酸化亜鉛メーカー：その違い、そしてプロセスが重要な理由
酸化亜鉛は単純に見える材料ですが、その性能は、袋やドラムが工場に届くずっと前に起こることに左右されます。熱「フレンチ」法（間接法）、熱「アメリカン」法（直接法）、湿式化学法（沈殿法およびその関連法）などの製造方法によって、純度、粒子サイズと形状、表面積、コーティング、バッチごとの一貫性が決まります。これらのパラメータは、ゴムコンパウンド、コーティングの輝きや紫外線からの保護、化粧品の透明性、飼料中の生物学的利用能、セラミックの焼結、さらにはナノフォームの
3つの主要産業ルート
1) フランスの（間接的な）プロセス
フレンチ（間接）法では、特級（≒99.995%）の亜鉛金属を約910～1000℃で溶融・気化させる。その後、空気中で酸化され、酸化亜鉛ヒュームとなり、冷却され、サイクロンとバッグハウスで回収される。原料が鉱石ではなく精錬金属であるため、酸化は原鉱源に対して「間接的」である。最新の工場では、燃焼、気流、冷却を注意深く制御し、凝集体のサイズ、表面積、不純物のレベルを変えている。その後、脱凝集や表面処理などのステップを使い、骨材を拡散しやすくする。このプロセスにより、表面積を厳密に制御した高純度のZnOができる。このZnOは、清潔さと一貫性が非常に重要な高級ゴム、セラミック、電子機器、医薬品、化粧品に使用される。
亜鉛は907℃を超えると気体になり、制御された方法で酸素と反応してZnO核を作る。これらの核は冷えるにつれて成長する。粒子のサイズと表面積は、水中での滞在時間と冷却の速さによって決まる。粉末を扱うと、さらに精製される。市販のグレードには、「ホワイトシール」「ゴールドシール」「ハイSA（高表面積）」などの種類がある。これらのグレードは通常、詳細な分析証明書と、正確な硬化または焼結挙動のための特定のBET範囲とともに販売されている。
フランスの製法は、重金属が非常に少なく、表面特性が安定しており、幅広い業種に対応できるため、高級品には今でも最適である。多くのエネルギーを使用し、高価なSHG亜鉛に依存することが主な問題点である。しかし、超微粒子の透明グレードを得るには、湿式化学や特殊なヒューム技術が必要になることが多い。
2) アメリカの（直接）プロセス
アメリカ式（直接）製法は、亜鉛を含む鉱石、か焼鉱、製錬所副産物を、コークスや無煙炭のような炭素系還元剤で加熱して酸化亜鉛を作る。亜鉛化合物は加熱されると金属蒸気に変わり、すぐに酸化亜鉛に戻り、微細なヒュームとして回収される。このプロセスは、原料が精製された金属亜鉛ではなく、鉱石や二次残渣から直接得られるため、還元と酸化を一度に行うことができる。超高純度を必要としないタイヤ、ゴム製品、農業、セラミックスなどに広く利用されている。費用対効果も高い。
カーボンが加熱されると、酸化亜鉛や硫化物原料を蒸気に変え、炉から出ると酸化する。副産物を最大限に活用し、循環型生産をサポートするため、工場は製錬所やリサイクル業者の近くに建設されることが多い。近代的な直接処理設備は、ガス洗浄と集塵を改善し、製品をよりクリーンで安定したものにしている。また、表面積を大きくしてゴムとの反応性を高めた「活性」ZnOを販売している工場もあり、フランス製法の性能に近づけている。
このプロセスの主な長所は、コストを節約でき、さまざまな原料を使用でき、環境に優しい可能性があることである。しかし、フレンチプロセスZnOに典型的な、重金属の含有量が非常に低く、表面積の公差が厳しいものを得るのはより困難である。原料の変化は均一性に影響を与えるが、新しいプラントは一貫性と規則遵守をより良くしている。
3) ウェットケミカル（降水および関連）ルート
