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タイトル:製品情報

サブタイトル:珪酸ソーダ


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項目:珪酸製品
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 珪酸ソーダ
特性 製造法 規格 用途 カタログダウンロード・お問合せ
 
序文:珪酸ソーダ


画像:珪酸ソーダ


 特性

 ◆特性
 珪酸ソーダガラスの融点 はっきりとした融点は示しませんが、大体550〜670℃の
間で軟化し、730〜780℃の間で流動を始めます。
 現在市販されている珪酸ソーダの中では、無水メタ珪酸ソーダが最も高い流動点を示します。(真の融点1089℃)
 図-1にNa2O-SiO2系の状態図を示します。
図-1
 種類 珪酸ソーダは一般にNa2O・nSiO2・mH2Oの分子式で表され、係数n即ちSiO2・Na2Oの分子比がモル比と呼ばれ、SiO2及びNa2O成分の重量比とモル比の関係は次の式で示されます。

モル比=重量比(SiO2%・Na2O%)×Na2Oの分子量/SiO2の分子量=重量比(SiO2%・Na2O%)×1.032

珪酸ソーダの物性と用途はモル比によって異なり、現在n=0.5〜4.0位の範囲で生産されています。nが1以下のものは結晶性珪酸ソーダと呼ばれ、nが1以上の物は非結晶性でモル比を連続的に変化させることが可能で、水溶液あるいは粉末品として市販されています。一般に水ガラスや珪酸ソーダと呼ばれているものは水溶液のものです。

図-2にNa2O−SiO2−H2O三成分系の等温断面を示します。

1はオルソ珪酸ソーダを含む高アルカリ混合物
2はメタ珪酸ソーダ及びその水和物のアルカリ結晶領域
3は工業用ガラスが生産される領域
4は水和無定型粉末領域
5は工業用珪酸ソーダ溶液が生産されている領域
6は部分的に結晶化した混合物
7は水和ガラス
8は半固体状物質
9は非常に粘稠な液体
10は非常に希薄な液体
11は不安定な液体とゲルなどの領域です。
図-2
 構造 珪酸ソーダの溶液は種々の量の珪酸イオンモノマー、ポリ珪酸イオン及びコロイド状珪酸イオンミセルなどを含み、これらのタイプ、分布及びイオンとミセルの大きさは、珪酸ソーダの種類、つまりSiO2/Na2Oのモル比と濃度に依存することが知られてます。モル比が1(メタ珪酸ソーダ)あるいは、それよりモル比の低いものについては、主として珪酸イオンモノマーが存在し、高モル比の溶液については、珪酸イオンモノマーのほかにダイマー(二量体)さらにポリ珪酸イオンミセルが含まれます。ポリ珪酸イオンミセルの濃度はモル比が高くなるにつれて増加します。
図-3に光散乱法によって測定した珪酸ソーダ溶液の平均分子量を示します。
図-3
 比重 比重を表す場合、ボーメ度(重ボーメ度)を用いる場合がます。
ボーメ度の計量法での定義は、”1から比重を表す数値の逆数を減じた数値を、144.3倍した値”ということになっています。
詳しくはカタログからダウンロードしてご覧下さい。
カタログ:PDFファイル カタログ(約2,436KB)
 粘度 珪酸ソーダ溶液の粘度はモル比、濃度、温度などによって著しく変化致します。
即ち濃度が同じ場合、より高モル比の方が粘度は高くなります。
また、同モル比の場合は、濃度が高いほど温度変化に伴う粘度変化は大きくなります。図-5
図-5
 pH 珪酸ソーダ溶液のpHは、モル比及び濃度によって変化します。また、酸での電位差滴定によれば、珪酸ソーダのpHは、ほとんど中和が完了されるまで維持されることが分かり、リン酸塩のようなアルカリの2倍程度の緩衝作用があり、この緩衝作用はモル比が高いほど大きくなります。
図-6にモル比とpHの関係を示します。
図-6
 凝固点 珪酸ソーダ溶液の凝固点は、3号珪酸ソーダでは約−3℃ですが、1号珪酸ソーダではボーメ度が52以上のものはマイナス50℃になっても粘度は高くなるものの凝固はしません。
尚、凝固した珪酸ソーダは加温することによって元の溶液に戻りますが、不均一な溶液となることがありますので、十分に撹拌する必要があります。
図-7
 比熱 現在市販されている珪酸ソーダ溶液の比熱は、0.7〜0.9Kcal/kg(25℃)程度で、濃度が同じであればモル比の高い方が比熱は小さくなり、モル比が同じ場合は濃度が高い方が比熱は小さくなります。
 科学的性質 ◇酸との反応
珪酸ソーダ溶液に酸を添加すると、アルカリの中和につれpHが低下し、珪酸イオン又は、ポリ珪酸イオン同士の重合(シロキサン結合の生成)が進み、粘度が上昇します。さらに進むとゲル状に硬化します。例えば硫酸との反応は次のようになります。

