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.
Air contains moisture
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
= meist chemische Reaktion bei z.B. 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 Einsatzfelder für Silicagel.
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
Kunststoff-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 TPU 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 bei niedrigen Temperaturen von 120-140°C umsetzbar.
Im Vergleich zu Calciumchlorid, das sich beim Binden von Wasser teilweise verflüssigt, bleibt Silicagel durchgehend formstabil. 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.
Das richtige Silicagel für Ihre Anforderungen wählen.
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.
Farbindikatoren
Um immer schnell zu sehen, wie viel Feuchtigkeit die Trockenperlen bereits aufgenommen haben, können dem Material bestimmte Farbindikatoren zugegeben werden. Diese verändern mit einem steigenden Feuchtigkeitsgehalt graduell ihre Farbe und signalisieren so, wann das Silicagel keine weitere Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann und ausgetauscht werden muss.
Gebräuchlich sind dabei die Varianten Orange/Grün und Orange/Farblos. Von anderen Farbkombinationen wie Blau/Rosa oder Blau/Weiß (Blaugel) ist abzuraten, da diese schädliche Inhaltsstoffe verwenden.
Porengröße
Silicagele lassen sich grundlegend in eng- und weitporige Varianten unterscheiden:
- Engporiges Silicagel (2-3nm) bindet bereits bei niedriger Luftfeuchte ab 20%rF Wassermoleküle in seinen Poren, ist in Umgebungen mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit jedoch schnell gesättigt.
- Weitporiges Silicagel (6-12nm) spielt seine Vorteile bei höheren Luftfeuchten über 60%rF aus. Die großen Poren können schnell viel Wasser aufnehmen, tun sich aber schwer, wenn die Luftfeuchtigkeit bereits niedrig ist.
Aluminiumoxid-Anteil
Standard-Silicagele bestehen in der Regel zu 99% aus reinem Siliciumdioxid (SiO₂). Um ihre Adsorptionseigenschaften zu verbessern, kann der Struktur der Trockenperlen ein Anteil Aluminiumoxid (Al₂O₃) beigemischt werden.
Das Aluminiumoxid erhöht die mechanische Stabilität (Druckfestigkeit), die Hitzebeständigkeit und Trocknungsleistung der Perlen bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit.
Ein besonders hoher Alumina-Anteil (>10%) sorgt dafür, dass die Kugeln beständig gegenüber flüssigem Wasser werden und bei Kontakt nicht ihre Form verlieren.
Körnung
Trockenmittel werden in verschiedenen Körnungen hergestellt. Die Wahl dieser Körnung beeinflusst die Adsorptionseigenschaften und kann je nach Einsatzzweck angepasst werden:
- Feine Körnungen nehmen schnell Feuchtigkeit auf, sorgen jedoch für Druckverluste und potentiell mehr Abrieb
- Grobe Körnungen nehmen Feuchtigkeit langsamer auf, sind dafür deutlich stabiler – vor allem wenn sie hohem Druck ausgesetzt sind
