Als wichtige anorganische Verbindung wird Zinkoxid in vielen Bereichen eingesetzt. Je nach Klassifizierungskriterien kann es auf verschiedene Arten kategorisiert werden. Verschiedene Zinkoxidarten weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, die ihre spezifischen Funktionen und Anwendungen bestimmen. Die folgenden Abschnitte erläutern die Klassifizierungen, Unterschiede und Funktionen verschiedener Zinkoxidarten.
1. Klassifizierung nach Partikelgröße
(I) Gewöhnliches Zinkoxid
Gewöhnliches Zinkoxid hat typischerweise eine Partikelgröße von über 100 Nanometern. Es verfügt über eine gewisse Deckkraft und Farbstärke und wird häufig in traditionellen Industrien wie der Gummi-, Beschichtungs- und Keramikindustrie verwendet.
In der Gummiindustrie ist es ein wichtiger Vulkanisationsaktivator. Es erhöht die Vulkanisationsgeschwindigkeit und den Vernetzungsgrad von Gummi und verbessert dadurch die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Gummiprodukten, wie Zugfestigkeit und Verschleißfestigkeit. In Beschichtungen dient es als Weißpigment und bietet hohe Deckkraft und Wetterbeständigkeit.
(II) Nano-Zinkoxid
Nano-Zinkoxid hat eine Partikelgröße von 1 bis 100 Nanometern. Aufgrund seiner geringen Größe, Oberflächen- und Quantengrößeneffekten weist es einzigartige Eigenschaften auf.
In der Katalyse sorgen die große spezifische Oberfläche und die hohe Oberflächenaktivität für mehr aktive Stellen für chemische Reaktionen, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht und die katalytische Effizienz verbessert wird. In Sonnenschutzkosmetik bieten die hervorragenden Absorptions- und Streueigenschaften von Ultraviolett wirksamen Schutz vor UV-Schäden. Im Vergleich zu herkömmlichen Sonnenschutzmitteln ist Nano-Zinkoxid dünner, transparenter und weniger fettend.
Bei antibakteriellen Anwendungen interagiert es mit bakteriellen Zellmembranen, zerstört deren Struktur und verursacht Zelltod. Es zeigt signifikante antibakterielle Wirkungen gegen Escherichia coli, Staphylococcus aureus und andere Bakterien.
2. Klassifizierung nach Produktionsprozess
(I) Indirektes Zinkoxid
Es wird aus Zinkbarren durch Hochtemperatur-Sublimationsoxidation hergestellt.
Es weist eine hohe Reinheit von 99,5% – 99,7%, eine relativ große Partikelgröße und eine enge Verteilung auf. Es wird häufig in der Gummireifenindustrie eingesetzt, da es die Vulkanisationsaktivität von Gummi effektiv verbessern, die Haftung zwischen Gummi und Stahlcord erhöhen und die Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Reifen verbessern kann. In der Elektronikindustrie wird es aufgrund seiner guten elektrischen Leistungsstabilität auch zur Herstellung elektronischer Komponenten wie Varistoren verwendet.
(II) Direktes Zinkoxid
Es wird größtenteils aus Zinkerz durch direkte Oxidation, Röstung und andere Verfahren hergestellt.
Es weist eine relativ geringe Reinheit (im Allgemeinen 95% – 98%) und einen relativ hohen Verunreinigungsgehalt auf. Es wird häufig in der Keramikindustrie verwendet, um die Sintertemperatur von Keramik zu senken und deren Dichte und Glanz zu verbessern. In der Glasherstellung kann es die Transparenz und chemische Stabilität von Glas erhöhen.
(III) Nasschemisches Zinkoxid
Es wird durch chemische Reaktionen in Lösungen hergestellt, beispielsweise durch Niederschlagsverfahren, Sol-Gel-Verfahren usw.
Partikelgröße und -morphologie lassen sich präzise steuern, und das Produkt weist eine hohe Reinheit sowie eine kleine und gleichmäßige Partikelgröße auf. Dies bietet klare Vorteile bei der Herstellung von elektronischen Hochleistungsgeräten. Beispielsweise kann es zur Herstellung von Zinkoxid-Dünnschichttransistoren verwendet werden, da die geringe Partikelgröße und die gute Gleichmäßigkeit die Leistung und Stabilität des Geräts verbessern. Bei der Herstellung von Leuchtstoffen lassen sich die Leuchteigenschaften von Zinkoxid durch die Steuerung der Reaktionsbedingungen präzise steuern.
