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1~100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备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般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、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。本文将对本公司生产的纳米氧化锌从制备方法、性能表征、表面改性以及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

氧化锌的制备方法分为三类：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。我公司采用湿化学法（npp-法）制备纳米级超细活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得纳米氧化锌。与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比，该新工艺具有以下技术方面的创新之处：

1. 平衡条件下反应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，可以制备不同纯度、粒度及颜色的各种型号的纳米氧化锌产品。

3. 本工艺可以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，属于环境友好过程。

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比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并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、祛味防酶等一系列独特性能。

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，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。经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。此外，通过调整制备工艺参数，还可以生产出棒状纳米氧化锌。 本产品经

前我公司的纳米氧化锌已在国内多家大型轮胎和橡胶制品企业得到良好应用。

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越来越广泛的重视。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格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，因而纳米氧化锌以其优异的性价比在涂料的应用中占据了更大的优势。 纳米氧化锌具有一般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，因此它可广泛应用于建筑内外墙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定性。 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，经测试表明，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得到较大的改善。此外，纳米氧化锌改性涂料的抗菌防霉性能也在进一步研究之中。

3. 化纤纺织品 纳米材料应用于化纤纺织品中有两种途径：一种方法是把纳米微粒直接添加在化学纤维的初始反应液中，采用常规的聚合反应合成功能纤维，使纳米微粒均匀分布于纤维内部；另一种方法就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，通过浸轧使纳米微粒吸附在纤维的表面，或者用一定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、织造得到添加纳米氧化锌的抗紫外织物，与未添加纳米氧化锌的普通织物进行对比，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有限公司在遮阳伞上试用，