Essendo un importante composto inorganico, l'ossido di zinco è ampiamente utilizzato in molti campi. A seconda dei criteri di classificazione, può essere classificato in diversi modi. Diversi tipi di ossido di zinco presentano proprietà diverse, che ne determinano le funzioni e le applicazioni specifiche. Le sezioni seguenti illustrano le classificazioni, le differenze e le funzioni delle varie forme di ossido di zinco.
1. Classificazione in base alla dimensione delle particelle
(I) Ossido di zinco ordinario
L'ossido di zinco comune ha in genere particelle di dimensioni superiori a 100 nanometri. Possiede un certo potere coprente e un buon potere colorante ed è ampiamente utilizzato in settori tradizionali come quello della gomma, dei rivestimenti e della ceramica.
Nell'industria della gomma, è un attivatore di vulcanizzazione essenziale. Aumenta la velocità di vulcanizzazione e il grado di reticolazione della gomma, migliorando così le proprietà fisiche e meccaniche dei prodotti in gomma, come la resistenza alla trazione e all'usura. Nei rivestimenti, funge da pigmento bianco, offrendo un elevato potere coprente e resistenza agli agenti atmosferici.
(II) Ossido di zinco nano
L'ossido di zinco nano ha particelle di dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri. Grazie alle sue dimensioni ridotte, agli effetti superficiali e agli effetti quantici, presenta proprietà uniche.
Nella catalisi, la sua ampia superficie specifica e l'elevata attività superficiale forniscono più siti attivi per le reazioni chimiche, accelerando così la velocità di reazione e migliorando l'efficienza catalitica. Nei cosmetici solari, le sue eccellenti capacità di assorbimento e diffusione dei raggi ultravioletti offrono un'efficace protezione dai danni dei raggi UV. Rispetto alle creme solari tradizionali, il nanoossido di zinco è più sottile, più trasparente e meno untuoso.
Nelle applicazioni antibatteriche, interagisce con le membrane cellulari batteriche, alterandone la struttura e causandone la morte cellulare. Mostra significativi effetti antibatterici contro Escherichia coli, Staphylococcus aureus e altri batteri.
2. Classificazione per processo produttivo
(I) Ossido di zinco indiretto
Viene realizzato a partire da lingotti di zinco tramite ossidazione a sublimazione ad alta temperatura.
Presenta un'elevata purezza (99,5% – 99,7%), una granulometria relativamente grande e una distribuzione ristretta. È comunemente utilizzato nell'industria degli pneumatici in gomma, dove può migliorare efficacemente l'attività di vulcanizzazione della gomma, migliorare l'adesione tra gomma e cordolo d'acciaio e aumentare la resistenza e la resistenza all'usura degli pneumatici. Nell'industria elettronica, viene utilizzato anche per la produzione di componenti elettronici come i varistori, grazie alla sua buona stabilità delle prestazioni elettriche.
(II) Ossido di zinco diretto
Viene ricavato principalmente dal minerale di zinco mediante tostatura per ossidazione diretta e altri processi.
Presenta una purezza relativamente bassa, generalmente compresa tra 95% e 98%, e un contenuto di impurità relativamente elevato. È comunemente utilizzato nell'industria ceramica per ridurre la temperatura di sinterizzazione e migliorarne la densità e la lucentezza. Nella produzione del vetro, può aumentarne la trasparenza e la stabilità chimica.
(III) Ossido di zinco chimico umido
Si prepara mediante reazioni chimiche in soluzioni, come il metodo della precipitazione, il metodo sol-gel, ecc.
Le dimensioni e la morfologia delle particelle possono essere controllate con precisione e il prodotto presenta un'elevata purezza, dimensioni ridotte e uniformi. Presenta evidenti vantaggi nella preparazione di dispositivi elettronici ad alte prestazioni. Ad esempio, può essere utilizzato per preparare transistor a film sottile in ossido di zinco, grazie alle sue dimensioni ridotte e alla buona uniformità, che ne migliorano le prestazioni e la stabilità. Nella preparazione di materiali luminescenti, le proprietà luminescenti dell'ossido di zinco possono essere controllate con precisione controllando le condizioni di reazione.
