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Bei löslichen Silikaten – insbesondere bei Natrium-, Kalium und Lithiumsilikaten – handelt es sich im allgemeinen nicht um definierte stöchiometrische chemische Substanzen (mit bestimmter chemischer Formel und Molekulargewicht), sondern um Gläser oder wässrige Lösungen von Gläsern, die sich aus Kombinationen von Alkalimetalloxid und Siliziumoxid in unterschiedlichen Verhältnissen ergeben.

Die Zusammensetzung löslicher Alkalisilikate wird allgemein durch die folgende Formel beschrieben:

M₂O • nSiO₂

Hier entspricht M entweder Na, K oder Li und n ist das Molverhältnis (molar ratio – MR), das die Anzahl der Mole Siliziumdioxid (SiO₂) je Mol Alkalimetalloxid (M₂O) wiedergibt.

In der Industrie ist es gängige Praxis, das Gewichtsverhältnis (weight ratio – WR) SiO₂ : M₂O anzugeben. Dieses errechnet sich aus dem MR nach folgenden Beziehungen:

Alle oben genannten Alkalisilikate sind alkalische Substanzen, wobei die pH-Werte der konzentrierten Produkte im allgemeinen zwischen 10 und 13 liegen. Die Alkalität der Produkte erhöht sich in dem Maß, in dem sich das MR oder WR erniedrigt.

Wasserglasherstellung

Ausgangsstoffe zur Herstellung von Wasserglas sind Quarzsand und Alkalicarbonat (z.B. Soda für Natriumcarbonat, bzw. Pottasche für Kaliwasserglas). Alle Rohstoffe müssen von hoher Reinheit sein, da sich bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte die Verunreinigungen nachteilig auf den Schmelzprozess und die Produkteigenschaften auswirken.

Je nach gewünschter Zusammensetzung werden Sand und Alkalikarbonat im erforderlichen Gewichtsverhältnis miteinander vermischt und als Gemenge kontinuierlich dem Schmelzofen zugeführt. Der Schmelzprozess findet bei Temperaturen zwischen 1200°C und 1500°C statt. Das erstarrte, abgekühlte Schmelzprodukt (Stückenglas) wird unter Druck und erhöhter Temperatur in rotierenden oder stehenden Autoklaven gelöst. Die auf diese Weise entstandenen Lösungen werden filtriert und dienen als Ausgangsprodukte für entsprechende Modifizierungen oder kommen direkt in den Handel.

Schmelz-Löse-Prozess

M₂CO₃ + n SiO₂ → M₂O • n SiO₂ + CO₂ (M = Na, K)

Eine weitere Möglichkeit insbesondere zur Herstellung von niedrigmoduligen Wassergläsern ist der Nassaufschluss (Hydrothermalprozess). Hierbei wird z.B. Quarzsand in der entsprechenden Alkalihydroxidlösung aufgeschlämmt und unter erhöhtem Druck und Temperatur gelöst.

Hydrothermalprozess (Nassaufschlussverfahren)

2 MOH + n SiO₂ → M₂O • n SiO₂ + H₂O (M = Na, K)

Verantwortung gegenüber Mensch und Umwelt

Alkalisilikate wurden schon vor mehreren Tausend Jahren vom Menschen hergestellt; im industriellen Maßstab werden sie seit Anfang des 19. Jahrhunderts produziert und angewendet. Diese langjährige Erfahrung im Umgang sowie umfassende toxikologische und ökologische Untersuchungen dokumentieren, dass bei verantwortungsbewusstem und sachgerechtem Umgang (unter Beachtung des prinzipiell alkalischen Charakters) von dieser Produktklasse keine Gefährdung für den Menschen und die Umwelt ausgeht.