湿式化学酸化亜鉛を作る最初のステップは、硫酸塩、塩化物、硝酸塩のような精製亜鉛塩を制御された方法で溶解することである。通常は塩基性の炭酸亜鉛または水酸化亜鉛である前駆体を作るために、pH、温度、混合をすべて変更する。前駆体を熟成、洗浄、ろ過、乾燥させた後、焼成してZnOを作る。核生成と成長が液体中で起こるため、製造業者は粒子のサイズ、形状、表面積を非常に正確に制御できる。これは蒸気を使う方法では難しい。
この方法によって、ロッド、プレート、球体など、形状を調整できる超微細でナノスケールのZnOグレードの製造が可能になる。水熱またはゾルゲルのバリエーションにより、均一性と制御性がさらに向上する。これらの粉末は、紫外線をカットする化粧品、透明コーティング、触媒、先端セラミックに使用されている。シリカやアルミナは、化粧品やパーソナルケア製品の表面をより安定させ、広げ、滑らかにするための処理によく使用されるが、同時に「ナノフォーム」材料の特性評価と試験に関する厳格な規則にも従っている。
湿式化学法は、粒子設計を最も自由にコントロールでき、重金属の含有量も低く、機能化された表面を簡単に得ることができる。しかし、大量の水、残留イオンを除去するための徹底的な洗浄、焼成のための多くのエネルギーなど、より多くの資源を必要とする。コストがかかるとはいえ、高性能、高純度、光学用途など、通常の焼成ではうまくいかない場合には必要である。
ルートが決めること（そしてバイヤーが実際に感じること）
同じテストに合格した2つの製品であっても、製造工程が異なれば微細構造が異なるため、その効果は異なる。フランス製法の酸化亜鉛は、SHG亜鉛を原料としているため純度が高い。Pb、Cd、Fe、Mnをほとんど含んでいない。これは、微量金属が加熱・冷却されたときの挙動を変える可能性があるため、医薬品、化粧品、電子機器にとって重要である。直接処理の品位は、鉱石の品質とガスの捕捉 方法に左右される。近代的な生産者 は、このような等級を十分に管理しているが、 通常は純度がそれほど重要でない用途 に使用される。
フレンチ・プロセス・フュームは、表面積を変えることができるサブミクロン以下の微細粒子を作る。直接グレードは通常粗いが、エンジニアリングにより改善されている。湿式化学法では、粒子のサイズと形状を非常に精密に制御することができ、超微粒子、透明粒子、特殊な形状の粒子を作ることができる。ゴム用の脂肪酸コーティングや化粧品用のシリカ／アルミナシェルのような表面処理は、混ざり具合、反応性、安定性に大きな影響を与える。
高表面積のフレンチグレードは、低フ レーズでゴムの加硫をより効率的にし、亜鉛低減の 取り組みに役立つ。一方、いくつかのダイレクトグレードは、加硫をより安全にし、加工を容易にする。塗料や化粧品に使用される超微粒子またはナノZnOは、SCCS/REACHの「ナノフォーム」規則に沿って、ほとんど白色化することなく強力な紫外線防御を提供する。セラミックや電子機器では、不純物や表面積の制御が優れているため、フレンチグレードやウェットケミカルグレードの方が優れた焼結挙動を示す。しかし、よくできた直接ZnOは、それほど要求の高くない用途にはまだ適している。
メーカーの位置づけ
世界的なZnOメーカーと地域的なZnOメーカーの主な違いは、使用するプロセスの範囲、重視するアプリケーションの種類、およびZnOに対するスタンスである。 サステナビリティ
ダイレクト・ラインとインダイレクト・ラインの両方を持つ企業もある。例えば、化粧品や医薬品向けの高純度フランス産グレードと、セラミック、ゴム、農業向けのコスト効率の良い直接グレードを提供している。フランス系のみの企業は、純度、厳格なBET管理、デリケートな分野で一貫して使用するための処理済み品種に重点を置いている。
現在、ダイレクトプロセスのリーダーは、塗料、ゴム、農業用のエンジニアリンググレードを販売している。一方、ウェットケミカルのスペシャリストは、日焼け止め、コーティング、触媒用のナノZnOまたは沈殿ZnOに焦点を当てている。これらの製品は、その粒子設計とSCCS/REACHナノフォームの完全文書化により、一線を画している。
