산화아연 제조업체: 차이점 및 공정이 중요한 이유

산화 아연은 단순해 보이는 재료이지만, 그 성능은 백이나 드럼이 공장에 도착하기 훨씬 전에 일어나는 일들에 따라 달라집니다. 열 “프렌치”(간접), 열 “아메리칸”(직접) 또는 습식 화학(침전 및 관련 변형) 생산 방식에 따라 순도, 입자 크기 및 모양, 표면적, 코팅 및 배치 간 일관성이 결정됩니다. 이러한 파라미터는 고무 화합물, 코팅의 광택과 자외선 차단, 화장품의 투명도, 사료에서의 생체 이용률, 세라믹 소결 방식, 심지어 나노 폼의 규제 방식에 영향을 미칩니다. 두 가지 “99.5% 산화아연” 분말이 왜 다르게 작용할 수 있는지 알아보는 가장 빠른 방법은 그 작동 원리를 이해하는 것입니다.

세 가지 주요 산업 경로

1) 프랑스 (간접) 프로세스

프랑스(간접) 공정에서는 특수 고급(≈99.995%) 아연 금속을 약 910-1000°C에서 녹여 기화시킵니다. 그런 다음 공기 중에서 산화되어 산화아연 연기가 만들어지고, 이 연기는 냉각되어 사이클론과 백하우스에 모입니다. 공급 원료가 광석이 아닌 정제된 금속이기 때문에 산화는 원재료에 “간접적”으로 이루어집니다. 현대의 공장은 연소, 공기 흐름 및 냉각을 신중하게 제어하여 골재의 크기, 표면적 및 불순물 수준을 변경합니다. 그런 다음 응집 제거 또는 표면 처리와 같은 단계를 통해 골재가 더 쉽게 퍼지도록 합니다. 이 공정은 표면적을 엄격하게 제어하여 고순도 ZnO를 만듭니다. 이 ZnO는 청결과 일관성이 매우 중요한 고급 고무, 세라믹, 전자, 제약 및 화장품에 사용됩니다.

아연은 907°C를 약간 넘는 기체로 변하고 통제된 방식으로 산소와 반응하여 ZnO 핵을 만듭니다. 이 핵은 냉각되면서 성장합니다. 입자의 크기와 표면적은 입자가 물속에 머무는 시간과 냉각 속도에 따라 달라집니다. 분말을 다루면 더욱 세분화됩니다. ‘화이트 씰’, ‘골드 씰’, ‘하이-SA'(높은 표면적) 등 다양한 종류의 상업용 등급이 있습니다. 이러한 등급은 일반적으로 정확한 경화 또는 소결 거동을 위해 상세한 분석 인증서와 특정 BET 범위와 함께 판매됩니다.

프랑스 공정은 중금속 함량이 매우 낮고 표면 특성이 일정하며 다양한 산업 분야에 적용이 가능하기 때문에 여전히 고급 제품에 가장 적합한 공정입니다. 이 공정은 많은 에너지를 사용하고 값비싼 SHG 아연에 의존한다는 점이 주요 문제입니다. 하지만 초미세 투명 등급을 얻으려면 추가적인 습식 화학 또는 특수 흄 기술이 필요한 경우가 많습니다.

 

2) 미국식 (직접) 프로세스

미국식(직접) 공정은 아연, 방해석 또는 제련소 부산물을 함유한 광석을 코크스나 무연탄과 같은 탄소 기반 환원제로 가열하여 산화아연을 만듭니다. 아연 화합물이 가열되면 금속 증기로 변하고, 이 증기는 다시 ZnO로 빠르게 변하여 미세한 흄으로 수집됩니다. 이 공정은 정제된 아연 금속 대신 광석이나 이차 잔류물에서 직접 원료를 얻기 때문에 환원과 산화를 한 단계로 결합합니다. 초고순도가 필요하지 않은 타이어, 고무 제품, 농업, 세라믹 등에 널리 사용됩니다. 또한 매우 비용 효율적입니다.

