- 相關(guān)推薦
納米氧化鋅的制備、表面改性及應(yīng)用
納米氧化鋅是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，其粒徑介于1~100納米，又稱為超微細(xì)氧化鋅。由于顆粒尺寸的細(xì)微化，比表面積急劇增加，使得納米氧化鋅產(chǎn)生了其本體塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。因而，納米氧化鋅在磁、光、電、化學(xué)、物理學(xué)、敏感性等方面具有一般氧化鋅產(chǎn)品無法比擬的特殊性能和新用途，在橡膠、涂料、油墨、顏填料、催化劑、高檔化妝品以及醫(yī)藥等領(lǐng)域展示出廣闊的應(yīng)用前景。本文將對(duì)本公司生產(chǎn)的納米氧化鋅從制備方法、性能表征、表面改性以及目前所開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域方面進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。
一、納米氧化鋅的制備
氧化鋅的制備方法分為三類：即直接法（亦稱美國(guó)法）、間接法（亦稱法國(guó)法）和濕化學(xué)法。目前許多市售氧化鋅多為直接法或間接法產(chǎn)品，粒度為微米級(jí)，比表面積較小，這些性質(zhì)大大制約了它們的應(yīng)用領(lǐng)域及其在制品中的性能。我公司采用濕化學(xué)法（NPP-法）制備納米級(jí)超細(xì)活性氧化鋅，可用各種含鋅物料為原料，采用酸浸浸出鋅，經(jīng)過多次凈化除去原料中的雜質(zhì)，然后沉淀獲得堿式碳酸鋅，最后焙解獲得納米氧化鋅。與以往的制備納米級(jí)超細(xì)氧化鋅工藝技術(shù)相比，該新工藝具有以下技術(shù)方面的創(chuàng)新之處：
1. 平衡條件下反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理與強(qiáng)化的傳熱技術(shù)結(jié)合，迅速完成堿式碳酸鋅的焙解。
2. 通過工藝參數(shù)的調(diào)整，可以制備不同純度、粒度及顏色的各種型號(hào)的納米氧化鋅產(chǎn)品。
3. 本工藝可以利用多種含鋅物料為原料，將其轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品。
4. 典型綠色化工工藝，屬于環(huán)境友好過程。
二、納米氧化鋅的性能表征
納米級(jí)氧化鋅的突出特點(diǎn)在于產(chǎn)品粒子為納米級(jí)，同時(shí)具有納米材料和傳統(tǒng)氧化鋅的雙重特性。與傳統(tǒng)氧化鋅產(chǎn)品相比，其比表面積大、化學(xué)活性高，產(chǎn)品細(xì)度、化學(xué)純度和粒子形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，并且具有光化學(xué)效應(yīng)和較好的遮蔽紫外線性能，其紫外線遮蔽率高達(dá)98%；同時(shí)，它還具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列獨(dú)特性能。
清華大學(xué)分析測(cè)試中心用透射電鏡對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了分析，納米氧化鋅粒子為球形，粒徑分布均勻，平均粒徑20~30納米，所有粒子的粒徑均在50納米以下。經(jīng)ST-A表面和孔徑測(cè)定儀測(cè)試，納米氧化鋅粉體的BET比表面積在35m2/g以上。此外，通過調(diào)整制備工藝參數(shù)，還可以生產(chǎn)出棒狀納米氧化鋅。 本產(chǎn)品經(jīng)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所檢測(cè)鑒定，結(jié)果表明，在豐富細(xì)菌培養(yǎng)基中，加入0.5%~1%的納米氧化鋅，可有效抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)，抑菌率達(dá)99.9%以上。
三、納米氧化鋅的表面改性
由于納米氧化鋅具有比表面積大和比表面能大等特點(diǎn)，自身易團(tuán)聚；另一方面，納米氧化鋅表面極性較強(qiáng)，在有機(jī)介質(zhì)中不易均勻分散，這就極大地限制了其納米效應(yīng)的發(fā)揮。因此對(duì)納米氧化鋅粉體進(jìn)行分散和表面改性成為納米材料在基體中應(yīng)用前必要的處理手段。
