중요한 무기 화합물인 산화아연은 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 분류 기준에 따라 여러 가지 방식으로 분류할 수 있습니다. 다양한 종류의 산화아연은 각기 다른 특성을 나타내며, 이는 각 산화아연의 고유한 기능과 용도를 결정합니다. 다음 절에서는 다양한 형태의 산화아연의 분류, 차이점, 그리고 기능에 대해 자세히 설명합니다.
1. 입자 크기에 따른 분류
(I) 일반 산화아연
일반 산화아연은 일반적으로 입자 크기가 100나노미터 이상입니다. 특정 은폐력과 착색력을 가지고 있으며, 고무, 코팅, 세라믹과 같은 전통 산업에서 널리 사용됩니다.
고무 산업에서 필수적인 가황 활성제입니다. 고무의 가황 속도와 가교율을 높여 인장 강도 및 내마모성과 같은 고무 제품의 물리적 및 기계적 특성을 향상시킵니다. 코팅에서는 백색 안료로 사용되어 강력한 은폐력과 내후성을 제공합니다.
(II) 나노 산화 아연
나노 산화아연은 1~100나노미터 범위의 입자 크기를 가지고 있습니다. 작은 크기, 표면 효과, 그리고 양자 크기 효과로 인해 독특한 특성을 나타냅니다.
촉매 작용 시, 넓은 비표면적과 높은 표면 활성은 화학 반응에 더 많은 활성점을 제공하여 반응 속도를 높이고 촉매 효율을 향상시킵니다. 자외선 차단 화장품에서는 뛰어난 자외선 흡수 및 산란 기능을 통해 자외선 손상으로부터 피부를 효과적으로 보호합니다. 기존 자외선 차단제에 비해 나노 산화아연은 더 얇고 투명하며 번들거림이 적습니다.
항균 분야에서는 박테리아 세포막과 상호작용하여 세포막 구조를 파괴하고 세포 사멸을 유발합니다. 대장균, 황색포도상구균 및 기타 박테리아에 대해 유의미한 항균 효과를 나타냅니다.
2. 생산공정별 분류
(I) 간접 산화아연
고온 승화 산화를 통해 아연괴에서 만들어집니다.
순도 99.5%~99.7%로 높고, 입자 크기가 비교적 크며, 분포가 좁습니다. 고무 타이어 산업에서 널리 사용되며, 고무의 가황 활성을 효과적으로 향상시키고, 고무와 스틸 코드의 접착력을 강화하며, 타이어의 강도와 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 전자 산업에서는 우수한 전기적 성능 안정성으로 인해 바리스터와 같은 전자 부품 제조에도 사용됩니다.
(II) 직접 산화 아연
주로 아연광석을 직접 산화 로스팅 등의 공정을 거쳐서 만든다.
순도는 일반적으로 95%~98%로 비교적 낮고 불순물 함량이 비교적 높습니다. 세라믹 산업에서 세라믹의 소결 온도를 낮추고 밀도와 광택을 향상시키는 데 널리 사용됩니다. 유리 제조에서는 유리의 투명성과 화학적 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
(III) 습식 화학 산화 아연
침전법, 졸-겔법 등 용액 내에서의 화학 반응을 통해 제조됩니다.
입자 크기와 형태를 정밀하게 제어할 수 있으며, 고순도, 작고 균일한 입자 크기를 갖는 제품입니다. 고성능 전자 소자 제조에 탁월한 장점을 가지고 있습니다. 예를 들어, 산화아연 박막 트랜지스터 제조에 사용될 수 있는데, 입자 크기가 작고 균일성이 우수하여 소자의 성능과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 발광 재료를 제조할 때, 반응 조건을 조절하여 산화아연의 발광 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
3. 용도별 분류
(I) 고무용 산화아연
고무 가황 공정의 핵심 활성제입니다. 스테아르산, 촉진제 등과 혼합하여 활성 복합체를 형성하고, 가황 속도를 가속화하며, 가교 밀도와 가황 고무의 물리적 및 기계적 특성(인장 강도, 인열 강도, 내마모성 등)을 향상시킵니다. 타이어, 호스, 테이프와 같은 고무 제품 생산에 널리 사용됩니다.
(II) 코팅용 산화아연
백색 안료로서 은폐력과 착색력이 우수하여 도료의 백색도와 밝기를 향상시킬 수 있습니다.
동시에 코팅의 내후성, 내식성 및 내분말성을 향상시킬 수 있으며, 건축용 코팅, 산업용 코팅 및 기타 분야에 적합합니다.
(III) 의약용 산화아연
수렴, 가려움 방지, 항균 효과가 있습니다.
피부 염증, 습진 및 기타 피부 질환을 치료하기 위해 외용 연고, 페이스트 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 산화아연 연고는 피부를 보호하고, 수분 증발을 줄이며, 상처 치유를 촉진합니다.
(IV) 사료용 산화아연
동물사료의 아연 공급원 첨가제로서 동물의 성장에 필요한 아연 원소를 공급합니다.
적절한 첨가는 동물의 성장과 발달을 촉진하고, 면역력을 향상시키며, 질병 저항성을 강화할 수 있습니다. 하지만 적절하게 사용해야 합니다. 고용량은 동물의 장 손상 및 환경 오염을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 자돈 사료에 적정량의 산화아연을 첨가하면 설사 발생률을 줄일 수 있지만, 고용량 투여는 규정에 따라 제한됩니다.