탄소를 가열하면 산화아연이나 황화물 원료가 증기로 변하고, 이 증기는 용광로 밖으로 나오면 산화됩니다. 부산물을 최대한 활용하고 순환 생산을 지원하기 위해 공장은 제련소나 재활용업체 근처에 건설되는 경우가 많습니다. 최신 직접 공정 시설은 가스 청소와 집진 기능을 개선하여 제품을 더 깨끗하고 일관성 있게 만듭니다. 일부 공장에서는 표면적이 더 넓은 “활성” ZnO를 판매하여 고무에서 반응성을 높여 프랑스 공정의 성능에 더 가깝게 만들기도 합니다.

이 공정의 주요 강점은 비용을 절감하고 다양한 원료를 사용할 수 있으며 환경 친화적일 수 있다는 점입니다. 하지만 프랑스 공정 ZnO의 전형적인 특징인 매우 낮은 수준의 중금속과 엄격한 표면적 허용 오차를 달성하기는 더 어렵습니다. 공급 원료의 변화는 균일성에 영향을 미칠 수 있지만, 최신 공장에서는 일관성을 유지하고 규칙을 훨씬 더 잘 따르고 있습니다.

3) 습식 화학(강수 및 관련) 경로

습식 화학 산화 아연을 만드는 첫 번째 단계는 황산염, 염화물 또는 질산염과 같은 정제된 아연 염을 제어된 방식으로 용해하는 것입니다. 일반적으로 염기성 탄산아연 또는 수산화아연인 전구체를 만들기 위해 pH, 온도 및 혼합을 모두 변경합니다. 전구체는 숙성, 세척, 여과, 건조를 거친 후 소성되어 ZnO를 만듭니다. 제조업체는 액체에서 핵 형성과 성장이 일어나기 때문에 입자의 크기, 모양, 표면적을 매우 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 증기 기반 방법으로는 어렵습니다.

 

이 방법을 사용하면 막대, 판 또는 구와 같이 원하는 모양으로 초미세 및 나노 크기의 ZnO 등급을 생산할 수 있습니다. 수열 또는 졸-겔 변형은 균일성과 제어력을 더욱 향상시킵니다. 이러한 파우더는 자외선을 차단하는 화장품, 투명 코팅, 촉매 및 고급 세라믹에 사용됩니다. 실리카 또는 알루미나는 화장품 및 퍼스널 케어 제품의 표면을 처리하여 보다 안정적이고, 퍼지고, 매끄럽게 만드는 데 자주 사용되며, ‘나노 형태’ 재료의 특성화 및 테스트에 대한 엄격한 규칙을 따릅니다.

습식 화학적 방법은 입자 디자인을 가장 잘 제어할 수 있고, 중금속 함량이 낮으며, 기능화된 표면을 쉽게 얻을 수 있는 방법입니다. 하지만 많은 양의 물과 잔류 이온을 제거하기 위한 철저한 세척, 소성에 많은 에너지 등 더 많은 자원이 필요합니다. 비용이 더 들지만 일반 훈증으로는 효과가 없는 고성능, 고순도 또는 광학 애플리케이션에 필요합니다.

경로가 결정하는 것(그리고 구매자가 실제로 느끼는 것)

두 제품이 동일한 테스트를 통과하더라도 제조 공정이 다르면 미세 구조가 달라져 제품의 성능에 영향을 미칩니다. 프랑스 공정 산화 아연은 SHG 아연에서 추출하기 때문에 순도가 매우 높습니다. 미량 금속은 가열 및 냉각 시 작동 방식을 바꿀 수 있기 때문에 제약, 화장품 및 전자 제품에 중요한 Pb, Cd, Fe 및 Mn이 매우 적습니다. 직접 공정 등급은 광석의 품질과 가스가 얼마나 잘 포집되는지에 따라 달라집니다. 현대의 생산업체는 이러한 등급을 잘 제어할 수 있지만 일반적으로 순도가 그다지 중요하지 않은 응용 분야에서 사용됩니다.

