Zinkoxide

Zinkoxide is een anorganische verbinding met de formule ZnO. ZnO is een wit poeder dat onoplosbaar is in water. Het wordt gebruikt als additief in tal van materialen en producten, waaronder cosmetica, voedingssupplementen, rubbers, kunststoffen, keramiek, glas, cement, smeermiddelen, verven, zalven, kleefstoffen, afdichtingsmiddelen, pigmenten, voedingsmiddelen, batterijen, ferrieten, brandvertragers en EHBO-banden. Hoewel het van nature voorkomt als mineraal zinkiet, wordt het meeste zinkoxide synthetisch geproduceerd.

ZnO is een wide-band gap halfgeleider van de II-VI halfgeleidergroep. De natieve dotering van de halfgeleider als gevolg van zuurstofvacatures of zink-interstitials is van het n-type. Deze halfgeleider heeft verschillende gunstige eigenschappen, waaronder goede transparantie, hoge elektronenmobiliteit, brede bandafstand en sterke luminescentie bij kamertemperatuur. Deze eigenschappen zijn waardevol in opkomende toepassingen voor: transparante elektroden in LCD-schermen, energiebesparende of hittebeschermende ramen, en elektronica als dunne-filmtransistors en lichtgevende dioden.

Toepassingen

De toepassingen van zinkoxidepoeder zijn talrijk en de belangrijkste worden hieronder samengevat. De meeste toepassingen maken gebruik van de reactiviteit van het oxide als voorloper van andere zinkverbindingen. Voor materiaalwetenschappelijke toepassingen heeft zinkoxide een hoge brekingsindex, een hoge thermische geleidbaarheid, bindende, antibacteriële en UV-beschermende eigenschappen. Daarom wordt het toegevoegd aan materialen en producten, waaronder kunststoffen, keramiek, glas, cement, rubber, smeermiddelen, verven, zalven, lijm, afdichtingsmiddelen, betonproductie, pigmenten, voedingsmiddelen, batterijen, ferrieten, brandvertragers, enz.

-Rubber fabricage

Tussen 50% en 60% van het gebruik van ZnO is in de rubberindustrie. Zinkoxide wordt samen met stearinezuur gebruikt bij het vulkaniseren van rubber ZnO-additief beschermt ook rubber tegen schimmels en UV-licht.

-Keramische industrie

De keramische industrie verbruikt een aanzienlijke hoeveelheid zinkoxide, met name in keramische glazuur- en fritssamenstellingen. De relatief hoge warmtecapaciteit, thermische geleidbaarheid en hoge temperatuurstabiliteit van ZnO in combinatie met een relatief lage uitzettingscoëfficiënt zijn gewenste eigenschappen bij de productie van keramiek. ZnO beïnvloedt het smeltpunt en de optische eigenschappen van glazuren, email en keramische formuleringen. Zinkoxide als secundaire uitzetting met lage uitzetting verbetert de elasticiteit van glazuren door de verandering in viscositeit als functie van temperatuur te verminderen en helpt haarscheurtjes en rillingen te voorkomen. Door ZnO te vervangen door BaO en PbO, neemt de warmtecapaciteit af en wordt het warmtegeleidingsvermogen verhoogd. Zink in kleine hoeveelheden verbetert de ontwikkeling van glanzende en schitterende oppervlakken. Bij matige tot grote hoeveelheden produceert het echter matte en kristallijne oppervlakken. Zink heeft een gecompliceerde invloed op kleur.

-Geneesmiddel

Zinkoxide als mengsel met ongeveer 0,5% ijzer(III)oxide (Fe2O3) wordt calamine genoemd en wordt gebruikt in calaminelotion. Twee mineralen, zinkiet en hemimorfiet, worden van oudsher calamine genoemd. Wanneer vermengd met eugenol, een ligand, wordt zinkoxide-eugenol gevormd, dat toepassingen heeft als herstellend en prothodontisch in de tandheelkunde.

