규산나트륨(규산소다)은 가용성규산염 중 가장 널리 사용되고 있는 무기화합물입니다. 일반적으로 Na2O-nSiO2-xH2O의 분자식으로 표현되며, 물에 대한 용해성이 있기 때문에 물유리(water glass)라고도 불리고 있습니다. 실리카(SiO2) 대 알칼리금속(Na2O)의 몰비와 농도에 따라 다양한 성질을 나타내며 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 액상규산나트륨의 몰비(molar ratio) 계산은 다음과 같습니다. 일반적으로 규산나트륨은 액상, 고형, 결정체, 비정질 분말로 상용되고 있습니다. [그림 1]은 규산나트륨의 상태도입니다.

규산나트륨 용액에는 규산이온 모노머, 폴리규산이온 및 콜로이드상의 규산이온 미셀(micelles)이 다양한 형태로 함께 존재합니다. 그 형태는 몰비와 농도에 따라 다른 것으로 알려져 있습니다. [그림2]는 광산란법에 의해 측정된 액상규산나트륨의 몰비와 평균 분자량의 관계를 나타냅니다.

규산나트륨의 원료인 규사(SiO2)의 융점은 1,710℃이고 탄산나트륨(Na2CO3)의 융점은 849℃입니다만, 고형 규산나트륨의 융점은 확실하게 나타나지 않습니다. 대체로 550~670℃에서 녹기 시작하여 730~870℃에서 유동이 시작되며 1,300℃ 이상 되면 완전히 융해됩니다.

액상규산나트륨의 비중(d)은 일반적으로 보오메도(Be')로 나타냅니다. 비중과 보오메도의 관계는 다음과 같습니다. 여기서 Be'는 보오메도이고 d는 비중을 나타냅니다. 온도가 1℃ 상승하면 보오메도는 0.04 내려갑니다. 온도변화에 따른 보오메도의 환산식은 다음과 같습니다.
여기서 Be'(t1)은 온도 t1에서의 보오메도이고, Be'(to)는 20℃에서의 보오메도를 나타냅니다. [그림 3]은 액상규산나트륨의 보오메도와 몰비의 관계를 보이고 있습니다.

액상규산나트륨의 점도는 몰비와 농도에 따라 다릅니다. 동일한 몰비에서는 농도와 온도에 따라 변합니다. 같은 몰비에서 농도가 상승하면 점도가 상승하고, 같은 몰비와 농도에서 온도가 상승하면 점도는 급격히 낮아집니다. 역으로 온도가 20℃ 이하로 내려가면 점도는 급격히 상승합니다.

3.2몰비와 38% 농도의 액상규산나트륨은 약 -2.5℃에서 결빙합니다만, 2.1몰비와 54% 농도의 액상규산나트륨은 -10℃에서도 얼지 않습니다. 그 중간의 2.5몰비와 50% 농도를 갖는 액상규산나트륨은 -5~-8℃에서 결빙됩니다. 몰비가 1.8 이하의 제품은 역으로 결빙이 아닌 결정이 생기기 쉬운 조건이 됩니다. 몰비가 0.5인 올소규산나트륨(sodium orthosilicates)의 경우는 상온에서도 수화결정이 생깁니다.

액상규산나트륨의 pH는 알칼리 영역에 있으며, 일반적으로 몰비와 농도에 따라 다릅니다.

규산염의 겔화 성질은 토양안정화 분야에도 사용되고 있습니다. 규산나트륨은 화학적 반응에 의해 공극이 많은 토양 구조를 견고화할 수 있기 때문에 토목기초공사에 널리 사용되고 있습니다. 댐, 탄광, 터널, 기타 굴착공사 시 규산나트륨으로 토양을 안정화 및 견고화시키면 상부로부터의 하중을 견디고 기초공사 중 측면 토양의 유실을 방지하며 지하수의 흐름을 차단할 수 있습니다. 토양의 공극사이로 액상규산염과 경화제가 침투하여 공극 내에서 겔화되면 토양구조가 개량되어 강도가 향상되고 투수성이 줄어듭니다. 이러한 목적으로 사용되는 규산염과 경화제를 ‘지반개량 주입재’ 또는 ‘화학적 그라우트’라고 합니다.

