纳米氧化锌(ZnO)是一种新型的精细无机化工材料,其粒径介于1-100nm,由于其粒子尺寸小、比表面积大，因而具有明显的表面与界面效应,量子尺寸效应,体积效应和宏观量子隧道效应以及高透明度、高分散性等特点,使得其具有很好的压电性、导电性、荧光性、无毒和杀菌、非迁移性、吸收和散射紫外线能力等，被广泛地应用于压敏电阻、压电材料、静电材料、荧光体、化妆品、气体传感器、变阻器、图象记录材料、磁性材料、紫外线屏蔽材料、高效催化剂、光催化剂以及抗菌剂等,尤其是作为抗菌剂,以其长效性、耐高温等优点受到人们的关注,并已经在橡胶、塑料、染料、油墨、涂料、玻璃、压电陶瓷、光电子以及日用化工等领域获得应用,开发利用前景广阔。

2 纳米氧化锌的应用

纳米氧化锌作为一种新型功能抗菌材料,在磁、电、光、敏感、抗菌消毒、紫外线屏等方面具有广泛的用途。

2.1 在橡胶工业中的应用

纳米氧化锌是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂。纳米氧化锌具有颗粒微小，比表面积大,分散性好,疏松多孔,流动性好等物理化学特性,因此,与橡胶的亲和性好,熔炼时易分散，胶料生热低,扯断变形小,弹性好,可用于改善材料的工艺性能和物理性能。用于制造高速耐磨的橡胶制品,如飞机轮胎、高级轿车用的子午线轮胎等,具有防止老化、抗摩擦着火、使用寿命长等优点,可大幅度提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温和耐老化性能,特别是耐磨性能。另外，氧化锌作为橡胶制品中硫化体系的必用助剂,其填充量较高,一般为5份左右。由于氧化锌比重大,填充量大,其对胶料密度的影响非常大,对制品使用寿命和能源消耗都不利。而使用纳米氧化锌,其用量仅为等级氧化锌用量的30%-50%,这样不仅降低了生产成本,而且在强伸性能、生热、老化等方面的性能远优于普通氧化锌。

2.2 在塑料工业中的应用

纳米氧化锌对各种复合材料的力学性能有明显的增强效果。作为抗菌剂,其抗菌效果也是很明显的。通过研究纳米氧化锌在丙烯酸树脂中抗菌效果,结果表明,纳米氧化锌有很好的杀菌效果，且对葡萄球菌的杀菌效果好于大肠杆菌;当纳米氧化锌的质量分数为1%时，5min 内对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%,对大肠杆菌的杀菌率为99.93%;纳米氧化锌/PP复合材料的抗菌性能研究结果表明,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有一定的杀菌效果,且在光照下的杀菌效果更好，PP/纳米ZnO 复合材料的具有抗菌性同时在光照条件下和加入偶联剂均能提高复合材料的抗菌性能。研究发现,改性纳米氧化锌具有优异的抗菌性和可控光降解性能。纳米氧化锌改性后与PP 混合有很好的流动性,偶联剂用量对其流动性起到很关键的作用;纳米氧化锌有很好的抗菌效率,抗菌的时效性也很好,两个月之后的抗菌率还能保持很好;纳米氧化锌对PP 的自然光降解具有一定的催化作用,可用作PP 材料可控光降解的光敏剂。

2.4 在涂料方面的应用

纳米氧化锌与其他纳米材料配合用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中,可使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及抗菌防霉的作用,同时还具有增稠作用,以便于颜料分散的稳定性。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力,减弱乳胶漆对潮湿环境条件下的敏感性,提高耐老化性。纳米氧化锌能够散射光线，使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。采用纳米氧化锌作原料制成的船舶专用涂料,不仅可以起到屏蔽紫外线的作用,而且可以杀死各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。此外,用纳米氧化锌制造的汽车专用变色颜料,添加在金属闪光的面漆中,随着角度的变化,能使涂层产生丰富而神秘的“颜色效应”,使车身表面产生较好的成像效果,增辉闪光,深受汽车配色专家的偏爱。

2.5 用作催化剂

纳米氧化锌因为气体通过的扩散速度比较快,因此是一种极好的催化剂,纳米氧化锌因其尺寸小、比表面积大，表面键性和颗粒内部的不同，表面原子配位不全等,导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶,加大了反应接触面，纳米氧化锌的催化活性和选择性远远大于其传统催化剂。纳米氧化锌还是一种很好的光催化剂。水中的有害有机物质如有机氯化物、农药、表面活性剂、色素等,用目前的水处理技术充分去除是很困难的,而纳米氧化锌作为光催化剂可以使有机物。分解。研究表面,纳米氧化锌粒子的反应速率是普通氧化锌粒子的10-1000倍,而且与普通粒子相比,它几乎不引起光的散射,且有大的比表面积和宽的能带,因此被认为是极具应用前景的光催化剂之一。