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活性氧化锌

活性氧化锌(zinc oxide),粒子表面经活化处理的一种氧化锌。拥有粒径小、比表面积大、硫化活性高的特点,同时还具有无毒性、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。因此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,主要用作橡胶、涂料、印染、饲料、医药、化工和陶瓷等工业的原料。活性氧化锌在橡胶工业中被用作橡胶的补强剂、着色剂、硫化剂及增加导热性能的配合剂; 在涂料工业中主要应用其着色力、遮盖力以及防腐、发光等作用;在印染工业上,用作防染剂;饲料工业上,用作饲料添加剂。此外,活性氧化锌还被用作生产乳白玻璃、锌白品种的油彩和水彩颜料,以及化妆品和各种锌盐的原料。

理化性质
一种白色或微黄色球状微细粉末, 密度为5.47 g/cm3 , 熔点2073 K , 不溶于水和醇, 溶于酸、碱、氯化铵溶液、氨水.在空气中能缓慢地吸收二氧化碳和水生成碳酸锌.与普通氧化锌相
比, 活性氧化锌具有以下特点:活性氧化锌的粒径细小, 普通氧化锌的粒径在0.5 μm 左右, 而活性氧化锌的粒径在0.05μm 左右;它们的粒子形状也不同,普通氧化锌粒子为柱状或棒状,而活性氧化锌的粒子为球状;活性氧化锌的比表面积较大,普通氧化锌的比表面积为1~5m2/g , 而活性氧化锌的比表面积为35~55m2/g。

氧化锌的物理性质
表1为氧化锌的物理性质

氧化锌(间接法) 质量标准
表2为氧化锌(间接法) 质量标准

工业活性氧化锌行业标准
表3为工业活性氧化锌行业标准

制备方法
1.有机化合物的碱性还原法:从有机化合物的碱性还原废锌, 用水洗净, 加热到高温, 单独或混以少量的硫, 生产适合橡胶填料用的活性氧化锌。
2.通入二氧化碳的方法:在充满含水蒸气的二氧化碳的密闭容器中, 加入高纯大粒子的氧化锌。例如湿法制得的氧化锌, 温度保持在常温以上, 使氧化锌转化为碱式碳酸锌。然后再加热分解, 可以得到0.05μm左右的活性氧化锌。
3.草酸锌分解法:将草酸钱和氯化锌两种溶液分别加热到70℃ , 再将氯化锌加入到草酸钱溶液中, 得到很细的草酸锌沉淀, 然后洗涤、干燥。在4 0 ℃ 锻烧10 m in, 得到活性氧化锌。
4.碱法:
(1)用生产保险粉副产或其他的锌、锌灰做原料, 用类似于生产氢氧化铝的“Beyer法”, 转化成活性氧化锌, 粗的锌原料在氢氧化钠中打浆, 形成锌酸钠(Na2ZnO2) 溶液。溶液经水解形成氢氧化锌沉淀。过滤、水洗和锻烧, 得到活性氧化锌。
(2)将锌灰或锌渣用稀硫酸或盐酸浸取, 浸取液净化, 然后同氢氧化钠水溶液反应到pH7~11, 再从氢氧化锌制成活性氧化锌。其比表面积为21 m2/g, 产品价格比干法便宜。
(3)6.5m 342%的氢氧化钠, 在2h内加入到含2000kg锌、720 kg硝酸钠(做氧化剂)和10 m3,水的混合物中。在90℃下8h, 锌完全溶解。然后降温至30℃ , 通入二氧化碳, 过滤沉淀的氧化锌和氢氧化锌, 干燥、锻烧, 得到活性氧化锌。
5.添加甲醇和水玻璃法:溶解锌盐于水中, 同氢氧化钠混合搅拌, 加入甲醇, 再加入工业水玻璃(Na2SiO3)。将生成的沉淀物滤出, 水洗、干燥。得到的活性氧化锌比普通氧化锌颗粒细得多, 用于橡胶中能提高硫化速度2倍。
6.大比衰面积活性级化锌的制造法:将氯化锌或硫酸锌溶解在甲醇或丙酮中, 在。℃ 左右通入氨气, 生成氢氧化锌沉淀, 沉淀用甲醇洗涤。所得到的活性氧化锌经X-射线衍射分析, 比表面积达600 m2/g。
7.碳酸钠法:将一定浓度的碳酸钠溶液, 加到一定浓度的硫酸锌(或氯化锌) 溶液中, 生成碱式碳酸锌沉淀。然后过滤、洗涤、干燥, 在450-650 ℃下缎烧得到活性氧化锌。产品活性氧化锌中含有很少的二氧化碳和1%左右的水分。
8.碳酸氮按法:各种含锌原料用稀硫酸浸取。制成的硫酸锌溶液经净化, 除去铁、锰等杂质。净化后的硫酸锌溶液, 同廉价的碳酸氢按和氨水(少量) 反应, 生成碱式碳酸锌沉淀。然后洗涤沉淀、干燥和锻烧, 得到活性氧化锌产品。本生产方法使用的碳酸氢按, 价格比较便宜, 成本低廉。

测定方法
1.测定活性氧化锌的比表面积活性氧化锌小颗粒的表面分子有未饱和的键存在, 使得表面具有自由力场, 吸附气体分子, 在其表面形成单分子层吸附。测其相当于完全饱和的表面单分子层吸附量, 可以计算出活性氧化锌的比表面积, 判断其活性度。
2.测定活性氧化锌的反应热本法原理是利用不同种类氧化锌和硬脂酸反应, 产生的中和热不同, 来确定氧化锌的活性。
3.对氮水溶解度试验
2g活性氧化锌和2g普通氧化锌, 分别加入到200ml pH11的氨水中, 用电磁搅拌器搅拌5min , 静止后用干燥的滤纸过滤。取100 ml滤液定量锌。由对氨水溶解度的不同, 比较氧化锌的活性。
4.硫化氢沉淀法测定活性氧化锌的活性
不同级别的氧化锌放在水中, 在搅拌下通入硫化氢, 15min后取出沉淀物, 过滤、干燥。求出干燥物中硫的含量, 进行活性度的比较。

应用
1.橡胶工业
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。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。
2.自洁性陶瓷和抗菌玻璃
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。
3.紫外线吸收材料
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。
4.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。

【主要参考资料】
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB3853034.htm
[1]王翔朴,王营通,李珏声 主编.卫生学大辞典.青岛:青岛出版社.2000.第334页。
[2]戴兴征等.活性氧化锌的制备、应用及技术发展.有色金属设计.2003.30:29-34.
[3]商连弟等.国内外活性氧化锌的进展.现代化工.1995.7:11-14.

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