สำรวจประวัติ การผลิต และการใช้งานทางอุตสาหกรรมของสังกะสีออกไซด์

ลองจินตนาการถึงสารที่สามารถปกป้องผิวที่บอบบางของทารก เพิ่มความทนทานต่อสภาพอากาศของสี และมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุที่โดดเด่นนี้คือซิงค์ออกไซด์ (ZnO) บทความนี้นำเสนอการตรวจสอบคุณสมบัติของซิงค์ออกไซด์ ภูมิหลังในอดีต วิธีการผลิต การใช้งาน และแนวโน้มในอนาคตของซิงค์ออกไซด์อย่างละเอียด เพื่อให้ผู้อ่านมีมุมมองที่ชัดเจนและครอบคลุม

ซิงค์ออกไซด์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรทางเคมี ZnO ที่อุณหภูมิห้องจะปรากฏเป็นผงสีขาวที่ไม่ละลายในน้ำ ในขณะที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของแร่ซิงค์ไซต์ แต่ซิงค์ออกไซด์ทางอุตสาหกรรมนั้นส่วนใหญ่ผลิตโดยวิธีการสังเคราะห์

การใช้ซิงค์ออกไซด์มีมานับพันปี อารยธรรมในยุคแรกๆ น่าจะใช้สารประกอบสังกะสีในเม็ดสีและขี้ผึ้งยา แม้ว่าองค์ประกอบที่แน่นอนจะยังคงไม่แน่นอนก็ตาม ตำราทางการแพทย์อินเดียโบราณตั้งแต่ 500 ปีก่อนคริสตศักราชหรือกล่าวถึงก่อนหน้านี้ว่า "พุชปันจัน" ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นซิงค์ออกไซด์ ใช้รักษาโรคตาและแผลเปิด แพทย์ชาวกรีก Dioscorides บันทึกขี้ผึ้งซิงค์ออกไซด์ในศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช ในขณะที่ Avicenna แนะนำให้ใช้ในการรักษามะเร็งแผลในสารานุกรมทางการแพทย์ของเขา

การผลิตซิงค์ออกไซด์มีการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา วิธีการในยุคแรกนั้นค่อนข้างง่าย - ชาวโรมันประมาณ 200 ปีก่อนคริสตศักราชผลิตทองเหลืองผ่านกระบวนการประสาน โดยที่ทองแดงทำปฏิกิริยากับซิงค์ออกไซด์ ออกไซด์นี้น่าจะเกิดจากการให้ความร้อนแก่แร่สังกะสีในเตาเผาแนวตั้ง โดยปล่อยไอสังกะสีที่ออกซิไดซ์ในปล่องควัน

เหมืองสังกะสี Zawar ของอินเดียมีแหล่งสังกะสีออกไซด์ซึ่งมีอายุย้อนกลับไปในช่วงครึ่งหลังของสหัสวรรษแรกก่อนคริสตศักราช ระหว่างศตวรรษที่ 12 ถึง 16 นักโลหะวิทยาชาวอินเดียได้พัฒนาเทคนิคการสังเคราะห์โดยตรงแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตสังกะสีและซิงค์ออกไซด์ ความรู้นี้แพร่กระจายไปยังประเทศจีนในศตวรรษที่ 17 และโรงถลุงสังกะสีแห่งแรกของยุโรปได้เปิดขึ้นในเมืองบริสตอล (พ.ศ. 2286) ภายในปี พ.ศ. 2325 มีการเสนอซิงค์ออกไซด์เป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าสำหรับเม็ดสีขาวตะกั่ว

ซิงค์ออกไซด์รองรับอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น เครื่องสำอาง อาหาร ยาง พลาสติก เซรามิค แก้ว ซีเมนต์ น้ำมันหล่อลื่น สี ยา กาว และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ภาคส่วนยางใช้มากกว่า 50% ของการผลิตซิงค์ออกไซด์ทั่วโลก ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการวัลคาไนซ์ เพิ่มความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และทนต่อสภาพอากาศของยาง ในขณะเดียวกันก็ยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์

