Eigenschaften und Anwendungen

Zinkoxid (ZnO) bildet farblose, hexagonale Kristalle oder ein weißes lockeres Pulver. Beim Erhitzen färbt es sich zitronengelb, beim Abkühlen wird es wieder weiß. Es besitzt eine Dichte von 5,61 g/cm³. Ab 1300 °C verdampft es und es sublimiert ab 1800 °C, d. h. es bildet sich keine (flüssige) Schmelze, sondern es geht direkt von dem festen in den gasförmigen Aggregatzustand über [1].

Zinkoxid hat ein sehr breites, vielfältiges Anwendungsspektrum von der Technik über die Kosmetik bis hin zur Pharmazie. Die Gummiindustrie ist derzeit das umsatzstärkste Einsatzgebiet von Zinkoxid. Es fördert als Additiv den Vulkanisierungsprozess in der Gummiherstellung von Autoreifen und erhöht besonders durch eine gute Wärmeleitfähigkeit die Abfuhr der durch die Walkarbeit entstehenden Wärme. Zudem erhöht Zinkoxid als Zugabe zu Zement dessen Beständigkeit gegen Wasser und verlängert die Verarbeitungszeit. Auch als Porenfüller in Spachtelmassen oder als graue oder weiße Wand- bzw. Künstlerfarbe werden Zinkstaub und "Zinkweiß" eingesetzt.

ZnO © EmpaZnO © EmpaWeiterhin dient es als Katalysator in der chemischen Industrie oder zur Herstellung von kosmetischen Erzeugnissen. In der Pharmaindustrie dient es zur Herstellung von Zinksalben, -pasten, -pflastern und –verbänden für die Haut- und Wundbehandlung. Zinkoxid setzt sich mit Wund-sekreten zu antiseptischen und adstringierenden Zinksalzen um.

Verschiedene elektronische Bauelemente wie piezoelektrische Wandler, transparente leitende Oxide, Sensoren, Leuchtdioden oder Optoelektronik- und Spintronik-Bauelemente sind ohne die Verwendung von Zinkoxid derzeit kaum vorstellbar. Als Halbleiter findet Zinkoxid ebenfalls Verwendung als durchsichtige leitende Schicht bei der Herstellung blauer Leuchtdioden (LED), von Flüssigkristallbildschirmen (TFT), Varistoren (VDR) und Dünnschicht-Solarzellen.

 

Nanopartikuläres Zinkoxid ist im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums transparent und wirkt als physikalischer Filter gegen UV-B- und insbesondere UV-A Strahlen der Sonne. Die UV-Strahlen werden dabei absorbiert und wie von kleinen Spiegeln reflektiert. Das macht dessen Einsatz als physikalischen UV-Filter in Sonnenschutzmitteln interessant. Physikalische UV-Filter werden vor allem in Sonnenschutzmitteln mit Lichtschutzfaktoren über 25 eingesetzt. Sie sind auch für die empfindliche Haut von Kindern und Allergikern geeignet, im Gegensatz zu chemischen UV-Filtern die teilweise Sensibilisierungen auslösen können. Chemische UV-Filter absorbieren die UV-Strahlung oder wandeln sie in Wärme um.

 

Vergleich Physikalischer und Chemischer UV-Filter. © BASF, Infografik.Vergleich Physikalischer und Chemischer UV-Filter. © BASF, Infografik.

Die Größe der ZnO-Partikel, die für Sonnenschutzmittel verwandt werden, liegt zwischen 20 bis 60 nm. Die sehr kleinen ZnO-Nanopartikel werden jedoch vor der Zugabe zu den Sonnenschutzmitteln zusätzlich mit Silizium- oder Aluminiumoxid beschichtet. Sie ballen sich anschließend zu Verbünden (Aggregaten) einer Größe von 200-500 nm zusammen. Untersuchungen der Industrie als auch unabhängige Studien, die im Rahmen des EU-Projektes NanoDerm durchgeführt wurden, zeigten, dass diese Partikel aus Sonnenschutzprodukten nicht durch die gesunde Haut in den Körper gelangen und somit keine gesundheitlichen Risiken für den Verbraucher bestehen [6,8].

 

Da Zinkoxid-Nanopartikel sowohl UV-A/UV-B-Schutz und Transparenz aufweisen und wie oben beschrieben eine antibakterielle und fungistatische Wirkung besitzen, wird es auch in Textilien, in Klarlacken im Holz- und Möbelbereich und darüber hinaus in transparenten Kunststoffen und Kunststofffilmen (Kunststoffgläser) eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Transparenz (> 90 % Transmission) im sichtbaren Spektralbereich und durch eine UV-Undurchlässigkeit (< 10 % Transmission) für Wellenlängen unterhalb von 360 nm aus.

 

Zinkoxid ist als nanometergroßes Pulver nicht selbstentzündlich. Auch als fein verteilte Mischung mit Luft (Staub) unter Einwirkung einer Zündquelle ist Zinkoxid nicht entzündlich, also besteht keine Möglichkeit einer Staubexplosion.

 

Vorkommen und Herstellung

Zinkoxid (ZnO) kommt in der Natur als grobkörniges Mineral (Zinkit) vor. Technisch wird es durch die Oxidation von Zink bzw. Zinkdampf mit Luftsauerstoff (Zinkweiß) oder durch Glühen (Calcination) verschiedener Vorstoffe wie Zinkhydroxid, Zinkcarbonat oder Zinknitrat gewonnen. Technische Zinkoxide sind häufig bleihaltig und müssen dann mit dem entsprechenden Gefahrensymbol (Xn) gekennzeichnet werden [1].

 

NanoCare - Datenblatt

 

Literatur arrow down

  1. Roempp-online.de (DE): Zinkoxid (Stand letzter Zugang: Jul 2011).
  2. Klingshirn, C et al. (2006), Zinkoxid - ein alter, neuer Halbleiter, Physik Journal, 5(1): 33.
  3. Klingshirn, C (2007), ChemPhysChem, 8(6): 782-803.
  4. Fallert, J et al. (2008), Opt Express, 16(2): 1125-1131.
  5. Produktdatenbank Nanoproducts.de
  6. EU-Projekt NanoDerm (Stand letzter Zugang: Jul 2017).
  7. BASF Infoservice (DE): Die neue Generation von UV-Filtern: zuverlässiger Allroundschutz für den ganzen Tag, Wissenschaft populär. (Stand letzter Zugang: Jul 2011).
  8. BfR Stellungnahme Nr. 037/2010 (18.06.2010). Sonnenschutzmittel: Zinkoxid als UV-Filter ist nach derzeitigem Kenntnisstand gesundheitlich unbedenklich.