Silicagel. So funktioniert das Trockenmittel.
Silicagel kommt überall dort zum Einsatz, wo Feuchtigkeit kostspielige Schäden verursacht. Hinter den kleinen Kugeln steckt aber mehr Magie, als man auf den ersten Blick denken mag.
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Was ist Silicagel?
Silicagel - auch Kieselsäure oder Kieselgel genannt - ist eine chemische Verbindung aus Silizium und Sauerstoff (Siliziumdioxid, SiO₂), die meist in kleinen Kugeln geformt ist. Ihre Hauptaufgabe: Feuchtigkeit aus der direkten Umgebung aufnehmen.
Hinter den unscheinbaren Kugeln steckt ganz schön viel, wenn man sie näher unter dem Mikroskop betrachtet. In ihrem Inneren befinden sich unzählige Poren die zusammen eine enorme innere Oberfläche schaffen – fast 3 Tennisfelder pro Gramm Silicagel. In diesen Poren können sich große Mengen an Wassermolekülen anlagern.
Luft enthält Feuchtigkeit
Umgebungsluft enthält Wasserdampf – auch wenn wir ihn nicht sehen. Diese unsichtbare Feuchtigkeit kann Schaden verursachen.
Silicagel
Trockenperlen haben eine enorm große und polare Oberfläche. Sie ziehen Wassermoleküle physikalisch an und binden sie - ganz ohne den Einsatz von Chemikalien.
Luft wird trockener
Die gebundene Feuchtigkeit bleibt an der Oberfläche des Granulat gebunden und die Luftfeuchtigkeit in der umgebenden Luft kann erfolgreich gesenkt werden.
Kontrolle per Farbindikator
Viele Silicagel-Varianten zeigen durch einen Farbwechsel an, wann sie gesättigt sind und kein weiteres Wasser mehr aufnehmen können. Zeit, die Trockenperlen auszutauschen!
Wie kann Silicagel Feuchtigkeit aufnehmen?
Wassermoleküle in der Luft sind kleiner als die Porenöffnung an der Oberfläche des Silicagels. Dadurch können sie leicht in diese eindringen und werden dort von physikalischen Kräften an der Oberfläche festgehalten.
Adsorption
= physikalische Wechselwirkung
Die Wassermoleküle lagern sich in den Poren auf ihrer Oberfläche an, wo sie dank physikalischer Wechselwirkungen festgehalten werden (Physisorption).
Polare Wassermoleküle gehen dank der elektrostatischen Anziehung eine temporäre Bindung mit der polaren Oberfläche des Silicagels ein.
Absorption
= typischerweise eine chemische Reaktion (z.B. mit Calciumchlorid)
Wassermoleküle dringen tief in das Innere des Materials ein und die Feuchtigkeit wird mit in das Volumen aufgenommen.
Der Vorgang ist dabei oft nicht reversibel und das Trockenmittel nicht wiederverwendbar.
Typische Anwendungen für Silikagel.
Als effektives Trockenmittel schützt es empfindliche Anlagen und Produkte zuverlässig vor Schäden durch Feuchtigkeit, wo sonst Rost, Schimmel, Kurzschlüsse oder Qualitätsverluste entstehen würden.
Schutz von Isolieröl in Transformatoren
Durch Temperaturschwankungen im Betrieb entstehen im Isolieröltank Über- und Unterdruck, der durch ein Belüftungsventil am Transformator ausgeglichen wird.
Durch dieses "Atmen" wird mit einströmender Luft auch Luftfeuchtigkeit ins System eingebracht. Filtergehäuse gefüllt mit Silicagel trocknen einströmende Luft und verhindern teure Schäden durch Korrosion.
Filamenttrocknung im 3D-Druck
Filament ist hygroskopisch und nimmt während der Lagerung Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf. Wenn das Filament später beim Druck erhitzt wird, verdampft das Wasser plötzlich und bildet Blasen. So entsteht Stringing und eine ungleichmäßige Extrusion.
Besonders bei Materialien wie Nylon, PETG und PLA wird Silicagel genutzt, um Filament bei der Lagerung trocken zu halten.
Adsorptionstrockner in der Druckluftaufbereitung
Druckluft unterliegt in der Industrie strengen Vorgaben. Eine davon ist eine gewisse Trockenheit, um Anlagen vor Restfeuchtigkeit im Luftstrom zu schützen.
Daher kommen sogenannte Adsorptionstrockner zum Einsatz, die unter anderem mit Silicagel gefüllt sind. Dieses trocknet effektiv die durchströmende Luft.
Vorteile gegenüber anderen Trockenmitteln.
