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1、纳米氧化锌的制备、表面改性及应用纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒 径介于1100纳米，又称为超微细氧化锌。由于颗粒尺寸的细微化， 比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具有 的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因此，纳米氧化锌 在磁、光、电、化学、物理学、灵敏性等方面具有一样氧化锌产品无 法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、 高级化妆品和医药等领域展现出广漠的应用前景。本文将对本公司生 产的纳米氧化锌从制备方式、性能表征、表面改性和目前所开发的应 用领域方面进行较为详细的介绍。一、纳米氧化锌的制备氧化锌的制备方式分为
2、三类：即直接法（亦称美国法）、间接法（亦称 法国法）和湿化学法。目前许多市售氧化锌多为直接法或间接法产品， 粒度为微米级，比表面积较小，这些性质大大制约了它们的应用领域 及其在制品中的性能。我公司采纳湿化学法（NPP-法）制备纳米级超 细活性氧化锌，可用各类含锌物料为原料，采纳酸浸浸出锌，通过量 次净化除去原料中的杂质，然后沉淀取得碱式碳酸锌，最后焙解取得 纳米氧化锌。与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相较，该新工 艺具有以下技术方面的创新的地方：1. 平稳条件下反映动力学原理与强化的传热技术结合，迅速完成碱式 碳酸锌的焙解。2. 通过工艺参数的调整，能够制备不同纯度、粒度及颜色的各类型号的
3、纳米氧化锌产品。3. 本工艺能够利用多种含锌物料为原料，将其转化为高附加值产品。4. 典型绿色化工工艺，属于环境友好进程。二、纳米氧化锌的性能表征纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料 和传统氧化锌的双重特性。与传统氧化锌产品相较，其比表面积大、 化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状能够依照需要进行调整， 而且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达 98% ；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列专门性能。清华大学分析测试中心用透射电镜对产品进行了分析，纳米氧化锌粒 子为球形，粒径散布均匀，平均粒径2030纳米，所有粒子的粒径均 在50纳米以下。经
4、ST-A表面和孔径测定仪测试，纳米氧化锌粉体的 BET比表面积在35m2/g以上。另外，通过调整制备工艺参数，还能够 生产出棒状纳米氧化锌。本产品经中国科学院微生物研究所检测鉴 定，结果说明，在丰硕细菌培育基中，加入%1%的纳米氧化锌，可有 效抑制大肠杆菌的生长，抑菌率达%以上。三、纳米氧化锌的表面改性由于纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚； 另一方面，纳米氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散， 这就极大地限制了其纳米效应的发挥。因此对纳米氧化锌粉体进行分 散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处置手腕。所谓纳米分散是指采纳各类原理、方式和手腕在特定的液体介质
5、（如 水）中，将干燥纳米粒子组成的各类形态的团聚体还原成一次粒子并 使其稳固、均匀散布于介质中的技术。纳米粉体的表面改性那么是在 纳米分散技术基础上的扩展和延伸，即依照应用处合的需要，在已分 散的纳米粒子表面包覆一层适当物质的薄膜或使纳米粒子分散在某种 可溶性固相载体中。通过表面改性的纳米干粉体，其吸附、润湿、分 散等一系列表面性质都会发生转变，一样能够自动或极易分散在特定 的介质中，因此利用超级方便。一样来讲，纳米粒子的改性方式有三 种：1.在粒子表面均匀包覆一层其他物质的膜，从而使粒子表面性 质发生转变；2.利用电荷转移络合体（如硅烷、钛酸酯等偶联剂和 硬脂酸、有机硅等）作表面改性剂对纳米
6、粒子表面进行化学吸附或化 学反映；3.利用电晕放电、紫外线、等离子、放射线等高能量手腕 对纳米粒子表面进行改性。依照不同应用领域的要求，选择适当的表面改性剂或表面改性工艺， 对纳米氧化锌进行表面改性，改善其表面性能，增加纳米颗粒与基体 之间的相容性，从而应用于各类领域，提高产品的性能技术指标。四、纳米氧化锌的应用本公司从纳米氧化锌的制备伊始，就十分重视其应用技术开发的研究。 通过公司内部科研人员的潜心研究，和与相关科研单位的技术合作， 在纳米氧化锌的应用技术方面取得了一系列重要功效。目前产品的要 紧应用领域有：1.橡胶轮胎在橡胶行业中，专门是透明橡胶制品生产中，纳米氧化 锌是极好的硫化活性剂。
