Как важное неорганическое соединение, оксид цинка широко используется во многих областях. В зависимости от критериев классификации его можно классифицировать несколькими способами. Различные типы оксида цинка проявляют различные свойства, которые определяют их конкретные функции и области применения. В следующих разделах подробно рассматриваются классификации, различия и функции различных форм оксида цинка.
1. Классификация по размеру частиц
(I) Обыкновенный оксид цинка
Обычный оксид цинка обычно имеет размер частиц более 100 нанометров. Он обладает определенной укрывистостью и красящей способностью и широко используется в традиционных отраслях промышленности, таких как резина, покрытия и керамика.
В резиновой промышленности он является важным активатором вулканизации. Он увеличивает скорость вулканизации и степень сшивания резины, тем самым улучшая физические и механические свойства резиновых изделий, такие как прочность на разрыв и износостойкость. В покрытиях он служит белым пигментом, обеспечивая сильную укрывистость и устойчивость к атмосферным воздействиям.
(II) Нанооксид цинка
Нанооксид цинка имеет размер частиц от 1 до 100 нанометров. Благодаря своему малому размеру, поверхностным эффектам и квантовым размерным эффектам он проявляет уникальные свойства.
В катализе его большая удельная площадь поверхности и высокая поверхностная активность обеспечивают больше активных участков для химических реакций, тем самым ускоряя скорость реакции и повышая каталитическую эффективность. В солнцезащитной косметике его превосходные возможности поглощения и рассеивания ультрафиолета обеспечивают эффективную защиту от повреждения УФ-излучением. По сравнению с традиционными солнцезащитными кремами нанооксид цинка тоньше, прозрачнее и менее жирный.
В антибактериальном применении он взаимодействует с мембранами бактериальных клеток, нарушая их структуру и вызывая гибель клеток. Он демонстрирует значительные антибактериальные эффекты против Escherichia coli, Staphylococcus aureus и других бактерий.
2. Классификация по способу производства
(I) Непрямой оксид цинка
Изготавливается из цинковых слитков методом высокотемпературного сублимационного окисления.
Он имеет высокую чистоту 99,5% – 99,7%, относительно большой размер частиц и узкое распределение. Он широко используется в резиновой шинной промышленности, что может эффективно улучшить вулканизационную активность резины, усилить адгезию между резиной и стальным кордом и улучшить прочность и износостойкость шин. В электронной промышленности он также используется для производства электронных компонентов, таких как варисторы, из-за его хорошей стабильности электрических характеристик.
(II) Прямой оксид цинка
В основном его производят из цинковой руды путем прямого окислительного обжига и других процессов.
Он имеет относительно низкую чистоту, как правило, 95% – 98%, и относительно высокое содержание примесей. Он обычно используется в керамической промышленности для снижения температуры спекания керамики и улучшения плотности и блеска керамики. В производстве стекла он может повысить прозрачность и химическую стабильность стекла.
(III) Мокрый химический оксид цинка
Его получают с помощью химических реакций в растворах, таких как метод осаждения, золь-гель метод и т. д.
Размер частиц и морфологию можно точно контролировать, и продукт имеет высокую чистоту, малый и однородный размер частиц. Он имеет очевидные преимущества при изготовлении высокопроизводительных электронных устройств. Например, его можно использовать для изготовления тонкопленочных транзисторов из оксида цинка, поскольку благодаря малому размеру частиц и хорошей однородности он может улучшить производительность и стабильность устройства. При изготовлении люминесцентных материалов люминесцентные свойства оксида цинка можно точно контролировать, контролируя условия реакции.
3. Классификация по использованию
(I) Оксид цинка для резины
Это ключевой активный агент в процессе вулканизации резины. Его можно комбинировать со стеариновой кислотой, ускорителями и т. д. для образования активного комплекса, ускорения скорости вулканизации и улучшения плотности сшивки и физико-механических свойств вулканизированной резины, таких как прочность на разрыв, прочность на разрыв и износостойкость. Он широко используется в производстве резиновых изделий, таких как шины, шланги и ленты.
(II) Оксид цинка для покрытий
Как белый пигмент, он обладает хорошей укрывистостью и тонирующей способностью, а также может улучшить белизну и яркость покрытия.
В то же время он может повысить атмосферостойкость, коррозионную стойкость и противопылевые свойства покрытия и подходит для архитектурных покрытий, промышленных покрытий и других областей.
(III) Оксид цинка для медицины
Оказывает вяжущее, противозудное и антибактериальное действие.
Его можно использовать для приготовления наружных мазей, паст и т. д. для лечения воспалений кожи, экземы и других кожных заболеваний. Например, обычная мазь с оксидом цинка может защищать кожу, уменьшать испарение воды и способствовать заживлению ран.
(IV) Оксид цинка для корма
Являясь добавкой в корм для животных в качестве источника цинка, он обеспечивает животных необходимым для роста элементом цинка.
Правильное добавление может способствовать росту и развитию животных, повышению иммунитета и повышению устойчивости к болезням. Однако его следует использовать правильно. Высокие дозы могут вызвать повреждение кишечника у животных и загрязнение окружающей среды. Например, добавление надлежащего количества оксида цинка в рацион поросят может снизить частоту диареи, но высокие дозы ограничены правилами.