Na2O・nSiO2 + H2SO4 + (m−1)H2O → nSiO2・mH2O・NaSO4

粘度の上昇、ゲル化の速度は、酸の種類、量、濃度、温度によって異なりますが、約pH1.8で最も遅くなり、約pH7.5の時に最も速くなります。また、pH10.2以上では安定な溶液となります。

図-8に硫酸を用いた場合の3号珪酸ソーダの濃度とpHとゲルタイムの関係を示します。
図-8
◇多価金属イオンとの反応
珪酸ソーダ溶液は、Ca、Mg、Al、Baなどの多価金属イオンと反応して、不溶性の珪酸塩金属水和物や珪酸などを同時に生成してゲル化します。例えば水酸化カルシウムとの反応は次のようになります。

Na2O・nSiO2+ Ca(OH)2 + mH2O → CaO・nSiO2・mH2O・2NaOH(一部SiO2になります)

このような反応で得られる珪酸化合物は、金属イオンと珪酸イオンとの存在量に応じて種々の比率の物が生成します。
◇有機化合物との反応
グリオキザールなどの多価アルコール、酢酸エステルは、ともにアルカリ存在下で酸を生成し、中和反応により珪酸ソーダをゲル化させます。エチルアルコールなどの有機溶媒を加えてもゲル化しますが、これは単なる脱水によるもので、水を加えると再び溶解します。

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 製造法

 珪酸ソーダの製造法には乾式法と湿式法があり、当社では乾式法で製造しています。

図:製造法

 規格

 ◆規格 J I S規格表・K1408
  種類
1号 2号 3号 メタ珪酸ナトリウム
1種 2種
 外観 水あめ状の無色ないしわずかに着色した液体 白色粉末
または粒状
白色結晶
 比重 (15℃Be') 54以上 40以上
 二酸化珪素
(SiO2 %)
35〜38 34〜36 28〜30 27.5〜29 19〜22
 酸化ナトリウム
(Na2O %)
17〜19 14〜15 9〜10 28.5〜30 20〜22
 鉄 (Fe %) 0.03以下 0.03以下 0.02以下
 水不溶分 (%) 0.2以下 0.2以下 0.2以下

 ◆当社製品規格例
 品種 1号59 1号54 1号50 2号 3号 4号 5号
 SiO2 % 35.0〜38.0 31.6〜34.9 28.8〜33.4 27.7〜29.4 28〜30 23.5〜25.5 24.0〜27.2
 Na2O % 17.0〜19.0 15.0〜17.0 13.7〜16.3 11.5〜12.5 9.0〜10.0 7.0〜8.0 6.6〜7.6
 モル比 2.0〜2.2 2.0〜2.3 2.0〜2.3 2.4〜2.5 3.1〜3.3 3.3〜3.5 3.6〜3.8
 比重(20℃) 1.67〜1.71 1.59〜1.62 1.53〜1.58 1.45〜1.47 1.39〜1.42 1.30〜1.34 1.30〜1.40
 粘度 cp 1500〜8000 260〜2000 100〜150 100〜250 20〜50 20〜50
 Fe % 0.02以下 0.02以下 0.02以下 0.02以下 0.02以下 0.02以下 0.02以下
 水不溶分
     %
0.015以下 0.015以下 0.015以下 0.015以下 0.015以下 0.015以下 0.015以下

