistenzregler, Fließregulierungsmittel und zur Verbesserung des Freisetzverhalten von Tabletten und Kapseln.
- Pulver aus pyrogener Kieselsäure (fumed silica) wird als Stützkern bei der Herstellung von evakuierten Dämmmaterialien verwendet (VIP = Vakuum Isolations Paneele bzw. VIS = Vakuum Isolation Sandwichelemente). Das hochporöse Material erreicht schon bei relativ niedrigen Anforderungen an das anliegende Vakuum (etwa unterhalb 10 mbar) hervorragende Wärmeleitfähigkeitswerte.
- Entschäumerzusatz.
Anwendungen gefällter Kieselsäuren
Typische Anwendungen für gefällte Kieselsäuren sind z.B.:
- Folien für Batterieseperatoren.
- Zusätze zu Reifen, Schuhsohlen und anderen Gummiartikeln (z.B. auch Handytastaturen) um Abriebsfestigkeit zu erhöhen und Nassrutschverhalten und Rollwiderstand zu verbessern.
- Zusätze, die das Fließverhalten von Futtermitteln, Suppen- und Getränkepulvern oder anderen Substanzen, die nicht verbacken sollen (zum Beispiel das Pulver in Feuerlöschern), verbessern.
- Beschichtungen für Inkjetpapiere, die schnelles Trocknen und eine bessere Druckqualität ermöglichen.
- Entschäumer in Waschmitteln.
- Proteinadsorber bei der Bierherstellung.
- Mattierungsmittel für Lacke besonders Klarlacke im Holzbereich und Automobil-Innenbereich
Ernährung
Silicium geht in die Bildung von Haut, Haaren und Bindegewebe ein.
Vorkommen: Vollkorngetreide (z.B. Hafer, Gerste, Hirse, Weizen), Kartoffeln, ferner ballaststoffreiches Gemüse und Obst sowie in den Sprossen des Bambus.
Traditionell wird Kieselerde als Nahrungsergänzung angeboten.
Mattierungsmittel
Als Mattierungsmittel in Lacken werden sowohl gefällte Kieselsäuren, Kieselgel-Kieselsäuren und eine pyrogene Kieselsäure eingesetzt. Die Mattierungswirkung besteht in der Bildung einer Mikrostruktur während der Lacktrocknung. An den so entstehenden Bergen und Tälern werden die Lichtstrahlen in alle Richtungen gestreut. Daraus ist ersichtlich, daß die Mattierungswirkung vom Ausmaß des Schrumpfes des Lackfilmes durch Lösemittelverdunstung und von der Teilchengröße (genauer von der Agglomeratgröße) abhängt. Einen gewissen Einfluss hat auch die Porösität der Kieselsäuren.
Siehe auch
- Zur Ernährung: