Цинк оксид. Використання у фармацевному та косметичному виробництві

Цинку оксид – м’який аморфний порошок білого кольору або злегка жовтувато-білого кольору, вільний від піщаних домішок. У земній корі знаходиться у вигляді мінералу цинкіту ZnO. Оксид цинку практично нерозчинний у воді і у 96% спирті, розчиняється у розведених мінеральних кислотах, а також у розчинах лугів. При сильному нагріванні жовтіє, жовте забарвлення зникає при охолодженні. Даний процес пов’язаний з односторонньою деформацією кристалів цинку оксиду під впливом підвищеної температури. Викликані нагріванням значні коливання йонів кисню та цинку сприяють наближенню протилежно заряджених йонів і посиленню поляризованості, а це викликає деформацію кристалів і призводить до появи забарвлення.

Характеристика цинку оксиду згідно до Державної фармакопеї України

Специфічними домішками цинку оксиду є оксиди кадмію та свинцю. Визначення проводять методом атомно-абсорбційної спектроскопії після розчинення аналіту у азотній кислоті. З урахуванням того, що зазначені сполуки є токсичними, їх вміст згідно вимог ДФУ не повинен бути більше 0,001% (кадмій) та 0,005% (свинець).
У цинку оксиді також визначають домішки заліза за реакцією взаємодії з тіогліколевою кислотою за наявності розчину аміаку та лимонної кислоти. Остання запобігає утворенню у лужному середовищі гідроксидів двох- та трьохвалентного заліза. При цьому утворюється комплексна сполука забарвлена у рожевий колір.
Для виявлення домішки арсену (не більше 0,0005%) у цинку оксиді до розчину речовини у хлороводневій кислоті додають розчин олова хлориду, розчин калію йодиду, залишають на 15 хв і потім додають 5 г цинку активованого. Після цього сполучають дві частини прибору і поміщають на водяну баню. Метод полягає у відновленні сполук арсену металевим цинком у кислому середовищі до арсіна, який взаємодіє з ртутно-бромідним папірцем. Важливо те, що інтенсивність забарвлення папірця (ртуті арсенід) основного досліду не повинна перевищувати інтенсивність забарвлення папірця у досліді з еталонним розчином.

Крім того, у цинку оксиді визначають карбонати та нерозчинні у кислоті речовини, які у досліджуваний зразок можуть попадати в процесі одержання. Так, при розчиненні цинку оксиду у хлоридній кислоті не мають виділятися бульбашки газу, отриманий розчин за ступенем каламутності не має перевищувати еталон. ДФУ вказує у фармакопейному цинку оксиді втрату в масі при прожарюванні (не перевищує 1%), оскільки при  неправильному зберіганні він вбирає вуглекислий газ і перетворюється на основний карбонат цинку.

Добування:

1. Прожарюванням цинкового шпату: ZnCO₃ →ZnO + CO₂↑
2. Прожарюванням при 250°C свіжоосадженого основного цинку карбонату, який добувають із цинку сульфату за реакцією:

5ZnSO₄ + 5Na₂CO₃ + 3H₂O →2ZnCO₃·3Zn(OH)₂ + 5Na₂SO₄ + 3CO₂↑

2ZnCO₃·3Zn(OH)₂ →5ZnO + 2CO₂↑+ 3H₂O

Ідентифікація:

1. Субстанція жовтіє при сильному нагріванні; жовте забарвлення зникає при охолоджуванні.
2. Субстанцію розчиняють у кислоті хлористоводневій розведеній: ZnO + 2HCl →ZnCl₂ + H₂O. Одержаний розчин розбавляють водою і проводять реакції на цинк.
3. Нефармакопейна реакція – при прожарюванні цинку оксиду з кобальту (ІІ) нітратом утворюється характерне зелене забарвлення (зелень Рінмана):

ZnO + Co(NO₃)₂ →CoZnO₂ + 2NO₂↑+ 1/2O₂↑

Кількісне визначення

Комплексонометрія, пряме титрування після розчинення субстанції в кислоті оцтовій розведеній у присутності гексаметилентетраміну, індикатор – ксиленоловий оранжевий, s = 1:

Титрують натрію едетатом до переходу фіолетово-рожевого забарвлення у жовте:

Застосування

Зовнішньо у вигляді присипок, мазей, паст, як в’яжучий, підсушуючий та дезінфікуючий засіб при шкірних захворюваннях. Є відомості, що лікарські засоби цинку ефективні при лікуванні гніздового облисіння у дітей. У цьому випадку призначають цинку оксид внутрішньо по 0,02–0,05 г 2–3 рази на добу (після їжі) та 2 % цинкову мазь зовнішньо.

Цинку оксид у фармацевтиці

Застосування сполук цинку в медицині базується на тому, що цинк утворює з білками альбумінати. Розчинні альбумінати мають в’яжучу і припікаючу дії, а нерозчинні, утворюючи плівку на поверхні рани, сприяють її загоюванню. Встановлено, що цинк є синергетиком вітамінів, тобто сприяє прояву їх дії.

Фармакологічна група: D02A В01 — препарати з пом’якшувальною та захисною дією — препарати цинку.
Фармакологічні ефекти: чинить в’яжучу, адсорбуючу, підсушувальну, антисептичну дію, зменшує вираженість ексудативних процесів. Викликає денатурацію білків і утворення альбумінатів.
Застосування: лікування та профілактика дерматиту, попрілості, пелюшкового висипу, пролежнів, пошкоджень шкіри (невеликі термічні та сонячні опіки, порізи, подряпини, екзема).

Цинк відноситься до мікроелементів, який відіграє значну роль у фізіологічних та патологічних процесах в організмі. Цинкзалежними є такі важливі гормони як інсулін, кортикотропін, саматотропін, гонадотропіни. Дефіцит цинку спостерігається при захворюваннях шлуноково-кишкового тракту, нефрозах, цирозах та інших захворюваннях печінки, хворобах крові, псоріазі, новоутвореннях та інших патологічних станах. До недавнього часу препарати цинку застосовувались зовнішньо у якості антисептичних, в’яжучих і протизапальних засобів (розчини, краплі, примочки, присипки). Останнім часом препарати цинку застосовують як препарати системної дії, що впливають на метаболічні та імунні процеси (застосовують при облисінні, гіпогонадизмі, у комплексній терапії дітей з церебральними паралічами тощо).

Комплексонометричне визначення цинку

Принцип методу. Іони цинку реагують з трилоном з утворенням стійкого безбарвного хелату. Досліджуваний розчин, що містить іони цинку, титрують трилоном Б в ацетатному буферному розчині з рН=5,5. Кінцеву точку титрування визначають за допомогою індикатора – ксиленолового оранжевого, аніон якого має будову

При додаванні ксиленолового оранжевого до розчину, що містить іони цинку, останні частково зв’язуються з індикатором, і розчин забарвлюється у червоний колір. При титруванні трилоном послідовно перебігають реакції:

Хід аналізу. До досліджуваного розчину додають 10 мл ацетатного буферного розчину та 30 мл дистильованої води, потім декілька кристаликів індикатора, при цьому розчин забарвлюється у червоний колір. Ретельно перемішуючи розчин, починають титрувати трилоном Б до переходу забарвлення розчину в жовтий колір. Розрахунки ведуть за формулою:

Сонцезахисні засоби для корекції гіперпігментації

Основними інгредієнтами сонцезахисного засобу є певна речовина (або суміш речовин), які забезпечують захист від УФ-випромінювання. Такі речовини називаються сонцезахисними засобами (або УФ-фільтрами) і поділяються на дві групи – фізичні та хімічні. У свою чергу косметичні засоби на основі цих фільтрів бувають трьох груп – на основі фізичних, на основі хімічних фільтрів та змішані (у своєму складі поєднують речовини як фізичної, так і хімічної природи). Основна різниця між УФ-фільтрами полягає не тільки у їх природі, а й у механізмі дії – фізичні фільтри являють собою відбиваючі екрани (відбивають УФ-промені), а хімічні фільтри є блокаторами – вони поглинають УФ промені. В якості екрануючих агентів застосовуються інертні неорганічні сполуки (оксид цинку, оксид титану тощо). В якості поглинаючих агентів використовують такі органічні сполуки як похідні пара-амінобензойної, антранілової, саліцилової, коричної кислот, бензофенолу, камфори тощо. Хімічні УФ-фільтри поглинають сонячну енергію і перетворюють її на інші види енергії (наприклад, в теплову).  При цьому молекули фільтру зазнають хімічні перетворення (як правило, окислюються), відбувається порушення певної послідовності ненасичених зв'язків. В результаті зміщується або пропадає максимум світлопоглинання, характерний для даного фільтру, і його здатність до поглинання і модифікації енергії певного спектру сонячного випромінювання з часом істотно знижується.