3. Classificazione per uso
(I) Ossido di zinco per gomma
È un agente attivo chiave nel processo di vulcanizzazione della gomma. Può essere combinato con acido stearico, acceleranti, ecc. per formare un complesso attivo, accelerare la velocità di vulcanizzazione e migliorare la densità di reticolazione e le proprietà fisiche e meccaniche della gomma vulcanizzata, come resistenza alla trazione, alla lacerazione e all'usura. È ampiamente utilizzato nella produzione di prodotti in gomma come pneumatici, tubi flessibili e nastri.
(II) Ossido di zinco per rivestimenti
Essendo un pigmento bianco, ha un buon potere coprente e colorante e può migliorare il grado di bianco e la brillantezza della vernice.
Allo stesso tempo, può migliorare la resistenza agli agenti atmosferici, la resistenza alla corrosione e le proprietà antipolvere del rivestimento, ed è adatto per rivestimenti architettonici, rivestimenti industriali e altri settori.
(III) Ossido di zinco per uso medico
Ha effetti astringenti, antipruriginosi e antibatterici.
Può essere utilizzato per preparare unguenti, paste, ecc. per uso esterno, per trattare infiammazioni cutanee, eczemi e altre patologie cutanee. Ad esempio, il comune unguento all'ossido di zinco può proteggere la pelle, ridurre l'evaporazione dell'acqua e favorire la guarigione delle ferite.
(IV) Ossido di zinco per mangimi
Come additivo fonte di zinco nei mangimi per animali, fornisce agli animali l'elemento zinco necessario per la crescita.
Un'adeguata integrazione può promuovere la crescita e lo sviluppo degli animali, migliorare l'immunità e aumentare la resistenza alle malattie. Tuttavia, è fondamentale utilizzarlo correttamente. Dosi elevate possono causare danni intestinali agli animali e inquinamento ambientale. Ad esempio, l'aggiunta di una quantità adeguata di ossido di zinco alla dieta dei suinetti può ridurre l'incidenza della diarrea, ma dosi elevate sono limitate dalle normative.
4. Effetto dei diversi principi di processo sulle prestazioni del prodotto
(I) Metodo indiretto
1. Principio di processo
Il metodo indiretto utilizza solitamente lingotti di zinco ad alta purezza come materia prima. I lingotti di zinco vengono prima riscaldati a circa 1000 °C per fondersi ed evaporare in vapore di zinco.
Successivamente, ad alta temperatura, il vapore di zinco subisce una reazione di ossidazione con aria calda o ossigeno per generare ossido di zinco. L'equazione della reazione chimica è: 2Zn + O₂ → 2ZnO. In questo processo, l'ossidazione del vapore di zinco è il passaggio chiave. Fattori come la temperatura di reazione e il flusso di ossigeno influenzano in modo significativo la generazione e le prestazioni dell'ossido di zinco.
2. Effetto sulle prestazioni del prodotto
L'ossido di zinco preparato con questo metodo presenta un'elevata purezza, superiore a 99%, e un basso contenuto di impurità. È adatto a settori con rigorosi requisiti di purezza, come l'elettronica e la medicina.
La granulometria del prodotto è relativamente grande, solitamente compresa tra 0,1 e 10 μm, con una distribuzione granulometrica ristretta e una buona disperdibilità, che ne facilita l'applicazione in gomma, rivestimenti e altri settori, migliorandone l'uniformità e la stabilità. La struttura cristallina è relativamente completa e l'elevata cristallinità, il che gli conferisce una buona stabilità fisica e chimica, e le sue prestazioni variano poco in ambienti difficili come alte temperature e umidità elevata.