액상규산염은 지관, 합지 및 기타 여러 가지 재료의 접착제로 사용되고 있습니다. 액상규산나트륨은 초기 작업성 및 접착성, 접착강도가 우수한 경제적인 접착제입니다.

제지산업에서 액상규산나트륨은 탈묵제(de-inking), 사이징제, 코팅제, 표백제로 사용되고 있습니다. 액상규산나트륨은 과산화수소와 함께 섬유소 표백에 오래전부터 사용되어왔습니다. 규산나트륨이 중금속이온, 효소, 기타 처리상의 불순물을 적절히 안정화시켜주면 과산화수소는 훌륭하고 경제적인 표백제가 되며, 규산나트륨에 의해 처리액이 알칼리 pH 영역에서 정확히 완충(buffering)될 때 최적의 효과가 발휘하게 됩니다. 규산나트륨은 효과적이고 경제적인 안정제이며 완충제입니다.

많은 합성세제에 액상이나 건조된 과립형태로 규산나트륨이 사용됩니다. 그 응용의 범위는 금속세정, 섬유산업, 세탁소, 종이의 탈묵으로부터 그릇, 낙농설비, 병, 바닥, 기관용 세정제까지 다양합니다. 세제로서의 규산나트륨의 가치를 확고히 하는 기본 성질은 세탁액 중의 여러 가지 오염물질(때)에 대한 계면장력을 낮추고, 유화력과 분산력이 우수하고, 오염물을 중성화시키거나 비누화시키는데 필요한 알칼리를 제공하고 알칼리 완충작용이 뛰어나다는 것입니다.

액상규산나트륨을 산이나 수용성 염의 수용액과 반응시킴으로써 실리카 겔 및 복잡한 겔(gel) 상의 침전물을 만듭니다. 이들을 다른 물질들과 합성시켜 여러 촉매물질을 만들고 있습니다.

액상규산나트륨으로부터 제조되는 메타규산나트륨은 실리카 대 알칼리의 비율이 1:1인 규산나트륨으로서 결정체 또는 건조분말의 형태를 갖습니다. 메타규산나트륨의 알칼리 성분은 산성 오염물에 대해서 pH 값을 큰 변화 없이 유지하는 완충능력(buffering capability)이 있습니다. 주로 탈유제, 탈지제, 과수안정제, 나염/침염용 매염제, 각종 세제･세정제의 첨가제로 사용되고 있습니다. 메타규산나트륨의 녹는점은 수화 정도에 따라 큰 차이가 있습니다. 무수염(Na2O･SiO2)의 경우는 녹는점이 1089℃이지만 5수염(Na2O･SiO2･5H2O)과 9수염(Na2O･SiO2･9H2O)의 경우는 각각 72℃와 48℃로 낮습니다. 메타규산나트륨은 저밀도 시멘트 슬러리의 저가의 증량제(extender)로 사용됩니다. 다른 증량제에 비해 슬러리 무게 당 강도가 높고 저가이며 밀도를 낮출 수 있다. 수직 칼럼에 충진되는 저밀도 시멘트 슬러리에 사용합니다.

규산나트륨의 겔화 성질을 활용하는 또 하나의 분야가 주조산업입니다. 주조용 몰드와 코어를 만들기 위해 모래와 규산나트륨의 혼합물에 CO2 가스를 가하면 모래-규산나트륨 혼합물은 경화됩니다. 이를 CO2-프로세스라고 하며, 이것은 규산나트륨과 이산화탄소의 화학적 반응을 이용한 것입니다.

액상규산염은 수처리에서 알루미늄이나 철 성분의 염을 포함한 불순물을 응집시키는 응집보조제로서 사용됩니다. 물의 연화(softening)에서, 활성 실리카는 지하수 및 폐수처리에도 사용됩니다. 수처리 시스템에 소량의 규산나트륨을 첨가하면 금속 표면에 얇은 보호 필름을 침착시켜서 철의 부식을 방지할 수 있습니다. 알칼리 세정 작용에서도 세제 용액중에 규산나트륨이 존재하면 알루미늄의 손상을 방지할 수 있고 아연(zinc)의 손상을 저지시킬 수 있습니다. 규산나트륨으로부터 유도된 금속 보호 필름은 알칼리 용액에 의한 손상을 방지합니다.

액상규산염은 그 자체로 또는 적절히 개량되어 도료 및 코팅제 제조에 사용되고 있습니다.