Процес дезактивації хімічних фільтрів можна загальмувати, якщо ввести в рецептуру сонцезахисного засобу спеціальні добавки, які відновлюють їх первинну конфігурацію, що дозволяє не лише пролонгувати час дії засобу, але і подовжити термін його зберігання. На відміну від ранніх сонцезахисних засобів, сучасні препарати повинні не тільки запобігати появі сонячних опіків, а й запобігати віддаленим ефектам, пов’язаним з дією УФ-випромінення на шкіру. Ці ефекти, відкриті не так давно, зумовлені насамперед дією UVA-променів з довжиною хвилі 320–400 нм, які не викликають почервоніння шкіри, але сприяють її структурним перебудовам, що приводять до передчасного старіння шкіри. Для оцінювання захисної дії косметичних засобів було введено параметр «фактор захисту від сонця» (Sun Protection Factor, SPF), який до теперішнього часу залишається однією з основних характеристик сонцезахисних препаратів. За визначенням, SPF дає інформацію щодо захисту від почервоніння, яке, як відомо, спричинюється UVB променями (довжина хвилі 290–320 нм) Важливо пам’ятати, що UVB-промені становлять тільки 5–10% від УФ- випромінення, що досягає поверхні Землі, тоді як 90–95% припадає на частку  UVA-променів.

Характеристика фізичних фільтрів

На відміну від хімічних, фізичні фільтри не мають фотосенсибілізуючого ефекту, їх ефективність не така висока, але вони можуть включатися в рецептуру у високих концентраціях. Фізичні фільтри не проникають у шкіру, вони хімічно та біологічно інертні, не викликають її подразнення, сенсибілізації, фототоксичних та фотоалергічних реакцій. Починають діяти відразу після нанесення на шкіру.  

• Діоксид титану з розміром частинок понад 200 нм — непрозорий. Надає шкірі білого забарвлення. Ефективно відбиває видиме світло. При розмірі частинок менше 100 нм ефективність зміщується в ділянку УФ діапазону. Оптимальний розмір частинок для введення в сонцезахисні рецептури — 50 нм, SPF або сонцезахисний фактор зростає на 2 одиниці при підвищенні концентрації діоксиду титану на 1%. Найбільш ефективний в UVB діапазоні.  
• Оксид цинку прозоріший у порівнянні з діоксидом титану, оптимальний розмір його частинок — 100 нм. Збільшує SPF на одиницю у разі підвищення концентрації на 1 %. Діє синергічно із хімічними фільтрами. Найбільш ефективний в UVA діапазоні.  

Патогенетичні основи виробництва сонцезахисних засобів

Негативний вплив надмірної інсоляції на верхні шари шкіри людини пов’язаний зі збудженим станом молекул кератиноцитів, розвитком у них різноманітних фотохімічних реакцій, пов’язаних з утворенням радикалів. Цей процес призводить до розвитку окисного стрессу, пошкодженню макромолекул і мембран, порушенню метаболізму та зміни проникності тканного бар’єру, що ззовні проявляється у формі опіків, пігментації шкіри, її передчасного старіння, розвитку раку. Вплив на ці патогенетичні механізми посилює ефективність захисту клітин шкіри, що треба враховувати при розробці композиції захисних засобів.  У зв’язку з цим, розробка і виробництво стабільного, ефективного, безпечного і приємного для споживача продукту є актуальною проблемою сонцезахисної косметики. Це питання допускає декілька шляхів вирішення, таких як (а) присутність у складі крему чи утворення у ньому іншої фотостабільної молекули, яка б поглинала ті ж хвилі, що і молекула, яку потрібно захистити, (б) інактивація збудженого стану, (в) захоплення та нейтралізація агресивних первинних продуктів, по типу радикалів, до того, як вони вступлять у процес руйнації, та (г) інгібування можливих ланцюгових реакцій.

