Оксид цинка — уникальный материал, который использовался в качестве пигмента на протяжении тысяч лет. В чистом виде оксид цинка представляет собой мелкий белый порошок. Но при использовании в качестве пигмента оксид цинка может давать широкий спектр цветов в зависимости от таких факторов, как размер частиц, добавление других соединений и т. д.
Оксид цинка — это неорганическое соединение с химической формулой ZnO. Он в основном состоит из минерала цинкита, хотя коммерческий оксид цинка также содержит небольшое количество родственных минералов. Вот некоторые ключевые факты об оксиде цинка:
Некоторые основные области применения оксида цинка включают применение в качестве пигмента, в солнцезащитных кремах, в косметике, в качестве активатора в производстве резины и в качестве варистора в электронике. Его универсальность обусловлена его уникальными физическими и химическими свойствами, которые зависят от производственного процесса.
Использование оксида цинка в качестве пигмента восходит к древним временам. Доисторические художники использовали цинковые руды в красках, вероятно, не осознавая их химическую идентичность. Производство пигментов оксида цинка в промышленных масштабах началось в 19 веке после разработки коммерческих процессов. Сегодня оксид цинка остается одним из наиболее широко используемых белых пигментов в покрытиях и пластмассах.
Как пигмент, оксид цинка обладает многими желаемыми свойствами:
Укрывистость оксида цинка обусловлена его высоким показателем преломления, что приводит к высокому рассеиванию света. Это позволяет скрывать основные цвета с меньшим количеством пигмента. Оксид цинка может давать белые цвета в красках, покрытиях, пластике, керамике, продуктах питания и других приложениях. Он также обычно используется в качестве основы для цветных пигментов.
Оксид цинка для использования в качестве пигмента производится с помощью одного из двух основных процессов:
Процесс производства влияет на такие свойства, как размер частиц, чистота и цвет. Желаемые свойства пигмента могут быть достигнуты путем тщательного контроля условий производства.
Как обсуждалось выше, чистый оксид цинка имеет белый цвет. Так как же он может производить другие цвета? Существует несколько факторов, которые влияют на цвет, создаваемый пигментами оксида цинка:
Основным фактором, влияющим на цвет, является размер частиц. Как показано в таблице ниже, более мелкие частицы оксида цинка имеют тенденцию рассеивать свет, производя белые цвета. Более крупные частицы приводят к поглощению и рассеиванию света, вызывая другие цвета:
| Размер частиц | Цвет |
|---|---|
| 0,2-0,3 мкм | Белый |
| 0,3-0,5 мкм | Бледно-желтый |
| > 1 мкм | Ярко-желтый/оранжевый |
Контролируя такие факторы, как температура и время пребывания паров, можно настроить производственный процесс для получения пигментов оксида цинка с желаемыми размерами частиц и цветами.
Присутствующие примеси также могут влиять на цвет. Переходные металлы, такие как марганец, железо, кобальт и медь, могут давать желто-коричневые оттенки. Редкоземельные металлы, такие как церий, могут давать бледно-розовые цвета. В таблице ниже показаны некоторые эффекты примесей:
| Примесь | Влияние на цвет |
|---|---|
| Железо | Желтоватый |
| Кобальт | Зеленоватый |
| Медь | Красновато-коричневый |
| Марганец | Оранжевый |
| Церий | Бледно-розовый |
Хотя примеси иногда добавляются намеренно для получения цветов, минимизация примесей также позволяет получить более белые и яркие пигменты оксида цинка.
Покрытие поверхности частиц оксида цинка обеспечивает еще один способ изменения цвета. Обработка поверхности изменяет свойства рассеивания света и может улучшить дисперсию пигмента. Вот некоторые примеры:
Наконец, преднамеренное легирование другими металлами обеспечивает контролируемый подход к настройке цвета оксида цинка. Переходные металлы, такие как марганец и железо, могут быть добавлены для получения желтых, оранжевых, красных, зеленых или коричневых оттенков. Концентрация легирующей примеси определяет окончательный цвет. Например, низкие уровни легирующих примесей марганца приводят к бледно-желтому цвету, а более высокие уровни дают оранжевый цвет. Использование нескольких легирующих металлов позволяет получить широкую гамму цветов.
Благодаря этому диапазону цветов пигменты оксида цинка находят разнообразное применение. Некоторые распространенные области применения цветных пигментов оксида цинка включают:
Цветной оксид цинка обеспечивает погодоустойчивые и выцветающие цвета для внутренних и наружных красок и других защитных покрытий. Оранжевый/желтый оксид цинка может обеспечить ингибирование коррозии в качестве грунтовочного пигмента. Поглощение УФ-излучения также улучшает долговечность покрытия.
Дисперсии оксида цинка используются в качестве красителей и наполнителей в таких пластиках, как ПВХ и полиэтилен. Цветной оксид цинка позволяет визуально привлекательным потребительским товарам, защищая пластик от УФ-деградации.
Высокая термостойкость подходит оксиду цинка для окрашивания керамических глазурей. Оксид цинка дает цвета от белого, желтого, оранжевого, зеленого, красного до черного в глазури. Цвет зависит от атмосферы печи, температуры и других минеральных содержаний.
Оксид цинка может добавлять белые или цветные оттенки в продукты питания, такие как конфеты и глазурь. Его нетоксичные свойства также позволяют использовать его в косметических продуктах, включая макияж, бальзам для губ и солнцезащитный крем.
При добавлении в полимеры, такие как резина и клеи, цветной оксид цинка обеспечивает окраску и улучшает механические свойства за счет армирования и сшивания.
Керамика из легированного оксида цинка обладает полупроводниковыми и пьезоэлектрическими свойствами, полезными для электронных приложений. Цветная керамика из оксида цинка используется в варисторах, датчиках, генераторах энергии и многом другом.
Хотя чистый оксид цинка белый, он может производить широкую палитру в качестве пигмента. Контролируя такие свойства, как размер частиц, примеси и уровни легирования, из этого одного материала можно получить желтые, оранжевые, красные, зеленые и другие цвета. Красочность и долговечность оксида цинка позволили использовать его в качестве пигмента на протяжении тысяч лет, и его важность сохраняется и сегодня во многих современных приложениях.