3. Klassifizierung nach Verwendung
(I) Zinkoxid für Gummi
Es ist ein wichtiger Wirkstoff im Vulkanisationsprozess von Gummi. Es kann mit Stearinsäure, Beschleunigern usw. kombiniert werden, um einen aktiven Komplex zu bilden, die Vulkanisationsgeschwindigkeit zu beschleunigen und die Vernetzungsdichte sowie die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des vulkanisierten Gummis, wie Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Verschleißfestigkeit, zu verbessern. Es wird häufig bei der Herstellung von Gummiprodukten wie Reifen, Schläuchen und Bändern verwendet.
(II) Zinkoxid für Beschichtungen
Als Weißpigment verfügt es über eine gute Deckkraft und Tönungskraft und kann die Weiße und Helligkeit der Beschichtung verbessern.
Gleichzeitig kann es die Witterungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Antistaubeigenschaften der Beschichtung verbessern und eignet sich für Bautenanstriche, Industrieanstriche und andere Bereiche.
(III) Zinkoxid für die Medizin
Es wirkt adstringierend, juckreizstillend und antibakteriell.
Es kann zur Herstellung äußerlicher Salben, Pasten usw. zur Behandlung von Hautentzündungen, Ekzemen und anderen Hautkrankheiten verwendet werden. Beispielsweise kann die übliche Zinkoxidsalbe die Haut schützen, die Wasserverdunstung reduzieren und die Wundheilung fördern.
(IV) Zinkoxid für Futtermittel
Als Zinkquellenzusatz im Tierfutter versorgt es die Tiere mit dem für das Wachstum erforderlichen Zinkelement.
Die richtige Zugabe kann das Wachstum und die Entwicklung der Tiere fördern, die Immunität verbessern und die Krankheitsresistenz erhöhen. Es sollte jedoch sachgemäß angewendet werden. Hohe Dosen können zu Darmschäden bei Tieren und Umweltverschmutzung führen. Beispielsweise kann die Zugabe einer angemessenen Menge Zinkoxid zum Ferkelfutter das Auftreten von Durchfall reduzieren, hohe Dosen sind jedoch gesetzlich beschränkt.
4. Einfluss unterschiedlicher Prozessprinzipien auf die Produktleistung
(I) Indirekte Methode
1. Prozessprinzip
Bei der indirekten Methode werden üblicherweise hochreine Zinkbarren als Rohstoffe verwendet. Die Zinkbarren werden zunächst auf etwa 1000 °C erhitzt, um zu schmelzen und zu Zinkdampf zu verdampfen.
Anschließend wird der Zinkdampf unter Hochtemperaturbedingungen mit heißer Luft oder Sauerstoff oxidiert, wodurch Zinkoxid entsteht. Die chemische Reaktionsgleichung lautet: 2Zn + O₂ → 2ZnO. Dabei ist die Oxidation des Zinkdampfes der entscheidende Schritt. Faktoren wie Reaktionstemperatur und Sauerstoffzufuhr haben einen wichtigen Einfluss auf die Entstehung und Leistung von Zinkoxid.
2. Auswirkungen auf die Produktleistung
Das mit dieser Methode hergestellte Zinkoxid weist eine hohe Reinheit von über 99% und einen geringen Verunreinigungsgehalt auf. Es eignet sich für Bereiche mit strengen Reinheitsanforderungen, wie beispielsweise Elektronik und Medizin.
Die Produktpartikelgröße ist relativ groß, üblicherweise im Bereich von 0,1–10 μm, mit enger Partikelgrößenverteilung und guter Dispergierbarkeit, was die Anwendung in Gummi, Beschichtungen und anderen Bereichen begünstigt und die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Produkts verbessern kann. Die Kristallstruktur ist relativ vollständig und die Kristallinität hoch, was dem Produkt eine gute physikalische und chemische Stabilität verleiht. Seine Leistung ändert sich in rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit kaum.
(II) Direkte Methode
1. Prozessprinzip
Das direkte Verfahren basiert auf zinkhaltigen Rohstoffen wie Zinkerz und Zinkasche. Üblicherweise werden die Rohstoffe mit Reduktionsmitteln wie Koks vermischt und anschließend bei hohen Temperaturen (1000–1300 °C) reduziert und geröstet.
