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在工业材料的广阔天地中,一种白色或微黄色的微细粉末正悄然改变多个行业的生产的基本工艺和产品性能,它就是轻质活性氧化锌。作为氧化锌家族中的“高性能成员”,它凭借轻质、高活性、易分散的特性,在橡胶、陶瓷、涂料等领域发挥着不可或缺的作用。
氧化锌(化学式ZnO,CAS号1314-13-2)是一种传统的无机化工材料,外观为白色粉末,无臭无味,熔点高达1975℃,密度约为5.6g/cm³。不溶于水,但溶于酸和碱的特性使其在众多工业过程中成为重要角色。
传统的氧化锌生产的基本工艺大致上可以分为直接法(美国法)、间接法(法国法)和湿法(化学沉淀法)。直接法氧化锌颗粒较粗,杂质含量较高;间接法氧化锌纯度有所提升,但颗粒仍较粗大,堆密度较大,常被称为“普通氧化锌”。
随着产业升级和技术进步,市场对氧化锌提出了更高要求:更细的粒度、更大的比表面积、更低的堆密度和更高的反应活性。轻质活性氧化锌应运而生,它主要是通过湿法工艺生产,实现了粒径、活性和分散性的突破性提升。
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轻质活性氧化锌的核心特性体现在几个关键指标上:堆积密度仅为0.20-0.35 g/mL(远低于传统氧化锌),比表面积可达40-60 m²/g(HG/T 2572-2020规定要求≥35m²/g)。
这些数据背后是实实在在的产品的优点。低堆积密度意味着“轻质”,单位重量体积更大,在需要控制产品密度或增加体积填充的场合优势显著。高比表面积则直接带来了高反应活性,使其在硫化反应中能更有效地与促进剂相互作用,提升反应效率。
轻质活性氧化锌的微晶结构使其在橡胶、涂料、硅橡胶等基体中易于分散,能有实际效果的减少结团现象,提高制品均一性和表面上的质量。其疏松的颗粒结构非常适合于模压、挤出等加工工艺,有助于改善胶料流动性。
轻质活性氧化锌主要是采用湿法生产的基本工艺,具体可分为酸法和氨法两种路线。酸法工艺通常将含锌原料与硫酸反应,得到硫酸锌溶液,然后经过氧化除杂、还原除杂,以及多次沉淀,除去大量的铁、锰、铜、铅、镉、砷等杂质离子,得到纯净的硫酸锌溶液。将此溶液与纯碱中和,得到固体的碱式碳酸锌,再经洗涤、烘干及煅烧,得到活性氧化锌。
氨法则使用氨水及碳铵与含锌原料反应,得到锌氨络合物,然后除杂,得到合格的锌氨络合溶液,然后经过蒸氨,使锌氨络合物转换为碱式碳酸锌,最后经烘干、煅烧而得到活性氧化锌。
通过精确控制工艺参数,湿法工艺可以生产出粒径在1-100纳米的纳米氧化锌,这也是轻质活性氧化锌高性能的来源。
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在橡胶工业中,轻质活性氧化锌主要用作天然胶和合成胶的硫化活性剂,大范围的应用于橡胶制品、胶鞋、胶管、胶带等。其轻质特性有助于降品密度,良好的分散性促进了硫化过程,提高了制品的物理性能。推荐添加量为3.0-5.0 phr(每百份橡胶中的份数)。硅橡胶制品
对于透明或浅色硅橡胶制品(如硅胶按键、密封圈、母婴用品等),轻质活性氧化锌的低重金属含量保证了产品安全性和颜色稳定性。其轻质与良好分散性有助于保持硅橡胶的透明度和物理性能。
在陶瓷领域,轻质活性氧化锌可用作助熔剂(降低烧结温度)、乳浊剂(用于熔块釉料)和色料。值得一提的是,肇庆市新润丰的RA95釉用活性氧化锌还具备抗菌效果,能有效降解有机物,将病菌和病毒杀死。
轻质活性氧化锌还用于防腐涂料(如富锌底漆)的辅助防锈颜料、紫外线吸收剂,以及作为催化剂载体或成分——其大比表面积为活性位点提供了更多空间。
从性能角度看,轻质活性氧化锌具有更高的活性和更好的分散性,可以轻松又有效提高产品质量和性能一致性。从经济角度考虑,由于其活性高,在部分应用中能够大大减少添加量,以此来降低整体成本。
环保优势也是重要考量因素。湿法生产的基本工艺能有效控制重金属杂质含量,如铅≤5ppm、锰≤5ppm、铜≤5ppm、砷≤1ppm、镉≤3ppm,满足现代工业对环保日益严格的要求。
此外,轻质活性氧化锌的轻质特性有助于减轻最终产品的重量,这在许多应用领域都是显著优势。
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为了充分的发挥轻质活性氧化锌的性能,使用时必须要格外注意几点:储存时应保持环境干燥,包装密封,防止吸潮结块和污染;运送过程中应防止雨淋、受潮和包装破损。
操作时建议佩戴防尘口罩、防护眼镜和手套,避免吸入粉尘及长期皮肤接触。在橡胶混炼过程中,建议与硬脂酸同时早期加入,以确保充分分散。
由于产品轻质,体积较大,投料时请注意单位重量的体积变化,确保称量准确。实际添加量需根据具体胶种、促进剂体系及性能要求通过试验确定。
随着工业技术持续不断的发展,对材料性能要求慢慢的升高,轻质活性氧化锌凭借其独特优势,正在橡胶、陶瓷、涂料、硅橡胶等领域替代传统氧化锌,推动这一些行业的产品升级和技术进步。
未来,随着制备技术的逐步优化和应用研究的深入,这一高性能材料还将在更多领域展现其价值,为制造业的创新与发展提供更多可能。
对于寻求产品升级和技术创新的企业而言,关注和应用轻质活性氧化锌,或许是一个值得考虑的突破点。
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