ซิงค์ออกไซด์ในฐานะที่เป็นเม็ดสีขาวมีความทนทานต่อรังสี UV ยับยั้งเชื้อรา และไม่เป็นพิษได้ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกอื่นที่ใช้ตะกั่วแบบดั้งเดิม การใช้สีน้ำมันเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2377 โดยการผลิตในระดับอุตสาหกรรมเริ่มต้นที่ปารีส (พ.ศ. 2388) ในปี ค.ศ. 1850 การผลิตสีซิงค์ออกไซด์ของยุโรปแพร่หลาย

ซิงค์ออกไซด์ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญในครีมกันแดดเนื่องจากมีคุณสมบัติป้องกันรังสียูวี มีฤทธิ์ต้านจุลชีพและต้านการอักเสบทำให้มีประโยชน์ในการรักษาสิว ครีมทาผื่นผ้าอ้อม และการเตรียมผิวอื่นๆ

ในฐานะเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้าง ซิงค์ออกไซด์ช่วยให้เกิดฟิล์มโปร่งใส เซลล์แสงอาทิตย์ ไฟ LED และเซ็นเซอร์ ในช่วงทศวรรษ 1970 ซิงค์ออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงพบการใช้งานในกระดาษถ่ายเอกสารก่อนที่จะถูกแทนที่ด้วยสารประกอบไทเทเนียม

การใช้งานเพิ่มเติม ได้แก่ ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารในอาหารสัตว์ วัสดุปิดแผล เซรามิกฟลักซ์ สารเติมแต่งซีเมนต์ และวัสดุต้านจุลชีพ

ตลาดซิงค์ออกไซด์ทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 3.5 พันล้านดอลลาร์ในปี 2566 โดยคาดว่าจะสูงถึง 4.5 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2571 (5% CAGR) เอเชียแปซิฟิกครองการบริโภค โดยจีนผลิตมากกว่าครึ่งหนึ่งของอุปทานทั่วโลก ปัจจัยขับเคลื่อนการเติบโตของตลาด ได้แก่ การขยายตัวของอุตสาหกรรมยาง ความต้องการเม็ดสีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การแพร่กระจายของผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล และความต้องการเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

แม้ว่าโดยทั่วไปจะปลอดภัย แต่การสัมผัสฝุ่นซิงค์ออกไซด์เป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการระคายเคืองต่อทางเดินหายใจ ข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมมุ่งเน้นไปที่กระแสของเสียจากการผลิต ซึ่งจำเป็นต้องมีกระบวนการผลิตที่สะอาดขึ้น การวิจัยที่เกิดขึ้นใหม่บ่งชี้ถึงความเป็นพิษทางน้ำที่อาจเกิดขึ้นจากอนุภาคซิงค์ออกไซด์ขนาดนาโน ซึ่งรับประกันการประเมินความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม

ซิงค์ออกไซด์ระดับนาโนนำเสนอพื้นที่ผิวและปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานขั้นสูงในครีมกันแดด สารเคลือบ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ซิงค์ออกไซด์ที่ปรับสภาพพื้นผิวช่วยให้ใช้งานเฉพาะทางได้ เช่น การบำบัดน้ำด้วยแสงด้วยแสง วัสดุต้านจุลชีพ และการเคลือบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของซิงค์ออกไซด์สนับสนุนระบบการนำส่งยา โครงสร้างทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ และการพัฒนาไบโอเซนเซอร์

การใช้งานที่หลากหลายของซิงค์ออกไซด์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญทางเทคโนโลยีที่ยั่งยืน เมื่อวิธีการผลิตก้าวหน้าและมีการใช้งานใหม่ๆ สารประกอบอเนกประสงค์นี้จะยังคงมีบทบาทสำคัญในด้านวัสดุศาสตร์และการพัฒนาอุตสาหกรรมต่อไป