Die zinkhaltige Verbindung wird zu Zinkdampf reduziert, wobei auch die Verunreinigungen in den Rohstoffen entsprechend reagieren. Der Zinkdampf gelangt anschließend in die Oxidationskammer und reagiert mit Luft oder Sauerstoff zu Zinkoxid. Dieser Prozess beinhaltet komplexe Reduktions- und Oxidationsreaktionen, und Faktoren wie Rohstoffzusammensetzung, Reduktionsmitteldosierung und Temperatur haben großen Einfluss auf die Produktqualität.
2. Auswirkungen auf die Produktleistung
Da die Rohstoffe Verunreinigungen enthalten, ist die Produktreinheit im Vergleich zur indirekten Methode relativ geringer (im Allgemeinen 95%–98%). Durch Prozessoptimierung und anschließende Behandlung kann die Reinheit jedoch verbessert werden. Es eignet sich für Bereiche, in denen keine extrem hohe Reinheit erforderlich ist, wie z. B. Keramik und Glas.
Die Partikelgröße und -verteilung des Produkts werden stark von den Rohstoffen und den Prozessbedingungen beeinflusst. Die Partikelgröße kann ungleichmäßig sein, was eine genaue Prozesskontrolle zur Verbesserung erfordert. Die Kristallstruktur kann aufgrund von Verunreinigungen und schnellen Oxidationsprozessen Defekte aufweisen, die die elektrischen und optischen Eigenschaften beeinträchtigen.
In einigen Anwendungsszenarien mit hohen Leistungsanforderungen sollte es mit Vorsicht verwendet werden.
(III) Nasschemisches Zinkoxid
1. Prozessprinzip
Bei der nasschemischen Methode handelt es sich um eine Reihe chemischer Reaktionen, die in einem Lösungssystem durchgeführt werden, um Zinkoxid herzustellen.
Gängige Verfahren sind das Fällungsverfahren und das Sol-Gel-Verfahren. Bei der Fällung werden üblicherweise Zinksalze (z. B. Zinknitrat, Zinkacetat) und Fällungsmittel (z. B. Natriumhydroxid, Ammoniakwasser) in einer Lösung gemischt. Durch die Steuerung der Reaktionsbedingungen (z. B. pH-Wert, Temperatur, Reaktionszeit usw.) reagieren Zinkionen mit dem Fällungsmittel zu Zinkhydroxidniederschlägen. Anschließend wird der Niederschlag gefiltert, gewaschen, getrocknet und kalziniert, um Zinkoxid zu erhalten. Die chemische Reaktionsgleichung lautet: Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓, Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O (Kalzinierung).
Bei der Sol-Gel-Methode werden Metallsalze oder Metallalkoxide zunächst in einem organischen Lösungsmittel hydrolysiert und polykondensiert, um ein Sol zu bilden. Anschließend werden sie gealtert, um ein Gel zu bilden, und schließlich getrocknet und kalziniert, um Zinkoxid zu erhalten.
2. Auswirkungen auf die Produktleistung
Durch die genaue Kontrolle der Reaktionsbedingungen können Partikelgröße, Morphologie und Struktur des Produkts präzise gesteuert werden.
Bei der Herstellung von nanoskaligem Zinkoxid beispielsweise kann die Partikelgröße nur wenige Nanometer bis hin zu mehreren zehn Nanometern betragen, was einzigartige Vorteile in den Bereichen Katalyse und antibakterielle Wirkung bietet. Das Produkt weist eine hohe Reinheit auf. Durch die Auswahl hochreiner Rohstoffe und geeignete Wasch- und Trennschritte können Verunreinigungen effektiv entfernt werden, um Anwendungen mit hohen Reinheitsanforderungen zu erfüllen. Die während des Herstellungsprozesses eingesetzten organischen Reagenzien und komplexen Reaktionsbedingungen können jedoch zu Produktagglomerationen führen und die Leistung beeinträchtigen. Maßnahmen wie die Zugabe von Dispergiermitteln und die Optimierung der Prozessbedingungen sind erforderlich, um dieses Problem zu lösen.
Über Epic Powder Machinery
Epische Pulvermaschinen ist ein führender Hersteller von fortschrittlichen Pulververarbeitungsanlagen und spezialisiert auf Systeme zur Feinmahlung, Klassifizierung und Oberflächenmodifizierung. Mit jahrzehntelanger Branchenerfahrung und europäischen Kerntechnologien bietet Epic Powder maßgeschneiderte Lösungen für Zinkoxid und andere Feinmaterialien und unterstützt Kunden dabei, die Produktleistung, -konsistenz und -produktionseffizienz in Branchen wie der Elektronik-, Gummi-, Keramik- und Pharmaindustrie zu verbessern.