4. Влияние различных принципов процесса на эксплуатационные характеристики продукта
(I) Косвенный метод
1. Принцип процесса
Косвенный метод обычно использует в качестве сырья слитки цинка высокой чистоты. Сначала слитки цинка нагревают до температуры около 1000 °C, чтобы расплавить и испарять в пары цинка.
Затем, в условиях высокой температуры, пары цинка подвергаются реакции окисления с горячим воздухом или кислородом, в результате чего образуется оксид цинка. Уравнение химической реакции: 2Zn + O₂ → 2ZnO. В этом процессе окисление паров цинка является ключевым этапом. Такие факторы, как температура реакции и поток кислорода, оказывают важное влияние на образование и производительность оксида цинка.
2. Влияние на производительность продукта
Оксид цинка, полученный этим методом, имеет высокую чистоту более 99% и низкое содержание примесей. Подходит для областей со строгими требованиями к чистоте, таких как электроника и медицина.
Размер частиц продукта относительно большой, обычно в диапазоне 0,1-10 мкм, с узким распределением размеров частиц и хорошей диспергируемостью, что благоприятствует применению в резине, покрытиях и других областях, и может улучшить однородность и стабильность продукта. Кристаллическая структура относительно полная, а кристалличность высокая, что делает его обладающим хорошей физической и химической стабильностью, а его эксплуатационные характеристики мало изменяются в суровых условиях, таких как высокая температура и высокая влажность.
(II) Прямой метод
1. Принцип процесса
Прямой метод основан на цинкосодержащем сырье, таком как цинковая руда и цинковая зола. Обычно сырье смешивают с восстановителями, такими как кокс, а затем восстанавливают и обжигают при высокой температуре (1000-1300 °C).
Цинксодержащее соединение восстанавливается до паров цинка, и примеси в сырье также будут реагировать соответствующим образом. Затем пары цинка поступают в окислительную камеру и реагируют с воздухом или кислородом, образуя оксид цинка. Этот процесс включает сложные реакции восстановления и окисления, и такие факторы, как состав сырья, дозировка восстановителя и температура, оказывают большое влияние на качество продукта.
2. Влияние на производительность продукта
Поскольку сырье содержит примеси, чистота продукта относительно ниже, чем при косвенном методе, как правило, 95%-98%, но чистоту можно улучшить путем оптимизации процесса и последующей обработки. Подходит для областей, не требующих чрезвычайно высокой чистоты, таких как керамика и стекло.
Размер частиц и распределение продукта в значительной степени зависят от сырья и условий процесса. Размер частиц может быть неравномерным, что требует тонкого контроля процесса для улучшения. Кристаллическая структура может иметь дефекты из-за примесей и быстрых процессов окисления, влияющих на ее электрические и оптические свойства.
Его следует использовать с осторожностью в некоторых сценариях приложений с высокими требованиями к производительности.
(III) Мокрый химический оксид цинка
1. Принцип процесса
Метод мокрой химии представляет собой серию химических реакций, проводимых в системе растворов для получения оксида цинка.
Распространенные методы включают метод осаждения и золь-гель метод. Если взять метод осаждения в качестве примера, соли цинка (такие как нитрат цинка, ацетат цинка) и осадители (такие как гидроксид натрия, аммиачная вода) обычно смешивают в растворе. Контролируя условия реакции (такие как значение pH, температура, время реакции и т. д.), ионы цинка реагируют с осадителем, образуя осадки гидроксида цинка. Затем осадок фильтруют, промывают, сушат и прокаливают, чтобы получить продукт оксида цинка. Уравнение химической реакции следующее: Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓, Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O (прокаливание).
Метод золь-гель заключается в том, что сначала соли металлов или алкоголяты металлов гидролизуются и поликонденсируются в органическом растворителе с образованием золя, затем выдерживаются до образования геля и, наконец, высушиваются и прокаливаются для получения оксида цинка.
2. Влияние на производительность продукта
Точно контролируя условия реакции, можно точно контролировать размер частиц, морфологию и структуру продукта.
Например, при приготовлении наномасштабного оксида цинка размер частиц может быть всего от нескольких нанометров до десятков нанометров, что имеет уникальные преимущества в области катализа и антибактериальных свойств. Продукт имеет высокую чистоту. Выбирая высокочистое сырье и соответствующие этапы промывки и разделения, можно эффективно удалять примеси для соответствия приложениям с высокими требованиями к чистоте. Однако органические реагенты и сложные условия реакции, введенные в процессе приготовления, могут вызвать агломерацию продукта и повлиять на его производительность. Для решения этой проблемы необходимо принять такие меры, как добавление диспергаторов и оптимизация условий процесса.
О компании Epic Powder Machinery
Эпическая Порошковая Машина является ведущим производителем передового оборудования для обработки порошков, специализирующимся на системах сверхтонкого измельчения, классификации и модификации поверхности. Обладая десятилетиями опыта в отрасли и европейскими основными технологиями, Epic Powder предлагает индивидуальные решения для оксида цинка и других тонких материалов, помогая клиентам улучшать производительность продукта, однородность и эффективность производства в таких отраслях, как электроника, резина, керамика и фармацевтика.