Door de basiseigenschappen van ZnO weer te geven, hebben fijne oxidedeeltjes geur- en antibacteriële eigenschappen en worden daarom toegevoegd aan materialen zoals katoenweefsel, rubber, mondverzorgingsproducten, en voedselverpakkingen. Verbeterde antibacteriële werking van fijne deeltjes in vergelijking met bulkmateriaal is niet exclusief voor ZnO en wordt waargenomen voor andere materialen, zoals zilver. Deze eigenschap is het gevolg van het grotere oppervlak van de fijne deeltjes.

Zinkoxide wordt veel gebruikt om verschillende huidaandoeningen te behandelen, waaronder dermatitis, jeuk als gevolg van eczeem, luieruitslag en acne.

Het wordt gebruikt in producten zoals babypoeder en barrièrecrèmes om luieruitslag, calaminecrème, antiroosshampoos en antiseptische zalven te behandelen. Het is ook een onderdeel van tape ("zinkoxidetape" genoemd) dat door atleten wordt gebruikt als verband om beschadiging van zacht weefsel tijdens trainingen te voorkomen.

Zinkoxide kan worden gebruikt in zalven, crèmes en lotions ter bescherming tegen zonnebrand en andere schade aan de huid veroorzaakt door ultraviolet licht (zie zonnebrandcrème). Het is de UVA- en UVB-absorber met het breedste spectrum die is goedgekeurd voor gebruik als zonnebrandcrème door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), en is volledig fotostabiel. Bij gebruik als ingrediënt in zonnebrandcrème blokkeert zinkoxide zowel UVA- (320-400 nm) als UVB-stralen (280-320 nm) van ultraviolet licht. Zinkoxide en de andere meest voorkomende fysieke zonnebrandcrème, titaniumdioxide, worden beschouwd als niet-irriterend, niet-allergeen en niet-comedogeen. Zink van zinkoxide wordt echter licht in de huid opgenomen.

Veel zonnebrandmiddelen gebruiken nanodeeltjes zinkoxide (samen met nanodeeltjes titaniumdioxide) omdat dergelijke kleine deeltjes het licht niet verstrooien en daarom niet wit lijken. Er bestaat bezorgdheid dat ze in de huid kunnen worden opgenomen. Een in 2010 gepubliceerd onderzoek toonde aan dat 0,23% tot 1,31% (gemiddeld 0,42%) van het zinkgehalte in het bloed in veneuze bloedmonsters kon worden herleid tot zink uit ZnO-nanodeeltjes die gedurende 5 dagen op de menselijke huid werden aangebracht, en sporen werden ook gevonden in urinemonsters. In een uitgebreid overzicht van de medische literatuur uit 2011 staat daarentegen dat er geen aanwijzingen zijn voor systemische absorptie in de literatuur.

Zinkoxide-nanodeeltjes kunnen de antibacteriële activiteit van ciprofloxacine versterken. Er is aangetoond dat nano-ZnO met een gemiddelde grootte tussen 20 nm en 45 nm de antibacteriële activiteit van ciprofloxacine tegen Staphylococcus aureus en Escherichia coli in vitro kan versterken. Het versterkende effect van dit nanomateriaal is concentratieafhankelijk van alle teststammen. Dit effect kan twee redenen hebben. Ten eerste kunnen zinkoxide-nanodeeltjes interfereren met NorA-eiwit, dat is ontwikkeld voor het verlenen van resistentie aan bacteriën en dat pompende activi

-Filters voor sigaretten

Zinkoxide is een onderdeel van sigarettenfilters. Een filter bestaande uit houtskool geïmpregneerd met zinkoxide en ijzeroxide verwijdert aanzienlijke hoeveelheden waterstofcyanide (HCN) en waterstofsulfide (H2S) uit tabaksrook zonder de smaak te beïnvloeden.

-Additief voor levensmiddelen

Zinkoxide wordt aan veel voedingsmiddelen, waaronder ontbijtgranen, toegevoegd als zinkbron, een noodzakelijke voedingsstof. (Zinksulfaat wordt ook voor hetzelfde doel gebruikt.) Sommige voorverpakte voedingsmiddelen bevatten ook sporen van ZnO, ook al is het niet bedoeld als voedingsstof.

