活性氧化锌的制备、应用及技术发展

活性氧化锌的制备、应用及技术发展

Ξ

戴兴征

(昆明云冶锌业股份有限公司,云南　昆明　650102)

摘要:介绍了活性氧化锌的性质和质量标准,分析了活性氧化锌的市场和应用情况,阐述了活性氧化锌的生产方法和技术发展,提出了生产活性氧化锌的具体设想。

关键词:活性氧化锌;制备;应用;技术发展

中图分类号:TQ132141　文献标识码:A 文章编号:1004-2660(2003)S1-0029-06

1　概述

活性氧化锌出现于1925年,由英国专利公布了将硫酸锌溶液喷在热气流的沸面上,制备活性氧化锌的技术。二战前后,德国将活性氧化锌用于军品橡胶中,随后日本、前苏联也开始研究试制活性氧化锌。

在我国,1958年天津第三橡胶厂试制成功活性氧化锌,1965年天津曙光化工厂也进行了活性氧化锌试制,但因种种原因其发展较慢。近年来,随着我国经济的快速增长,活性氧化锌越来越受到人们的关注,特别是我国汽车工业和建筑业的飞速发展,带来轮胎业、涂料业以及陶瓷业随之迅速发展,活性氧化锌的应用还在不断扩大。一般普通氧化锌价格在6500～8000元/t ,活性氧化锌的价格为12000～16000元/t ,而纳米氧化锌价格更高达100000～250000元/t 。本文在介绍活性氧化锌的技术标准、制备方法、技术发展和应用之后,提出云冶开发活性氧化锌的原则建议。

2　活性氧化锌的性质和质量标

准

211　普通氧化锌的性质和质量要求

普通氧化锌为白色粉末或六角晶系结晶体,无嗅无味,受热变为黄色,冷却后又变为白色。普通氧化锌的遮盖力比铅白小,是二氧化钛和硫化锌的一半,着色力是碱式碳酸锌的2倍,其主要物理性质见表1,质量标准见表2。

212　活性氧化锌的性质和质量标准

活性氧化锌的英文名称为Activated Zinc Oxi de ,颜色为白色或微黄色球状细粉末,密度为5147g/cm 3,熔点为1800℃,不溶于水和醇,溶于酸、碱、氯化铵、氨水等。在潮湿空气中,活性氧化锌能吸收CO 2和水生成碱式碳酸锌。

活性氧化锌与工业级普通氧化锌的主要差别在于活性氧化锌颗粒更细,活性更高。普通氧化锌粒度015μm ,呈粒状、棒状,比表面积1～5m 2/g ,而活性氧化锌粒度0105μm ,呈球状,比表面积35～45m 2/g 。活性氧化锌行业标准见表3。

第30卷增刊 有色金属设计 Vol 130Su pp.　2003 NON FERROUS M ETALS DESI G N 2003　

Ξ收稿日期35

作者简介戴兴征(66),男,安徽人,高级工程师,主要从事有色冶炼生产及技术管理方面的工作:200-11-0:19-.

表1　氧化锌的物理性质

熔点/℃密度/(g cm-3)电导/s热熔(25℃)/(J mol-1℃-1)膨胀系数/(10℃-) 197551606251240126410

表2　氧化锌(间接法)质量标准(G B/T3185-1992)

项目

BA01-05(Ⅰ型)BA01-05(Ⅱ型)

优级品一级品合格品优级品一级品合格品

氧化锌(以干品位计)/≥%991799159914991799159914金属物(以锌计)/≤%无无01008无无01008氧化铅(以铅计)/≤%0103701050114

锰的氧化物(以锰计)/≤%010001010001010003

氧化铜(以铜计)/≤%010002010004010007

盐酸不溶物/≤%01006010080105

灼烧减量/≤%012012012

筛余物(45U网眼)/≤%01101150120110115012水溶物/≤%01101101150110110115 105℃挥发物/≤%013014015013014015吸油量/(g/100g)≤141414颜色(与标准样比)近似微稍消色力(与标准样品比)1009590

表3　工业活性氧化锌行业标准(HG/T2570-1994)

项目

指标

一等品二等品

氧化锌含量(ZnO)/%95～9895～98水份/%≤017≤017水溶物含量/%≤015≤017燃烧失量/%1～41～4盐酸不溶物含量/%≤0102≤0105氧化铅(以Pb计)含量/%≤0101≤0105氧化锰(以Mn计)含量/%≤01001≤01003氧化铜(以Cu计)含量/%≤01001≤01003细度(45um试验筛筛余物)/%≤011≤014表面积()≥535堆积密度(3)≤13513　活性氧化锌的应用