Silicagel bietet Eigenschaften, die es sowohl für industrielle Großkunden als auch für den privaten Gebrauch attraktiv machen. Es zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Aufnahmekapazität aus und kann bis zu 35% Prozent seines Eigengewichts an Wasser binden. Das entspricht 350g Wasser bei 1kg Granulat. Die Regeneration ist ebenfalls einfach im Haushaltsofen bei Temperaturen von 120-140°C umsetzbar.
Im Vergleich zu Calciumchlorid, das sich beim Binden von Wasser teilweise verflüssigt, bietet Silicagel den Vorteil, dass es während dem gesamten Prozess formstabil bleibt. Zudem reagiert es nur in seltenen Fällen chemisch mit anderen Stoffen, ist geruchlos und ungiftig. Das macht es auch in sensiblen Branchen wie der Pharmaindustrie oder Lebensmittelbranche einsetzbar, wo auch schon kleinste Kontaminationen nicht tragbar sind.
Eigenschaft | Ton (Bentonit) | Calciumchlorid | Silicagel | Molekularsieb | Aktiviertes Aluminiumoxid |
|---|---|---|---|---|---|
Anwendung | Entfeuchtung | Entfeuchtung | Entfeuchtung | Selektive Adsorption, tiefes Trocknen | Selektive Adsorption, robuste Eigenschaften |
Feuchtigkeitsaufnahme | Moderat (~20%) | Sehr hoch (~200%) | Hoch (~35%) | Moderat (~25%) | Moderat (~25%) |
Form während der Adsorption | Quillt | Verflüssigt sich | Unverändert | Unverändert | Unverändert |
Reaktion mit anderen Substanzen | Bildet chemische Verbindungen | Bildet chemische Verbindungen | Chemisch inert | Chemisch inert | Chemisch inert |
Wiederverwendbarkeit | Regenerierbar | Nein | Regenerierbar | Regenerierbar | Regenerierbar |
Die richtige Silicagel für Ihre Anforderungen auswählen.
Silicagele variieren in ihrer Porengröße, Körnung, Zusätzen wie Farbindikatoren, aber auch in der Materialzusammensetzung bei Spezialvarianten. Spezifische Prozessumgebungen sind ausschlaggebend dafür, welches Silicagel am besten geeignet ist.
Um schnell zu bestimmen, wie viel Feuchtigkeit die Trockenmittelperlen aufgenommen haben, können spezifische Farbindikatoren dem Material hinzugefügt werden. Diese ändern allmählich die Farbe, wenn der Feuchtigkeitsgehalt steigt, und signalisieren, wann das Silikagel keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann und ersetzt werden muss.
Häufige Varianten sind orange/grün und orange/farblos Kombinationen. Andere Farbkombinationen, wie blau/rosa oder blau/weiß (blaues Gel), werden nicht empfohlen, da sie schädliche Substanzen enthalten. 
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Silikagel kann grob in engporige und weitporige Varianten kategorisiert werden:
Engporiges Silikagel (2–3 nm) bindet Wassermoleküle in seinen Poren selbst bei niedrigen Feuchtigkeitsniveaus (ab 20 % RH), wird jedoch schnell in Umgebungen mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit gesättigt.
Weitporiges Silikagel (6–12 nm) ist bei höheren Feuchtigkeitsniveaus (über 60 % RH) am effektivsten. Seine großen Poren können schnell erhebliche Mengen Wasser aufnehmen, aber es hat Schwierigkeiten, effektiv zu funktionieren, wenn die Luftfeuchtigkeit bereits niedrig ist.
Standard-Silikagel besteht typischerweise aus 99 % reinem Siliziumdioxid (SiO₂). Um ihre Adsorptionseigenschaften zu verbessern, kann eine bestimmte Menge Aluminiumoxid (Al₂O₃) in die Struktur der Trockenmittelperlen integriert werden.
Das Aluminiumoxid erhöht die mechanische Stabilität (Druckfestigkeit), Hitzebeständigkeit, und Trocknungsleistung bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit.
Ein besonders hoher Gehalt an Aluminiumoxid (>10%) macht die Kügelchen widerstandsfähig gegen flüssiges Wasser, wodurch sichergestellt wird, dass sie bei Kontakt ihre Form nicht verlieren.
Trockenmittel werden in verschiedenen Korngrößen hergestellt. Die Wahl der Korngröße beeinflusst die Adsorptionseigenschaften und kann je nach beabsichtigter Anwendung angepasst werden:
- Feine Körner nehmen Feuchtigkeit schnell auf, verursachen jedoch Druckabfälle und potenziell mehr Abrieb.
- Große Körner nehmen Feuchtigkeit langsamer auf, sind jedoch deutlich stabiler – insbesondere bei hohen Drücken.
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