コスト、エネルギー、カーボン
熱プロセスは、気化および／または還元に多くのエネルギーを使用し、一方、湿式化学プロセスは、脱炭酸と上流の溶液調製／ろ過にエネルギーを移動させる。電化と熱回収プロジェクトは、両方の熱ル ートに広がっている。亜鉛業界は現在、カーボンフットプリントのガイダンスを公表しており、ZnOのEPD（環境製品宣言）や「ゆりかごからゲートまで」のLCAデータを求めるバイヤーが増えています。スクラップ回収を統合し、効率的な炉を持つメーカーは、1トン当たりのCO₂排出量が少ないと言うことができる。これは、特にヨーロッパでは、入札における重要な要素になりつつある。
工場現場で見られるアプリケーション主導の違い
ゴムやタイヤの製造において、より微細な高表面積（HSA）フレンチプロセス酸化亜鉛は、より粗いダイレクトプロセスグレードよりも硬化プロセスを速め、材料をより強くする。硬化の質を落とさずに亜鉛の使用量を少なくするため、タイヤメーカーは、バルクカーカスコンパウンドにはダイレクトZnOを、薄い部分や精密な部分にはHSAまたは「アクティブ」グレードを選択することが多い。超微粒子ウェットケミカルZnOはUVカットとクリアコートの透明性を向上させ、フレンチグレードは白色度を向上させ、トップコートの黄変を抑える。ダイレクトグレードは、プライマーやアンダーコートに最適なグレードです。
表2：トラックのタイヤトレッド用途における従来の活性ZnO（A-ZnO）と複合材料（M-ZnO）の比較
| ZnOタイプ | ZnO含有量(phr) | 架橋密度 | 引張強さ (MPa) | 引裂強さ (N/mm) | 耐摩耗性 | 転がり抵抗 |
| A-ZnO | 2 | ミディアム | 高い | 高い | グッド | より高い |
| M-ZnO | 2 | ミディアム | 高い | 高い | グッド | より低い |
| A-ZnO | 3 | 高い | 改善された | 改善された | 改善された | 中程度 |
| M-ZnO | 3 | 高い | 改善された | 改善された | 改善された | より低い |
化粧品におけるナノスケールのZnOは、包括的なSCCSおよびREACHコンプライアンス文書が必要であるが、最小限の白色化で強力なUV-A保護を提供する。多くの処方者は、ナノフォーム規則を回避するために、コーティングまたはZnO-TiO₂ハイブリッドシステムに切り替えている。フレンチZnOやウェットケミカルZnOは、不純物レベルを安定に保ち、表面積を制御するため、セラミックスやエレクトロニクスにおける一貫した焼結や微細構造精度に適している。農業や飼料用途では、分散・溶解が容易でコスト効率が高く、微量金属規制がそれほど厳しくないダイレクトプロセスZnOが依然として良い選択である。
現代のバイヤーにとっての品質、コンプライアンス、「ナノフォーム」の現実
現在、成熟したZnOサプライヤーは、2つの分野横断的なトピックによって群雄割拠している：
1) 品質システムと規制ファイルを文書化する。
完全なCoA、変更管理方針、必要であればナノフォー ムを記載したEU REACH登録書を入手すべきである。また、SCCSのガイダンスノートに従った化粧品グレードの書類を入手すべきである。化粧品を購入する人は、グレードが「ナノ」なのか「非ナノ」なのか、コーティングの状態はどうなのか、粒子の測定基準はラベルに記載されているものと一致しているのかを確認すべきである。
2) 炭素と循環性の報告。
