-
Verfahren zur Herstellung eines lederrot gefärbten Zinkoxyds Die Erfindung
betrifft die Herstellung einer neuen Form von Zinkoxyd.
-
Es ist bekannt, Zinkoxyd mit Eisenoxyd in fester Lösung bei etwa iooo°
zu behandeln, um Zinkferrit herzustellen, ein Spinell, welcher in der Radio- und
Elektronentechnik verwendet wird, wo Magnete von hoher Permeabilität und niedrigen
Wirbelstromverlusten gebraucht werden. Die magnetischen Eigenschaften der entstandenen
Produkte sind oft sehr unterschiedlich, weil die Reaktion zwischen den Oxyden unvollständig
verläuft. Ein Erfordernis an in fester Lösung erfolgreich verlaufende Reaktionen
ist, daß die Reaktionsteilnehmer innig miteinander gemischt werden. Dies kann nur
erreicht werden, wenn man reaktionsfähiges Ausgangsgut von kleinstmöglicher Teilchengröße
verwendet. Die Teilchengröße des gewöhnlichen, weißen Zinkoxyds des Handels von
feinster Form liegt nun oberhalb zooo Ä und ist unerwünscht groß. Versuche, diese
Teilchengröße nach bekannten Verfahren herabzusetzen,
führten nicht
zum Erfolg. Deshalb mußte man bisher zur Herstellung von Zinkferrit Zinkoxyd hoher
Teilchengröße verwenden; eine vollständige oder gleichmäßige Reaktion konnte dabei
nur schwierig erzielt werden.
-
Die Erfindung zielt deshalb auf die Herstellung von Zinkoxyd von außerordentlich
geringer Teilchengröße ab.
-
Es wurde nun gefunden, daß eine neue Form von -Zinkoxyd von außerordentlich
geringer und gleichmäßiger bestimmter Teilchengröße gewonnen wird, wenn man Zinkammoniumcarbonat
auf ioo bis 400° erhitzt, bis alles Ammoniak und Kohlendioxyd ausgetrieben sind;
der Gewichtsverlust beträgt dann etwa 43 0/,.' Diese neue Form von Zinkoxyd
ist lederrot gefärbt und kennzeichnet sich durch eine Teilchengröße unter etwa 300
Ä; daher ist sie für die Herstellung von Zinkferrit sowie überhaupt für alle Zwecke
geeignet, bei denen man Zinkoxyd in feinzerteiltem Zustande benötigt.
-
Temperaturen über ioo° sind notwendig, um Zinkammoniumcarbonat zu
zersetzen und Zinkoxyd zu bilden. Wenn diese Verbindung über etwa 400° erhitzt wird,
verliert das Zinkoxyd seine lederrote Färbung, und die Teilchengröße nimmt ständig
zu; deshalb sind Temperaturen unter etwa 400° anzuwenden.
-
Die Reaktionszeit ändert sich umgekehrt mit der Temperatur. So ist
die Reaktion bei Temperaturen oberhalb etwa 35o° und unterhalb etwa 400° in Minuten
beendet, während man unterhalb 2oo° Stunden und sogar Tage erhitzen muß, um alles
Ammoniak und Kohlendioxyd auszutreiben. Vorzugsweise erhitzt man Zinkammoniumcarbonat
i bis 2 Stunden auf 25o°.
-
Es empfiehlt sich, Zinkammoniumcarbonat während des Erhitzens zu rühren,
um das Abtreiben von Ammoniak und Kohlendioxyd zu erleichtern. Außerdem verhindert
das Rühren örtliche Überhitzungen und gleicht die Temperatur an allen Stellen des
Einsatzgutes aus, was das Entstehen der gewünschten Teilchengröße begünstigt. Das
Rühren kann unterbleiben, wenn das Einsatzgut in Form einer sehr dünnen Schicht
erhitzt wird.
-
Die submikroskopische Teilchengröße des Zinkoxyds gemäß Erfindung
liegt nach röntgenographischen Messungen und Aufnahmen mittels Elektronenmikroskop
im wesentlichen gleichmäßig bei etwa ioo bis 300 Ä. Es ist nicht gewöhnliches,
weißes Zinkoxyd von lediglich erheblich geringerer Teilchengröße, sondern stellt
eine vollständig neue Form desselben in lederroter Färbung dar. Man hätte zwar bei
dieser Färbung zunächst an Verunreinigungen denken können, aber dies trifft nicht
zu, da die Färbung auch dann vorliegt, wenn alle überhaupt bestimmbaren Mengen an
Verunreinigungen ausgeschlossen sind. Das Produkt ist ferner stark hygroskopisch,
z. B. nimmt es beim Stehen an der Luft von gewöhnlicher Feuchtigkeit bereits in
wenigen Minuten 4 bis g °/o Wasser auf. In Mischung mit Wasser erstarrt es beim
Trocknen zu einem zusammenhängenden Kuchen. Trotzdem ist es unter sonst gewöhnlichen
Bedingungen sehr beständig. Das als Ausgangsgut verwendete Zinkammoniumcarbonat
wird in bekannter Weise hergestellt, indem man gewöhnliches Zinkcarbonat in Ammoniakwasser
oder Zinkoxyd in Ammoniakwasser einträgt, welches Ammoniumcarbonat enthält. Man
geht besser von Zinkoxyd aus, da Zinkcarbonat nicht so leicht erhältlich ist.