프렌치 프로세스 흄은 표면적을 변경할 수 있는 미세한 미크론 이하의 입자를 만듭니다. 직접 등급은 일반적으로 더 거칠지만 엔지니어링을 통해 개선되고 있습니다. 습식 화학적 방법을 사용하면 입자의 크기와 모양을 매우 정밀하게 제어하여 초미세, 투명 또는 특수한 모양을 만들 수 있습니다. 고무용 지방산 코팅이나 화장품용 실리카/알루미나 쉘과 같은 표면 처리는 물질의 혼합 정도, 반응성, 안정성에 큰 영향을 미칩니다.

표면적이 높은 프렌치 그레이드의 경우 낮은 PHR에서 고무 가황 효율이 높아 아연 환원 노력에 도움이 됩니다. 반면에 일부 직접 등급은 경화를 더 안전하게 하고 가공을 더 쉽게 만듭니다. 코팅 및 화장품에 사용되는 초미세 또는 나노-ZnO는 SCCS/REACH “나노 형태” 규정에 따라 백화 현상이 거의 없이 강력한 자외선 차단 기능을 제공합니다. 세라믹 및 전자 제품의 경우 프랑스 또는 습식 화학 등급이 불순물과 표면적을 더 잘 제어할 수 있기 때문에 소결 거동이 더 우수합니다. 그러나 잘 만들어진 직접 ZnO는 덜 까다로운 용도에 여전히 좋습니다.

제조업체가 포지셔닝하는 방법

글로벌 및 지역 ZnO 생산업체의 주요 차이점은 사용하는 공정의 범위, 주력하는 애플리케이션의 유형 및 다음 사항에 대한 입장입니다. 지속 가능성

일부 회사는 직접 및 간접 라인을 모두 보유하고 있습니다. 예를 들어, 화장품 및 의약품용 고순도 프랑스 등급과 세라믹, 고무 및 농업용의 비용 효율적인 직접 등급을 제공합니다. 프랑스 전용 회사들은 순도, 엄격한 BET 관리, 민감한 영역에서 일관되게 사용할 수 있도록 처리된 변종에 중점을 둡니다.

현재 직접 공정 리더들은 페인트, 고무, 농업용 엔지니어링 등급을 판매합니다. 반면 습식 화학 전문업체는 자외선 차단제, 코팅제, 촉매용 나노 또는 침전 ZnO에 주력합니다. 이러한 제품은 입자 설계와 전체 SCCS/REACH 나노 폼 문서로 인해 다릅니다.

비용, 에너지 및 탄소

열 공정은 기화 및/또는 환원에 많은 에너지를 사용하는 반면, 습식 화학 공정은 에너지를 소성 및 업스트림 용액 준비/여과로 이동시킵니다. 전기화 및 열 회수 프로젝트는 두 열 경로 모두에 걸쳐 확산되고 있습니다. 아연 업계는 이제 탄소 발자국 지침을 발표하고 있으며, 더 많은 구매자가 아연산화아연에 대한 EPD(환경 제품 선언) 또는 LCA 데이터를 “크래들 투 게이트”로 원하고 있습니다. 스크랩 회수와 효율적인 용광로가 통합된 제조업체는 톤당 특정 CO₂ 배출량이 더 낮다고 말할 수 있습니다. 이는 특히 유럽에서 입찰의 핵심 요소가 되고 있습니다.