より多くの欧州の顧客が、製品のカーボンフットプリント（PCF）とライフサイクル評価（LCA）を “ゆりかごからゲートまで “求めている。亜鉛と川下ZnOの業界ガイダンスがあれば、フ ットプリントの比較が容易になる。リサイクル原料（ダイレクトプロセス）や電熱を使用する生産者は、優位性を主張することができる。方法論（ISO 14040/44、GHGプロトコル製品基準）との整合性を求める。
メーカー選び：実用的なヒューリスティック
最高の純度と表面積の管理が必要な場合（例えば、医薬品賦形剤、重金属規制の厳しい化粧品、電子セラミックなど）、SAラダーや分散処理の変種を発表しているフランスのプロセス専門家のリストを作成する。ロット内の微量金属とBET窓をチェックする。
[1] ゴムや農業の分野で最小限の費用で最高の性能を得たいのであれば、不純物プロファイルや分散指標も公表している企業の最新のダイレクトプロセス・グレードに注目してください。同じphrとそれより低いphrでキュアカーブを作成し、$/kgだけでなく、使用コストを確認する。
非常に微細な粉体や特殊な形状の粉体（透明UVコーティング剤、高SPF日焼け止め剤、触媒など）が必要な場合は、コーティングのオプションやEUナノフォームの完全な文書化を提供するウェットケミカル／ナノの専門家を探しましょう。粒子数と体積の粒度分布、コーティングの化学的性質、粉体の光安定性についてのデータを求める。
持続可能性データを重視するのであれば、EPDまたはPCFを要求し、生産者がリサイクル飼料、エネルギーミックス、熱回収をどのように考慮しているかを調べましょう。顧客や監査人が、EU REACHのナノフォーム識別やSCCSガイドラインに従った化粧品書類を必要としているかどうかを考える。
2023-2025年以降の新事実：簡単な展望
プロセス・ポートフォリオの収束。コストや性能の帯域を超えて一貫したロジスティクスとテクニカル・サポートを提供するため、より多くの生産者が直接・間接ポートフォリオを販売しており、場合によっては同じサイトで販売している。
ナノ」なしの超微粒子？規制の複雑さを最小限に抑えながらUV性能を達成するための複合およびコーティングの方法論を研究および商業文献で検証している。実質的なUV-A保護を確保しながら、化粧品における「ナノフリー」のUV主張が増加することが予想される。
カーボン報告への圧力。欧州の入札と大手多国籍企業は現在、ZnOサプライヤーがチェック可能なPCFを提供することを求めている。業界のガイダンスは改善され、CO₂-per-tonの差別化はマーケティングから仕様項目になりつつある。
用途構成の変化が市場成長につながる。タイヤは依然として主要なボリュームだが、化粧品、特殊セラミックス、触媒は、プロセス特有の微細構造が追加的な利益を得る最も急成長しているニッチ分野である。
結論
- フレンチ（間接）プロセス：高純度、表面積の厳密な制御、反応性硬化が必要なゴム、医薬品／化粧品、電子セラミックスなどのハイスペック用途で広く受け入れられている。
- アメリカン（ダイレクト）プロセスは金額でリードしており、循環供給が可能で、規格が許す限りゴム、農業、塗料用のエンジニアードグレードを製造している。
- ウェットケミカルとは、超微細制御、形態調整、透明UV保護や特殊触媒のデフォルトを意味する。それはまた、ナノフォームがより多くの文書を必要とすることを意味する。
メーカーを選ぶ際に重要なのは、CoAに記 載された1つの数字というよりも、プロセスのフィンガープリント を、あなたの用途とそれに適用されるルールに合致させることで ある。最良のサプライヤーは、そのルート、原料戦略、不純物管理、表面積ラダー、オプション処理、そして今日のルールに従うために必要な事務処理などを示すことで、その成果を示す。
- シリカ充填天然ゴム/ブタジエンゴムコンパウンドの硬化特性と機械的特性に及ぼすナノ酸化亜鉛の影響。Journal of Applied Polymer Science, 2010.117: p. 1535-1543.