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 用途

◆用途
 土木(地盤改良剤) 軟弱地盤の工事において土木工事の能率の向上と作業の安全のため、地盤強化および止水を目的とし薬液注入工法が行われます。珪酸ソーダは、この薬液注入工法の主剤または助剤として使用されています。
 無水珪酸 無水珪酸は微粉末珪酸またはホワイトカーボンとも呼ばれる無定型のシリカであり、シリカゲル、ゴム・プラスチックの補強充填剤、農薬の分散、製紙軽量化、塗料のつや消し、合成樹脂の改質等に使用されています。シリカゲルは多孔性の無定型シリカであり用途は多岐に渡っているが乾燥剤としての需要が最も多い。
珪酸ソーダはこれらの原料として使用されています。
 石けん・合成洗剤 合成洗剤のビルダー及び石けんの添加剤に使用されています。
珪酸ソーダは下記等の作用があります。
 
 ・粒子を分散させ、洗浄物への再付着を防止する。
 ・Ca、Mgイオンをキレート化し、界面活性剤の不溶化を防ぐ。
 ・酸性物質をケン化し、液をアルカリ性に保ち、油分を易溶性にする。
 ・噴霧乾燥性を高め、洗剤の吸湿固化性を改良する。
 ・アルカリに腐食されやすい金属に対する腐食防止。
 ・漂白剤の自己分解を抑制する
 鋳物 鋳物を製造する際の鋳型用砂の硬化剤として使用されています。
鋳物砂に珪酸ソーダを添加し、成形後CO2ガスを吹き込み硬化させる方法と鋳物砂に珪酸ソーダと硬化剤を加え自然に硬化させる方法があります。
 紙・パルプ パルプを過酸化水素などで漂白する際、珪酸ソーダを添加すると微量金属による漂白剤の自己分解を抑制し、同時に汚れの分散懸濁を効果的に行うことが出来ます。珪酸ソーダは適当な強さのアルカリ剤として故紙繊維(再生紙原料)の離解を促進し脱墨及びビルダー効果を発揮し、さらに漂白剤の安定化にも寄与するため広く使用されています。
 合成ゼオライト 珪酸ソーダとアルミン酸ソーダ等を用いて合成される結晶性アルミノ珪酸塩で、組成は単純であるにもかかわらず、独特な結晶構造・細孔・吸着分離性・イオン交換性などの特性を有しています。そのため吸着剤・分子ふるい・イオン交換体・触媒その他に広く使われています。
 溶接棒 溶接棒表面のフラックスの結合剤として使用されています。
珪酸アルカリは溶接炎の安定、フラックスの溶融温度の調整の効果があります。
 窯業 珪酸ソーダの優れた接着性を利用して、耐火物、耐酸物の結合剤、粘土の沈降分散剤、陶土の解膠剤などに使用されています。
 接着剤 無機繊維・建材・鋳型の接着剤、コーティング剤・シーリング剤など耐熱性・耐火性が要求される用途に使用されています。
 繊維 絹の精錬、染色工業、捺染の媒染剤、繊維に重量感と独特の手ざわりを与える等の目的で古くから用いられています。また紙と同様に漂白する際の安定剤・分散剤として使用されています。
 水道 河川水中の微量不純物除去のため硫酸アルミニウムと併用して凝集剤として使われています。
 その他 ◇オルソ珪酸ソーダ・メタ珪酸ソーダ
不ケン化油の脱脂にも有効で単独または界面活性剤との併用により優れた洗浄効果を発揮します。オルソ:金属メッキ、塗装前処理の表面油分洗浄など。 メタ:ドライクリーニングの洗浄剤など。
◇粉末珪酸ソーダ
含水物と無水物があり、含水物は界面活性剤・ソーダ灰・漂白剤などと配合し粉末状洗剤組成物の原料となる。また耐火物の骨材とあらかじめ混合し使用直前に水と混練する用途等があります。無水物は吹きつけ材、キャスタブル及び不焼成レンガへの用途があります。
◇高純度シリカ
半導体封止材料のフィラー、高純度水ガラス・高純度シリカゲルの原料、特殊コンクリート補強材、樹脂の熱及び電気特性改良用フィラー、ファインセラミックス、電子材料用特殊研磨剤等、高機能性材料として利用されています。

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