플랜트 현장에서 확인할 수 있는 애플리케이션 중심의 차이점

고무와 타이어 제조 시 미세한 고표면적(HSA) 프랑스 공정 산화아연은 경화 공정 속도를 높이고 거친 직접 공정 등급보다 소재를 더 강하게 만듭니다. 경화 품질을 떨어뜨리지 않으면서 아연을 적게 사용하기 위해 타이어 제조업체는 벌크 카카스 컴파운드에는 직접 산화아연을, 얇거나 정밀한 부품에는 HSA 또는 “활성” 등급을 선택하는 경우가 많습니다. 초미립 습식 화학 ZnO는 클리어 코팅에서 자외선 차단과 투명성을 향상시키고, 프랑스 등급은 탑코트에서 백색도를 개선하고 황변을 낮춥니다. 프라이머와 언더코트에는 여전히 다이렉트 그레이드가 가장 좋습니다.

표 2: 트럭 타이어 트레드 애플리케이션에서 기존 활성 ZnO(A-ZnO)와 복합 소재(M-ZnO)의 비교

ZnO 유형	ZnO 콘텐츠(영문)	가교 밀도	인장 강도(MPa)	인열 강도(N/mm)	내마모성	롤링 저항
A-ZnO	2	Medium	높음	높음	Good	더 높음
M-ZnO	2	Medium	높음	높음	Good	Lower
A-ZnO	3	높음	개선됨	개선됨	개선됨	보통
M-ZnO	3	높음	개선됨	개선됨	개선됨	Lower

화장품에 사용되는 나노 크기의 ZnO는 최소한의 미백 효과와 함께 강력한 UV-A 차단 기능을 제공하지만, 포괄적인 SCCS 및 REACH 규정 준수 문서가 필요합니다. 많은 포뮬러 제조사들이 나노 규정을 피하기 위해 코팅 또는 ZnO-TiO₂ 하이브리드 시스템으로 전환하고 있습니다. 프랑스식 및 습식 화학 ZnO는 불순물 수준을 안정적으로 유지하고 표면적을 제어하기 때문에 세라믹 및 전자제품의 일관된 소결 및 미세 구조 정밀도에 더 적합합니다. 미량 금속 제한이 엄격하지 않은 농업 및 사료 분야에서는 분산 및 용해가 용이하고 비용 효율적이기 때문에 직접 공정 ZnO가 여전히 좋은 선택입니다.

현대 구매자를 위한 품질, 규정 준수 및 ‘나노 폼’ 현실

이제 두 가지 교차 주제는 성숙한 ZnO 공급업체와 그렇지 않은 공급업체를 구분합니다:

1) 문서화된 품질 시스템 및 규정 파일.

전체 CoA, 변경 관리 정책, 필요한 경우 나노 폼이 나열된 EU REACH 등록을 받아야 합니다. 또한 SCCS 지침을 따르는 화장품 등급 서류를 받아야 합니다. 화장품을 구매하는 사람들은 등급이 ‘나노’ 또는 ‘비나노’인지, 코팅 상태는 어떤지, 입자 측정값이 라벨에 표시된 것과 일치하는지 확인해야 합니다.

2) 탄소 및 순환성 보고.

점점 더 많은 유럽 고객이 제품 탄소 발자국(PCF)과 수명 주기 평가(LCA)를 “요람에서 문까지” 원하고 있습니다. 아연 및 다운스트림 ZnO에 대한 업계 지침이 있으면 탄소 발자국을 비교하기가 더 쉽습니다. 재활용 사료(직접 공정) 또는 전기 열을 사용하는 생산업체는 이점을 주장할 수 있습니다. 방법론(ISO 14040/44, 온실가스 프로토콜 제품 표준)에 부합하도록 요청하세요.

제조업체 선택: 실용적인 휴리스틱

최상의 순도 및 표면적 제어가 필요한 경우(예: 제약 부형제, 엄격한 중금속 제한이 있는 화장품 또는 전자 세라믹), 분산용 SA 래더 및 처리 변형을 게시한 프랑스 공정 전문가 목록을 작성하세요. 미량 금속과 BET 창을 로트 단위로 확인합니다.