(II) Metodo diretto
1. Principio di processo
Il metodo diretto si basa su materie prime contenenti zinco, come minerale di zinco e ceneri di zinco. Solitamente, le materie prime vengono miscelate con agenti riducenti come il coke e poi ridotte e tostate ad alta temperatura (1000-1300 °C).
Il composto contenente zinco viene ridotto a vapore di zinco e anche le impurità presenti nelle materie prime reagiranno di conseguenza. Il vapore di zinco entra quindi nella camera di ossidazione e reagisce con l'aria o l'ossigeno per formare ossido di zinco. Questo processo comporta complesse reazioni di riduzione e ossidazione e fattori come la composizione delle materie prime, il dosaggio dell'agente riducente e la temperatura hanno un impatto significativo sulla qualità del prodotto.
2. Impatto sulle prestazioni del prodotto
Poiché le materie prime contengono impurità, la purezza del prodotto è relativamente inferiore rispetto al metodo indiretto, generalmente 95%-98%, ma la purezza può essere migliorata ottimizzando il processo e il trattamento successivo. È adatto per settori che non richiedono una purezza estremamente elevata, come la ceramica e il vetro.
La granulometria e la distribuzione delle particelle del prodotto sono fortemente influenzate dalle materie prime e dalle condizioni di processo. La granulometria può essere irregolare, il che richiede un controllo accurato del processo per migliorarla. La struttura cristallina può presentare difetti dovuti a impurità e rapidi processi di ossidazione, che ne compromettono le proprietà elettriche e ottiche.
Dovrebbe essere utilizzato con cautela in alcuni scenari applicativi che richiedono elevate prestazioni.
(III) Ossido di zinco chimico umido
1. Principio di processo
Il metodo chimico umido consiste in una serie di reazioni chimiche effettuate in un sistema di soluzione per preparare l'ossido di zinco.
I metodi più comuni includono il metodo di precipitazione e il metodo sol-gel. Prendendo come esempio il metodo di precipitazione, sali di zinco (come nitrato di zinco, acetato di zinco) e precipitanti (come idrossido di sodio, acqua di ammoniaca) vengono solitamente miscelati in una soluzione. Controllando le condizioni di reazione (come pH, temperatura, tempo di reazione, ecc.), gli ioni di zinco reagiscono con il precipitante per formare precipitati di idrossido di zinco. Successivamente, il precipitato viene filtrato, lavato, essiccato e calcinato per ottenere un prodotto di ossido di zinco. L'equazione della reazione chimica è: Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn (OH)₂↓, Zn (OH)₂ → ZnO + H₂O (calcinazione).
Il metodo sol-gel consiste innanzitutto nell'idrolizzare e policondensare sali metallici o alcossidi metallici in un solvente organico per formare un sol, quindi nel farli invecchiare per formare un gel e infine nell'essiccarli e calcinarli per ottenere ossido di zinco.
2. Impatto sulle prestazioni del prodotto
Controllando con precisione le condizioni di reazione, è possibile controllare con precisione la dimensione delle particelle, la morfologia e la struttura del prodotto.
Ad esempio, quando si prepara l'ossido di zinco su scala nanometrica, le dimensioni delle particelle possono essere comprese tra pochi nanometri e decine di nanometri, il che presenta vantaggi unici nei campi della catalisi e dell'antibattericità. Il prodotto presenta un'elevata purezza. Selezionando materie prime ad elevata purezza e opportune fasi di lavaggio e separazione, è possibile rimuovere efficacemente le impurità per soddisfare i requisiti di elevata purezza applicativa. Tuttavia, i reagenti organici e le complesse condizioni di reazione introdotte durante il processo di preparazione possono causare agglomerazione del prodotto e comprometterne le prestazioni. Per risolvere questo problema, è necessario adottare misure come l'aggiunta di disperdenti e l'ottimizzazione delle condizioni di processo.
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