4. 다양한 공정 원리가 제품 성능에 미치는 영향
(I) 간접법
1. 프로세스 원리
간접법은 일반적으로 고순도 아연 잉곳을 원료로 사용합니다. 아연 잉곳을 먼저 약 1000°C로 가열하여 용융시키고 증발시켜 아연 증기를 생성합니다.
이후, 고온 조건에서 아연 증기는 열풍 또는 산소와 산화 반응을 일으켜 산화아연을 생성합니다. 화학 반응식은 2Zn + O₂ → 2ZnO입니다. 이 과정에서 아연 증기의 산화는 핵심 단계입니다. 반응 온도 및 산소 유량과 같은 요인은 산화아연의 생성 및 성능에 중요한 영향을 미칩니다.
2. 제품 성능에 미치는 영향
이 방법으로 제조된 산화아연은 99% 이상의 높은 순도와 낮은 불순물 함량을 가지며, 전자 및 의학 분야와 같이 엄격한 순도 요건을 요구하는 분야에 적합합니다.
제품 입자 크기는 일반적으로 0.1~10μm 범위로 비교적 크며, 입자 크기 분포가 좁고 분산성이 우수하여 고무, 코팅 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 제품의 균일성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 결정 구조가 비교적 완전하고 결정성이 높아 물리화학적 안정성이 우수하며, 고온 다습한 환경에서도 성능 변화가 거의 없습니다.
(II) 직접법
1. 프로세스 원리
직접법은 아연광석이나 아연회와 같은 아연 함유 원료를 사용합니다. 일반적으로 원료를 코크스와 같은 환원제와 혼합한 후 고온(1000~1300°C)에서 환원 및 배소합니다.
아연 함유 화합물은 아연 증기로 환원되고, 원료의 불순물도 그에 따라 반응합니다. 그 후 아연 증기는 산화실로 들어가 공기 또는 산소와 반응하여 산화아연을 형성합니다. 이 공정은 복잡한 환원 및 산화 반응을 수반하며, 원료 조성, 환원제 투여량, 온도 등의 요인이 제품 품질에 큰 영향을 미칩니다.
2. 제품 성능에 미치는 영향
원료에 불순물이 포함되어 있어 간접법(일반적으로 95%-98%)에 비해 제품 순도가 상대적으로 낮지만, 공정 최적화 및 후속 처리를 통해 순도를 향상시킬 수 있습니다. 세라믹이나 유리처럼 매우 높은 순도가 요구되지 않는 분야에 적합합니다.
제품의 입자 크기와 분포는 원료 및 공정 조건에 따라 크게 영향을 받습니다. 입자 크기가 불균일할 수 있으며, 이를 개선하기 위해서는 공정을 정밀하게 제어해야 합니다. 또한, 불순물과 급속한 산화 과정으로 인해 결정 구조에 결함이 발생할 수 있으며, 이는 전기적 및 광학적 특성에 영향을 미칩니다.
높은 성능이 요구되는 일부 애플리케이션 시나리오에서는 주의해서 사용해야 합니다.
(III) 습식 화학 산화 아연
1. 프로세스 원리
습식 화학 방법은 용액 시스템에서 수행되는 일련의 화학 반응을 통해 산화 아연을 제조하는 방법입니다.
일반적인 방법으로는 침전법과 졸-겔법이 있습니다. 침전법을 예로 들면, 아연염(예: 질산아연, 아세트산아연)과 침전제(예: 수산화나트륨, 암모니아수)를 용액에 혼합합니다. 반응 조건(예: pH, 온도, 반응 시간 등)을 조절하면 아연 이온이 침전제와 반응하여 수산화아연 침전물을 형성합니다. 이후 침전물을 여과, 세척, 건조, 소성하여 산화아연 생성물을 얻습니다. 화학 반응식은 다음과 같습니다. Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓, Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O (소성).
졸-겔법은 먼저 유기 용매에서 금속염 또는 금속 알콕사이드를 가수분해하고 축합시켜 졸을 형성한 다음, 이를 숙성시켜 겔을 형성하고, 마지막으로 건조하고 소성하여 산화아연을 얻는 방법입니다.
2. 제품 성능에 미치는 영향
반응 조건을 정밀하게 제어함으로써 생성물의 입자 크기, 형태 및 구조를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
예를 들어, 나노 크기의 산화아연을 제조할 때 입자 크기는 수 나노미터에서 수십 나노미터까지 작아질 수 있으며, 이는 촉매 및 항균 분야에서 독보적인 장점을 제공합니다. 이 제품은 고순도를 자랑합니다. 고순도 원료를 선택하고 적절한 세척 및 분리 단계를 거치면 불순물을 효과적으로 제거하여 고순도 요건을 충족할 수 있습니다. 그러나 제조 과정에서 발생하는 유기 시약과 복잡한 반응 조건은 제품 응집을 유발하고 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 분산제 첨가 및 공정 조건 최적화와 같은 조치가 필요합니다.
Epic Powder Machinery 소개
에픽 파우더 머시너리 에픽 파우더는 초미분 분쇄, 분급 및 표면 개질 시스템을 전문으로 하는 첨단 분말 가공 장비의 선도적인 제조업체입니다. 수십 년간의 업계 경험과 유럽 핵심 기술을 바탕으로 에픽 파우더는 산화아연 및 기타 미세 소재에 대한 맞춤형 솔루션을 제공하여 전자, 고무, 세라믹, 제약 등 다양한 산업 분야에서 고객의 제품 성능, 일관성 및 생산 효율성을 향상시키도록 지원합니다.
