Silicagel: So funktioniert das Trockenmittel.
Ob in der Industrie, 3D-Druck, im Maschinenbau, in der Pharma- oder Lebensmittelbranche – Silicagel kommt überall dort zum Einsatz, wo Feuchtigkeit kostspielige Schäden verursacht. Für Großkunden, die größere Mengen der Trockenperlen einsetzen, lohnt sich ein genauer Blick auf die Funktionsweise, Vorteile und Wahl der richtigen Silicagel-Variante.
Hier gibt es alle Infos zu:
Funktion Einsatzbereiche Trockenmittel Vergleich das richtige Silicagel wählen
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Was ist Silicagel?
Silicagel - auch Kieselsäure oder Kieselgel genannt - ist eine chemische Verbindung aus Silizium und Sauerstoff (Siliziumdioxid, SiO₂), die sowohl natürlich vorkommt als auch synthetisch hergestellt werden kann. Als Material ist es chemisch stabil und inert, reagiert also nur sehr selten mit anderen Stoffen. Seine Hauptaufgabe: Feuchtigkeit aus der direkten Umgebung aufnehmen.
Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein gewöhnliches Granulat, in ihrem Inneren sind die Trockenperlen jedoch hochkomplex: Unzählige Poren prägen die Struktur und schaffen eine enorme innere Oberfläche. In diesen Poren kann Silicagel große Mengen Feuchtigkeit aufnehmen, während seine form nach wie vor fest bleibt.
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!
Adsorption vs. Absorption. Kleiner aber feiner Unterschied.
Um die Funktionsweise von Silicagel zu verstehen, hilft die Unterscheidung zwischen dem Vorgang der Adsorption und der Absorption. Bei beiden wird Feuchtigkeit aufgenommen, aber über andere Wege:
Adsorption
= Oberflächenprozess
Die Wassermoleküle dringen nicht in das Innere der Perlen ein, sondern lagern sich nur in den Poren auf ihrer Oberfläche an, wo sie dank physikalischer Wechselwirkungen festgehalten werden.
Absorption
= Volumenprozess
Die Wassermoleküle dringen tief in das Innere des Materials ein und die Feuchtigkeit wird mit in das Volumen aufgenommen. Vergleichbar wäre ein Schwamm, der sich mit Wasser vollsaugt.
Silicagel macht sich das Prinzip der Adsorption zu Nutze. Diese Art der Feuchtigkeitsaufnahme erfolgt rein physikalisch (Physisorption) und ohne chemische Verbindungen. Silicagel (Siliziumdioxid) bildet dazu an seiner Oberfläche Silanolgruppen, die sowohl partiell negativ geladene Sauerstoffatome als auch partiell positiv geladene Wasserstoffatome besitzen. Dank der ebenfalls polaren Struktur von Wasser (H₂O) entsteht eine starke elektrostatische Anziehung zwischen den Silanolgruppen am Silicagel und den Wassermolekülen, wodurch Feuchtigkeit effektiv gebunden werden kann.
Typische Einsatzfelder für Silicagel.
Die Einsatzmöglichkeiten von Silicagel sind breit gefächert. Als effektives Trockenmittel schützt es empfindliche Anlagen und Produkte zuverlässig vor erheblichen Schäden durch Feuchtigkeit, wo sonst Rost, Schimmel, Kurzschlüsse oder auch allgemein Qualitätsverluste entstehen würden. Je nach Produktspezifikationen verändern sich die Adsorptions-Charakteristiken von Silicagel und damit auch seine möglichen Einsatzgebiete. In großen Mengen findet man es häufig in:
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 Druckluftaufbereitung
Inhalt folgt
Vorteile gegenüber anderen Trockenmitteln.
Die Welt der Trockenmittel beschränkt sich nicht nur auf Silicagel. Darüber hinaus gibt es mit Tonerde (Betonit), Molekularsiebe oder auch aktiviertem Aluminiumoxid weitere gebräuchliche Optionen, die alle individuelle Vor- und Nachteile bieten.
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.
Eine weitere Alternative sind Molekularsiebe. Diese eignen sich ebenfalls zur Aufnahme von Feuchtigkeit und können sogar bis in den ppm-Bereich trocknen. Sie sind jedoch primär für spezielle Anwendungen konzipiert worden. Neben Wassermolekülen können sie je nach Variante eine ganze Reihe bestimmter Moleküle aufnehmen. Damit geht es nicht mehr nur um reine Feuchtigkeitskontrolle als Trockenmittel, sondern auch um selektive Adsorption als Adsorbens. Dieser Faktor spiegelt sich auch im höheren Preis wider.