[1] 고무 또는 농업 분야에서 최소한의 비용으로 최고의 성능을 얻고 싶다면 불순물 프로파일과 분산 지표를 게시하는 회사의 최신 직접 공정 등급을 살펴보세요. 동일한 phr과 낮은 phr에서 경화 곡선을 수행하여 $/kg이 아닌 사용 비용을 확인합니다 .

매우 미세하거나 모양이 특정한 파우더(예: 투명 UV 코팅, 고 SPF 자외선 차단제 또는 촉매)가 필요한 경우 코팅 옵션과 완전한 EU 나노폼 문서를 제공하는 습식 화학/나노 전문가를 찾아보세요. 입자의 개수 및 부피별 크기 분포, 코팅의 화학적 특성, 파우더의 광안정성에 대한 데이터를 요청하세요.

지속 가능성 데이터에 관심이 있다면 EPD 또는 PCF를 요청하고 생산자가 재활용 사료, 에너지 믹스 및 열 회수를 어떻게 고려하는지 알아보세요. 고객 또는 감사관이 EU REACH 나노폼 식별 및 SCCS 가이드라인을 따르는 화장품 서류를 필요로 하는지 고려하세요.

2023-2025년 이후의 새로운 기능: 간략한 전망

프로세스 포트폴리오의 융합. 비용 및 성능 범위에 걸쳐 일관된 물류 및 기술 지원을 제공하기 위해 더 많은 생산업체가 직접 및 간접 포트폴리오를 모두 마케팅하고 있으며, 때로는 동일한 사이트에서 마케팅하기도 합니다.

“나노” 없는 초미세먼지? 연구 및 상업 문헌에서는 규제의 복잡성을 최소화하면서 자외선 성능을 달성하기 위한 복합 및 코팅 방법론을 검토하고 있으며, 실질적인 자외선 A 차단을 보장하면서 화장품에서 “나노가 없는” 자외선 차단을 주장하는 사례가 증가할 것으로 예상하고 있습니다.

탄소 보고에 대한 압박. 유럽의 입찰과 대형 다국적 기업들은 이제 ZnO 공급업체가 확인할 수 있는 PCF를 제공하기를 원합니다. 업계 지침이 개선되고 톤당 CO₂ 차별화가 마케팅에서 사양 항목으로 바뀌고 있습니다.

응용 분야 조합의 변화가 시장 성장으로 이어집니다. 타이어가 여전히 주요 볼륨이지만 화장품, 특수 세라믹 및 촉매는 공정별 미세 구조가 추가 수익을 창출하는 가장 빠르게 성장하는 틈새 시장입니다.

결론

• 프랑스식(간접) 공정: 고순도, 표면적의 엄격한 제어, 반응성 경화가 필요한 고무, 제약/화장품, 전자 세라믹과 같은 고사양 애플리케이션에서 폭넓게 사용할 수 있습니다.
• 미국(직접) 공정은 가치 면에서 앞서고, 순환 공급이 가능하며, 표준이 허용하는 고무, 농업 및 페인트용 엔지니어링 등급을 만듭니다.
• 습식 화학은 초미세 제어, 형태 튜닝, 투명 자외선 차단 및 특수 촉매를 위한 기본값을 의미합니다. 또한 나노폼에는 더 많은 문서화가 필요하다는 의미이기도 합니다.

제조업체를 선택할 때는 CoA의 숫자 하나가 중요한 것이 아니라 공정 지문을 애플리케이션과 해당 애플리케이션에 적용되는 규칙에 맞추는 것이 더 중요합니다. 최고의 공급업체는 경로, 공급 원료 전략, 불순물 관리, 표면적 사다리, 선택적 처리 및 현재 규칙을 준수하는 데 필요한 서류 작업을 보여줌으로써 자신의 작업을 보여줍니다.

1. 김, I., 외, 나노 산화 아연이 실리카 충전 천연 고무/부타디엔 고무 화합물의 경화 특성 및 기계적 특성에 미치는 영향. 응용 고분자 과학 저널, 2010. 117: p. 1535-1543.