-
Nach einer Schrifttumsstelle entwickelt Zinkammoniumcarbonat beim
Erhitzen viel Ammoniumcarbonat und Wasser und hinterläßt 62,20/, Zinkoxyd. Über
die Dauer und Temperatur des Erhitzens werden keine Angaben gebracht. Da über die
Reaktionsbedingungen und das Reaktionsprodukt nichts ausgesagt ist, ist die Literaturstelle
dahin auszulegen, daß gewöhnliches, weißes Zinkoxyd von der üblichen erheblichen
Teilchengröße erhalten wird. Beispiel Zu einer Lösung von 8oo g Ammoniumcarbonat
in 4 1 Ammoniakwasser (28 °/o) setzt man unter Rühren bei Raumtemperatur langsam
88o g weißes Zinkoxyd zu. Geringe Mengen von Zinkoxyd bleiben ungelöst. Das Gemisch
wird filtriert, um den nicht in Lösung gegangenen ÜbeISChuß und unlösliche Verunreinigungen
zu entfernen. Man bläst Kohlendioxyd unter Druck mit einer Geschwindigkeit von 8
bis io 1/Min. in die filtrierte Lösung ein, bis sich keine weiteren Feststoffe mehr
ausscheiden. Zinkammoniumcarbonat wird auf einem Filter gesammelt, gründlich mit
entionisiertem Wasser gewaschen und unterhalb ioo° getrocknet.
-
Zinkammoniumcarbonat wird dann in einem Ofen unter Rühren auf 25o°
erhitzt, bis der Gewichtsverlust 431)/, beträgt, was i bis 2 Stunden erfordert.
Das entstandene Zinkoxyd ist lederrot gefärbt und stellt ein sehr leicht bewegliches,
fülliges Pulver dar. Es hat eine Teilchengröße unterhalb 300 Ä.
-
Die Teilchengröße wurde röntgenographisch bestimmt. In der nebenstehenden
Tabelle sind die Ergebnisse dieser Bestimmung sowie die Röntgeninterferenzen von
gewöhnlichem Zinkoxyd °angegeben, welches eine Teilchengröße von über iooo Ä hat.
-
Die Teilchengröße wurde bestimmt, indem man die Lauesche Gleichung
in folgender Form benutzte
Hierin ist t die Teilchengröße in Ä, z die Wellenlänge der Röntgenstrahlung in Ä
(Cu Kal a2), z9 der Braggsche Reflexionswinkel, B die Halbwertsbreite der zu bestimmenden
Probe, b die Halbwertsbreite einer Probe identischer Zusammensetzung, welche eine
Teilchengröße von mehr als iooo Ä besitzt (hier gewöhnlich Zn 0).
-
Das für das erfindungsgemäße Verfahren als Ausgangsgut verwendete
Zinkammoniumcarbonat ist eine eindeutig definierte feste, chemische Verbindung von
der Zusammensetzung Zn
CO, - N H3. Sie entspricht also dem Hydrat Zn C03
- H20, dessen Hydratwasser im Kristallgitter durch Ammoniak ersetzt ist.
| Gewöhnliches weißes |
| Zinkoxyd, Lederrot gefärbtes Zinkoxyd |
| Teilchengröße |
| Braggscher oberhalb rooo A Probe A Probe B |
| Winkel Intensität Intensität i Intensität |
| Inte ferenzen Halbwerts- Interaerenzen Halbwerts- Teilchen-
Interferenzen Halbwerts- Teilchen- |
| in willkür- breite in willkür- breite größe in willkür- breite
größe |
| lichen lichen lichen |
| Grad Einheiten Grad Einheiten I Grad A Einheiten Grad 1@ |
| 15,98 5,50 0,37 1,08 1,41 1 120 1,28 ö,98
210 |
| 17,30 3,54 0,32 x,iö nicht - 1,24 nicht - |
| bestimm- I bestimm- |
| bar bar |
| 18,40 7,00 0,32 1,32 2,02 75 1,78 1,32 130 |
| 23,85 1,86 0,32 zu gering - - zu gering - - |
| zur Be- zur Be- |
| stimmung stimmung |
| 28,33 3,10 |
| 0,35 0,52 1,o6 193 1,72 o,86 278 |