由于活性氧化锌粒度小,比表面积大,不仅具有普通氧化锌的性质和用途,而且具备超细颗粒的性质———表面效应、量子尺寸及小尺寸效应等,使其具有许多独特的性能和广泛的应用前景。活性氧化锌具有无毒性、非迁移性、荧光性、压电性以及较强的吸水和散射紫外线能力。随着经济的不断发展,活性氧化锌的新用途不断拓宽,市场容量越来越大。

311　橡胶工业

橡胶工业是氧化锌的最大用户,约占氧化锌消费量的5%～6%。活性氧化锌与普通氧化锌相比,用作橡胶促进剂时,在一些制品中可以减量使用。在不同的橡胶制品

3 有色金属设计 第30卷

/m2g-14

/g c m-004

00

中,活性氧化锌的合适比例为0125%～015%。由于活性氧化锌颗粒极细,适用于软橡胶制品及乳胶制品,特别是透明、半透明橡胶中,活性氧化锌也大量地用于硫化制品中作防软剂,还大量地用于机械及传动制品、老化性能好的高弹性制品;活性氧化锌粉体与硫酰胺促进剂配合使用,可以促进硫化;活性氧化锌粉体可以做硬化剂,在硫化中不易变形。

另外,由于活性氧化锌具有晶粒细、比表面积大、在橡胶中易分散且活性高、能提高硫化制品定型性等特点,因此,在NR以及大多数SR胶料中,因活性氧化锌具有强活化作用,当其用量减少到普通氧化锌用量的60%时,胶料的硫化速度、拉伸强度、扯断永久变形等保持不变,而弹性、撕裂强度及耐老化性能有所提高。此外,活性氧化锌作为轮胎胶料硫化体系中重要的屋脊活性剂,能显著提高胶联键的生成速度和提高硫化程度,从而使物理性能得到改善,同时具有防止老化、抗磨擦着火、使用寿命长、用量小等优点。活性氧化锌在印刷胶辊的面胶胶料中作为活性剂、交联剂代替普通氧化锌,结果使胶料的抗溶性比普通氧化锌高1个多百分点,在亚麻仁油中浸泡24h(室温),重量变化率为013%(普通氧化锌为016%),该胶辊能满足彩印和塑印的要求。312　自洁性陶瓷和抗菌玻璃

陶瓷行业是活性氧化锌的一大用户,利用活性氧化锌体积效应与高度的分散能力,不需加工球磨就可直接使用,并在陶瓷制品的烧制过程中,使其烧结温度降低400～600℃,烧成品光亮如镜,有很好的“成像效应”1因此,减少了生产工序、降低了能耗、极大地提高了产品的产量和质量。加了活性氧化锌的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用,大大提高了产品质量。

添加活性氧化锌的玻璃可抗紫外线、耐磨、抗菌和除臭,可用作汽车玻璃和建筑用玻璃。该玻璃的紫外线防护层由活性氧化锌组成。

313　紫外线吸收材料

由于大气臭氧层的破坏,到达地球表面的紫外线强度日趋增加,人类由此造成的皮肤病威胁越来越大。因此,防止遭紫外线伤害的防晒产品的发展越来越受到人们的重视。近年来,发达国家积极进行防晒剂的开发研究。美国50%以上的化妆品中添加了防晒剂。以往的防晒剂多为有机物,但近年来诸如活性氧化锌、氧化钛和氧化铁红等一些无机粉体的防晒剂倍受人们青睐。因为它们无毒、无味,对皮肤无刺激性、不分解、不变质、热稳定性好,且活性氧化锌本身为白色,可以简单地加以着色,价格便宜,吸收紫外线能力强,对UVA(长波320～400 nm)和UVB(中波280～320nm)均有屏蔽作用,因而得到广泛使用。活性氧化锌在阳光,尤其在紫外线照射下,在水和空气中能自行分解出带负电的电子,同时留下带正电的空穴。这种空穴可以激活空气中氧变为活性氧,有极强的化学活性,能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌内的有机物),从而把大多数病菌和病毒杀死。西北大学曾进行过活性氧化锌杀菌试验,在5min内当活性氧化锌的浓度为1%时,金黄色葡萄球菌的杀菌率为98186%,大肠杆菌的杀菌率为99193%。

所以,在化妆品中添加活性锌化锌,既能屏蔽紫外线防晒,又能抗菌除臭。

314　变阻器材料

以活性氧化锌为主体,配以Bi2O3等粉末材料烧结成型,氧化锌颗粒外边包覆其余材料,即得变阻器。其特性已不遵守欧姆定律。当超过一定电压时,电阻急剧下降,可通过大量的电流。此特性可用作电压保护装置。

13

增刊 戴兴征:活性氧化锌的制备、应用及技术发展