[发明专利]一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种石化化工类精细化学品的生产方法，特别涉及一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺。

背景技术

纳米氧化锌是一种多功能、高附加值的新型精细无机化工产品。其粒径介于1-100纳米之间，又称为超微细氧化锌。由于晶粒的细微化，比表面积急剧增加，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来的研究发现它在催化、磁、光、电、化学、物理学、生物、敏感性等方面具有一般氧化锌产品所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现出广阔的应用前景。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，研发纳米氧化锌已经成为了许多科技人员关注的焦点。

纳米氧化锌产品活性高，具有抗红外、紫外线和杀菌的功能。已被广泛应用于防晒型化妆品、抗菌防臭和抗紫外线的新型功能纤维、自洁抗菌玻璃、陶瓷、防红外、紫外线的屏蔽材料、卫生洁具、污水处理和光催化剂材料等产品中。

纳米氧化锌还是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂。其在橡胶中应用，具有硫化速度快，反应温域宽，转化为硫化锌的转化率高等特点。可提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温性和耐老化性能，特别是提高其耐磨性能等。实践表明，纳米氧化锌在这些方面应用与普通氧化锌比较毫不逊色，更因其表面活性大而可以实现减量配用，进而降低成本。

纳米氧化锌应用于高档油漆、油墨、涂料、塑料中，能大大提高产品遮盖力和着色力；在陶瓷工业中用作乳蚀釉料的助熔剂。此外，纳米氧化锌还可广泛应用于电缆、造纸、医药、印染、颜料和国防等行业。

制备纳米氧化锌超微粉的方法主要分物理法和化学法。其中，化学法是最常用的方法。以下对各方法进行阐述。

1.物理法

物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术，将普通级别的氧化锌粉碎至超细。其中张伟等人利用立式振动磨制备纳米粉体，得到了α-Al₂O₃、ZnO、MgSiO₃等超微粉，最细粒度达到0.1μm。此法虽然工艺简单，但却具有能耗大，产品纯度低，粒度分布不均匀，研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。最大的不足是该法得不到1-100nm的粉体，因此工业上并不常使用此方法。

而深度塑性变形法是使原材料在净压作用下发生严重塑性形变，使材料的尺寸细化到纳米量级。这种独特方法最初是由Islamgaliev等人于1994年初发展起来的。该方法制得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控，但对生产设备的要求却很高。总的说来，物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大，产品粒度不均匀甚至达不到纳米级，产品纯度不高等缺点，工业上不常采用，其发展前景也不大。

2.化学法

化学法具有成本低，设备简单，易放大进行大规模工业化生产等特点。主要分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。

2.1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法制备纳米粉体的工作开始于20世纪60年代。近年来，用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。它是以金属的醇盐Zn(OR)₂为原料，在有机介质中对其进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶化得到凝胶。凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低400--500℃)、过程易控制、颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵，排放物对环境有污染，有待改善。

所述水解、缩聚反应式如下：

水解反应：Zn(OR)₂+2H₂O→Zn(OH)₂+2ROH

缩聚反应：Zn(OH)₂→ZnO+H₂O

2.2醇盐水解法

醇盐水解法是利用金属醇盐在水中快速水解，形成氢氧化物沉淀，沉淀物再经水洗、干燥、煅烧而得到纳米粉体的方法。该方法突出的优点是反应条件要求不高，操作简单。缺点是反应中易形成不均匀成核，而且原料成本高。例如以Zn(OC₂H₅)₂为原料，发生以下反应：