所謂納米分散是指采用各種原理、方法和手段在特定的液體介質(zhì)（如水）中，將干燥納米粒子構(gòu)成的各種形態(tài)的團(tuán)聚體還原成一次粒子并使其穩(wěn)定、均勻分布于介質(zhì)中的技術(shù)。納米粉體的表面改性則是在納米分散技術(shù)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和延伸，即根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要，在已分散的納米粒子表面包覆一層適當(dāng)物質(zhì)的薄膜或使納米粒子分散在某種可溶性固相載體中。經(jīng)過表面改性的納米干粉體，其吸附、潤(rùn)濕、分散等一系列表面性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，一般可以自動(dòng)或極易分散在特定的介質(zhì)中，因此使用非常方便。 一般來講，納米粒子的改性方法有三種： 1. 在粒子表面均勻包覆一層其他物質(zhì)的膜，從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化； 2. 利用電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合體（如硅烷、鈦酸酯等偶聯(lián)劑以及硬脂酸、有機(jī)硅等）作表面改性劑對(duì)納米粒子表面進(jìn)行化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)； 3. 利用電暈放電、紫外線、等離子、放射線等高能量手段對(duì)納米粒子表面進(jìn)行改性。
根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，選擇適當(dāng)?shù)谋砻娓男詣┗虮砻娓男怨に嚕瑢?duì)納米氧化鋅進(jìn)行表面改性，改善其表面性能，增加納米顆粒與基體之間的相容性，從而應(yīng)用于各種領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的性能技術(shù)指標(biāo)。
四、納米氧化鋅的應(yīng)用
本公司從納米氧化鋅的制備伊始，就十分重視其應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的研究。通
過公司內(nèi)部科研人員的潛心研究，以及與相關(guān)科研單位的技術(shù)合作，在納米氧化鋅的應(yīng)用技術(shù)方面取得了一系列重要成果。目前產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
1. 橡膠輪胎 在橡膠行業(yè)中，特別是透明橡膠制品生產(chǎn)中，納米氧化鋅是極好的硫化活性劑。由于納米氧化鋅可與橡膠分子實(shí)現(xiàn)分子水平上的結(jié)合，因而能提高膠料性能，改善成品特性。以子午線輪胎和其他橡膠制品為例，使用納米氧化鋅可顯著提高產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸強(qiáng)度等項(xiàng)指標(biāo)，并且其用量可節(jié)省35-50%，大大降低了產(chǎn)品成本；在加工工藝上，能延長(zhǎng)膠料焦燒時(shí)間，對(duì)加工工藝極為有利。納米氧化鋅用于橡膠鞋、雨靴、橡膠手套等勞保制品中，可以大大延長(zhǎng)制品的使用壽命，并可改善它們的外觀及色澤，其用于透明或有色橡膠制品中，有著碳黑等傳統(tǒng)活性劑不可替代的作用。納米氧化鋅用于氣密封膠、密封墊等制品中，對(duì)于改善產(chǎn)品的耐磨性和密封效果也有著良好的作用。目前我公司的納米氧化鋅已在國(guó)內(nèi)多家大型輪胎和橡膠制品企業(yè)得到良好應(yīng)用。
2. 油漆涂料 隨著人們對(duì)涂料的色澤、涂膜性能、環(huán)保等各方面要求的提高，納米材料在涂料行業(yè)中的應(yīng)用受到越來越廣泛的重視。目前應(yīng)用于涂料中的納米材料品種有納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米碳酸鈣等，其中納米二氧化鈦和納米二氧化硅由于其昂貴的價(jià)格而限制了它們的應(yīng)用范圍和數(shù)量，納米碳酸鈣性能又比較單一，在提高涂料的防霉和抗紫外老化性能方面作用較小，因而納米氧化鋅以其優(yōu)異的性價(jià)比在涂料的應(yīng)用中占據(jù)了更大的優(yōu)勢(shì)。 納米氧化鋅具有一般氧化鋅無法比擬的新性能和新用途，能使涂層具有屏蔽紫外線、吸收紅外線及殺菌防霉作用，因此它可廣泛應(yīng)用于建筑內(nèi)外墻乳液涂料及其他涂料中，同時(shí)它的增稠作用還有助于提高顏料分散的穩(wěn)定性。 我公司通過與相關(guān)科研單位聯(lián)合開發(fā)，將納米氧化鋅成功應(yīng)用于水性涂料中，制作成納米氧化鋅改性涂料，經(jīng)測(cè)試表明，此改性涂料的耐沾污性、耐人工老化性、耐水耐堿性、耐洗刷性、硬度及附著力等傳統(tǒng)機(jī)械力學(xué)性能得到較大的改善。此外，納米氧化鋅改性涂料的抗菌防霉性能也在進(jìn)一步研究之中。
【納米氧化鋅的制備、表面改性及應(yīng)用】相關(guān)文章：
微乳化技術(shù)在納米材料制備中的應(yīng)用研究08-06
微乳化技術(shù)在納米材料制備中的應(yīng)用研究08-06
蒙脫土的有機(jī)改性及其在納米復(fù)合材料和聚合物電解質(zhì)中的應(yīng)用08-13
納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用08-06
納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用08-06
納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 208-06
淺談納米技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用08-15
納米的魅力02-20