Aktiviertes Aluminiumoxid bietet ebenfalls eine gute Feuchtigkeitsaufnahme, wird aber auch zur Trennung von bspw. Fluoriden eingesetzt. Es fällt weniger in den Bereich der Standard-Trockenmittel, da es aufgrund seiner robusten Eigenschaften und geringeren Aufnahmekapazität eher in industriellen Umgebungen eingesetzt wird.
Verwendung als Adsorbens.
In der Regel wird Silicagel als Standard-Trockenmittel zur Luftentfeuchtung verwendet. In manchen Fällen werden spezielle Silicagel-Varianten auch als Adsorbens verwendet, das heißt sie nehmen nicht nur Feuchtigkeit, sondern noch weitere Moleküle aus ihrer Umgebung auf:
- Spezielles Weißes Silicagel in Pressure-Swing-Adsorption-Prozessen (PSA) zur Adsorption von CO₂
- Silicagel in Pulverform für die Dünnschicht- und Säulen-Chromatographie. Das Pulver wird verwendet, um in diesem äußerst sensiblen Prozess bestimmte Stoffe aus Proben zu trennen
Das richtige Silicagel für Ihre Anforderungen wählen.
Unternehmen, die Silicagel in großen Mengen einkaufen, sollten bei der Auswahl nicht nur auf den Preis achten. Silicagele variieren in ihrer Porengröße, Körnung, Zusätzen wie Farbindikatoren, aber auch in der Materialzusammensetzung bei Spezialvarianten. Zusätzlich spielen auch die Umgebungsbedingungen am Einsatzort einen maßgebenden Faktor, die bei der Entscheidung zu beachten sind:
Silicagel als Rohmaterial ist ohne weitere Zusätze rein weiß bzw. farblos. Um ein einfaches visuelles Ablesen des Sättigungszustandes zu ermöglichen – also 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 nicht zugelassene, schädliche Inhaltsstoffe verwenden.
Silicagele lassen sich grundlegend in eng- und weitporige Varianten unterscheiden:
- Engporiges Silicagel (2-3nm) bindet bereits bei niedriger Luftfeuchte ab 10%rF Wassermoleküle in seinen Poren, ist in Umgebungen mit 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 relativ niedrig ist.
Mehr über Porengrößen erfahren
Trockenmittel werden in verschiedenen Körnungen hergestellt. Die Wahl dieser Körnung beeinflusst die Adsorptionseigenschaften des Silicagel und kann je nach Einsatzzweck individuell angepasst werden. Kurz gesagt gilt dabei:
- Feine Körnungen nehmen schnell Feuchtigkeit auf, sind jedoch anfälliger gegenüber Schäden unter anspruchsvollen Prozessbedingungen
- Grobe Körnungen nehmen Feuchtigkeit langsamer auf, sind dafür aber deutlich stabiler – vor allem wenn sie hohem Druck ausgesetzt sind
Worauf beim Einsatz zu achten ist.
Auch wenn Silicagel viele Vorteile bietet, hängt seine Wirksamkeit direkt von der richtigen Anwendung ab. Ein wichtiger Punkt ist die initiale Wahl der Porenweite (engporig/weitporig) und der Körnung. Die Porenweite beeinflusst maßgeblich das Adsorptionsverhalten unter gegebenen Umständen. Kleine Körner haben eine größere Oberfläche und nehmen Feuchtigkeit schneller auf, sind aber schneller gesättigt. Größere Körner reagieren langsamer, sind dafür aber robuster, besonders bei hohen Volumenströmen in technischen Anlagen. Abhängig von den spezifischen Anforderungen kann auch die Wahl eines mit Aluminiumoxid optimierten Silicagel Sinn machen.
Je höher die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, desto stärker variiert die Adsorptionsleistung der verschiedenen Silicagele. In einigen Fällen empfiehlt sich der Einsatz von Indikator-Silicagel, das durch einen Farbumschlag anzeigt, wann es gesättigt ist und ausgetauscht werden muss, um Ausfälle und Schäden zu verhindern.
Mechanische Stabilität
Silicagel Alumina-Varianten sind robuster bei hohen Volumenströmen und hoher Belastung
Lufteuchtigkeit
Moderate-Hohe Luftfeuchte = Weitporig / Niedrig- Moderate Luftfeuchte = Engporig
Farbindikator
Bietet visuelle Kontrolle, wann das Silicagel keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann.
Körnung
Kleine Körner nehmen schneller Wasser auf, Größere Körner sind dafür robuster
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Marco Kolbus
Sales and Product Manager
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FAQ zu Silicagel.
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