7、由于纳米氧化锌可与橡胶分子实现分子水平 上的结合，因此能提高胶料性能，改善成品特性。以子午线轮胎和其 他橡胶制品为例，利用纳米氧化锌可显著提高产品的导热性能、耐磨 性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，而且其用量可节省35-50%， 大大降低了产品本钱；在加工工艺上，能延长胶料焦烧时刻，对加工 工艺极为有利。纳米氧化锌用于橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品 中，能够大大延长制品的利用寿命，并可改善它们的外观及色泽，其 用于透明或有色橡胶制品中，有着碳黑等传统活性剂不可替代的作用。 纳米氧化锌用于气密封胶、密封垫等制品中，关于改善产品的耐磨性 和密封成效也有着良好的作用。目前我公司的纳米氧化锌已在国
8、内多 家大型轮胎和橡胶制品企业取得良好应用。2.油漆涂料随着人们对涂料的色泽、涂膜性能、环保等各方面要求 的提高，纳米材料在涂料行业中的应用受到愈来愈普遍的重视。目前 应用于涂料中的纳米材料品种有纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米 氧化锌、纳米碳酸钙等，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅由于其昂 贵的价钱而限制了它们的应用范围和数量，纳米碳酸钙性能又比较单 一，在提高涂料的防霉和抗紫外老化性能方面作用较小，因此纳米氧 化锌以其优良的性价比在涂料的应用中占据了更大的优势。纳米氧化 锌具有一样氧化锌无法比拟的新性能和新用途，能使涂层具有屏蔽紫 外线、吸收红外线及杀菌防霉作用，因此它可普遍应用于建筑内外墙
9、 乳液涂料及其他涂料中，同时它的增稠作用还有助于提高颜料分散的 稳固性。我公司通过与相关科研单位联合开发，将纳米氧化锌成功应 用于水性涂料中，制作成纳米氧化锌改性涂料，经测试说明，此改性 涂料的耐沾污性、耐人工老化性、耐水耐碱性、耐洗刷性、硬度及附 着力等传统机械力学性能取得较大的改善。另外，纳米氧化锌改性涂 料的抗菌防霉性能也在进一步研究当中。 3.化纤纺织品纳米材 料应用于化纤纺织品中有两种途径：一种方式是把纳米微粒直接添加 在化学纤维的初始反映液中，采纳常规的聚合反映合成功能纤维，使 纳米微粒均匀散布于纤维内部；另一种方式确实是把纳米微粒作为一 种后整理剂配制到织物的后整理液中，通过浸轧
10、使纳米微粒吸附在纤 维的表面，或用必然的粘合剂将纳米微粒涂覆到织物表面形成一种功 能性的涂层，改善织物的服用性能。吉林化纤集团将我公司表面改性 后的纳米氧化锌配制到粘胶纤维的喷丝液中，合成了含有纳米氧化锌 微粒的粘胶纤维，该纤维经纺纱、织造取得添加纳米氧化锌的抗紫外 织物，与未添加纳米氧化锌的一般织物进行对照，抗紫外织物的UPF 值（紫外线遮挡系数）为对照织物的两倍。我公司产品能够显著提高 粘胶纤维、合成纤维制品的抗紫外和抗菌功能，用于抗紫外织物、抗 菌织物、遮阳伞等产品的生产。我公司开发的抗紫外用纳米胶体，已 由杭州天堂伞业集团在遮阳伞上试用，中国计量科学研究院测试说明， UPF值（紫外线遮
11、挡系数）为50，其性能指标已经达到澳大利亚标准， 超过欧盟标准。4.防晒化妆品由于地球臭氧层受到破坏，致使紫外线对地球生物圈 辐射量的不断增加，过量的紫外线照射对人类健康造成的危害正在日 趋加重。为了抵御过量紫外线照射对人体皮肤的损害，人们开发了多 种防晒剂来爱惜皮肤。由于大多数有机防晒剂活性较高，对皮肤产生 刺激性，在紫外线照射后易分解，防晒成效不长久，因这人们又开发 了无机防晒剂，如纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。研究发觉，纳米氧 化锌对紫外线的防护功能比传统的纳米二氧化钛要强，对紫外线UV-A 和UV-B均具有良好的防护成效，因此纳米氧化锌在化妆品领域的应用 迅速进展。我公司应用一种特殊表面
12、处置技术生产的纳米级氧化锌防 晒剂，它能超级有效地吸收太阳紫外线，尤其能爱惜人体免受UV-A 和UV-B的侵害。大多数的传统防晒剂能对UV-B起作用，但并非能有 效招架波长更长的UV-A紫外线，而UV-A愈来愈被以为与皮肤过早衰 老和皮肤癌有关。我公司氧化锌平均粒径小于50纳米，它能最有效地 抗击UV-A和UV-B，是广谱的抗紫外剂，无毒无害，是名不虚传的新 一代物理防晒剂。5. 其它领域随着人们对纳米氧化锌性能熟悉的深化，纳米氧化锌的 应用领域在不断扩大。例如，将纳米氧化锌用于陶瓷行业，能够大大 降低陶瓷制品的烧结温度，烧成品光亮如镜，减少了生产工序，降低 了能耗，并给予了陶瓷制品抗菌除臭和
13、分解有机物的自洁作用，极大 地提高了产品质量；纳米氧化锌由于尺寸小，比表面积大，表面的键 态与颗粒内部的不同，加大了反映接触面，提高了催化效率，是化工 生产企业制备脱硫剂和化学催化剂的首选材料；纳米氧化锌也是一种 专门好的光催化剂，在紫外线照射下，能自行分解出自由移动的负电 子，留下带正电的空穴，激活空气中的氧变成活性氧，与多种有机物 发生化学反映，杀死病菌和病毒。另外，纳米氧化锌在传感器、电容 器、荧光材料、吸波材料、导电材料等诸多领域也展现出愈来愈广漠 的应用前景。五、终止语目前纳米氧化锌的制备技术已经取得了一些冲破，在国内形成了几家 产业化生产厂家。可是纳米氧化锌的表面改性技术及应用技术尚未完 全成熟，其应用领域的开拓受到了较大的限制，并制约了该产业的形 成与进展。尽管咱们最近几年来在纳米氧化锌的应用方面取得了专门 大的进展，但与发达国家的应用水平和纳米氧化锌的潜在应用前景相 较，还有许多工作要做。如何克服纳米氧化锌表面处置技术的瓶颈， 加速其在各个领域的普遍应用，成为诸多纳米氧化锌生产厂家所面临 的亟待解决的问题。