Tijdens de Chileense varkensvleescrisis van 2008 was zinkoxide in verband gebracht met dioxineverontreiniging bij de uitvoer van varkensvlees. De besmetting bleek het gevolg te zijn van met dioxine verontreinigd zinkoxide dat wordt gebruikt in varkensvoer.

-Pigment

Zinkwit wordt gebruikt als pigment in verven en is ondoorzichtiger dan lithopoon, maar minder ondoorzichtig dan titaniumdioxide. Het wordt ook gebruikt in coatings voor papier. Chinees wit is een speciale kwaliteit zinkwit die wordt gebruikt in pigmenten van kunstenaars. Het gebruik van zinkwit (zinkoxide) als pigment in olieverfschilderijen begon halverwege de 18e eeuw. Het heeft het giftige loodwit gedeeltelijk vervangen en werd gebruikt door schilders zoals Böcklin, Van Gogh, Manet, Munch en anderen. Het is ook een hoofdingrediënt van minerale make-up (CI 77947).

-UV-absorber

Gemicroniseerd zinkoxide en titaniumdioxide op nanoschaal bieden een sterke bescherming tegen UVA- en UVB-ultraviolette straling en worden gebruikt in zonnebrandolie en ook in zonnebrillen met UV-blokkering voor gebruik in de ruimte en ter bescherming bij het lassen, na onderzoek door wetenschappers van Jet Propulsion Laboratory (JPL).

-Coatings

Verven die zinkoxidepoeder bevatten, worden al lang gebruikt als anticorrosieve coatings voor metalen. Ze zijn vooral effectief voor gegalvaniseerd ijzer. IJzer is moeilijk te beschermen omdat de reactiviteit met organische coatings leidt tot broosheid en gebrek aan hechting. Zinkoxide-verven behouden hun flexibiliteit en hechting op dergelijke oppervlakken gedurende vele jaren.

ZnO zeer n-type gedoteerd met aluminium, gallium of indium is transparant en geleidend (transparantie ~ 90%, laagste soortelijke weerstand ~ 10−4 Ω · cm). ZnO: Al coatings worden gebruikt voor energiebesparende of hittebeschermende ramen. De coating laat het zichtbare deel van het spectrum binnen, maar reflecteert ofwel de infrarood (IR) straling terug in de kamer (energiebesparing) of laat de IR-straling de kamer niet binnen (hittebescherming), afhankelijk van welke zijde van het raam heeft de coating.

Kunststoffen, zoals polyethyleennaftalaat (PEN), kunnen worden beschermd door een zinkoxide-coating aan te brengen. De coating vermindert de diffusie van zuurstof met PEN. Zinkoxidelagen kunnen ook worden gebruikt op polycarbonaat in buitentoepassingen. De coating beschermt polycarbonaat tegen zonnestraling en verlaagt de oxidatiesnelheid en foto-vergeling.

-Corrosiepreventie in kernreactoren

Zinkoxide verarmd in 64Zn (de zinkisotoop met atoommassa 64) wordt gebruikt ter voorkoming van corrosie in reactoren met nucleair drukwater. De uitputting is nodig, omdat 64Zn onder bestraling door de reactorneutronen wordt omgezet in radioactief 65Zn.

-Methaanhervorming

Zinkoxide (ZnO) wordt gebruikt als voorbehandelingsstap om waterstofsulfide (H2S) uit aardgas te verwijderen na hydrogenering van zwavelverbindingen voorafgaand aan een methaanhervormer, die de katalysator kan vergiftigen. Bij temperaturen tussen ongeveer 230-430 ° C (446-806 ° F) wordt H2S door de volgende reactie in water omgezet:

H2S + ZnO → H2O + ZnS

Het zinksulfide (ZnS) wordt vervangen door vers zinkoxide wanneer het zinkoxide is verbruikt.