Вищезгадані обставини є основою розробки сонцезахисного продукту. Таким чином додавання у склад оксиду цинку, що відіграє роль УФ-фільтру мінерального походження, знижує ефект електронного збудження за рахунок процесів селективного обміну ліганду чи редокс реакції, тощо. В контексті фотозахисних засобів використання рослинної сировини (Achillea Millefolium та інші) посилює ці ефекти, дає об’єктивні переваги у досягненні поставлених задач. Рослинні екстракти багаті на біологічно активні речовини (поліфеноли, терпени, флавоноїди, тощо) з сильними фармакологічними ефектами - антиоксидантними, протизапальними та імуностимулюючими. Вони надають синергічну дію з УФ-фільтрами, направлену на захист шкіри від фотостаріння та покращують стабільність рецептури косметичного засобу. Згідно з вказаними передумовами, косметичний засіб повинен бути протестованим на стабільність та топічну токсичність. При безпосередньому контакті зі шкірою внутрішньої поверхні передпліччя повині бути відсутні симптоми подразнення та інші реакції.

Матеріали та методи

За допомогою лабораторного устаткування було розроблено косметичний сонцезахисних засіб. Основою рецептури є пряма емульсія. Виготовлення відбувалося холодним способом, без нагрівання компонентів складу. Всі інгредієнти засобу мають природне походження.

Результати та обговорення

Основними вимогами до сучасних косметичних продуктів є натуральність, приємне та просте використання, ефективність та безпечність, підтверджена клінічними та доклінічними дослідженнями.  У рецептурі був використаний оксид цинку - УФ-фільтр мінерального походження. Він забезпечує високий ступінь захисту від широкого спектру випромінювання, не викликає подразнення шкіри, має екологічні сертифікати та залишається стабільним у рецептурі.  Після приготування косметичного засобу було проведенно його тестування на стабільність та топічну токсичність. Протягом двадцяти одного дня рецептуру наносили на внутрішню поверхню передпліччя та фіксували візуальні зміни данної ділянки шкіри для виявлення гострих алергічних та запальних реакцій. Подразнення та реакцій не було виявлено.  Також було проведено тест на стабільність при підвищеній температурі та при термічному шоці. Протягом тижня рецептуру тримали при температурі 40 °С. Потім, протягом 6 годин, рецептуру тримали при 4 °С і при 40 °С. Змін у фізико-хімічних та органолептичних показниках виявлено не було.

Висновки

Створення патогенетичнообґрунтованої рецептури сонцезахисного засобу показало його стабільність та безпечність, відсутність короткострокових побічних ефектів, що відкриває перспективи для подальшої оптимізації і практичного використання.

Полімерні композити на основі цинк оксиду в якості УФ-фільтру

Існуючі сонцезахисні косметичні засоби на фізичних (мінеральних) фільтрах у переважній більшості містять в якості фізичного блокатора ультрафіолетового (УФ) випромінювання цинк оксид, що зумовлено його структурними, оптико-електронними властивостями та дешевизною. Косметичні засоби та медичні препарати з цинк оксидом мають протизапальні, антисептичні, в’яжучі, адсорбуючі властивості і застосовуються в засобах для чутливої та подразненої шкіри, при вугрових висипах, у дитячих кремах.

Відомо, що дія цинк оксиду обумовлена його високою фотокаталітичною активністю. Для зменшення фотокаталітичної активності цинк оксиду, що, в свою чергу призведе до підвищення УФ-екрануючої здатності матеріалу, використовують хімічне модифікування його поверхні з використанням полівінілпіролідону, поліакрилової кислоти, гідроксиалкілцелюлози, тощо. При виборі матеріалу для модифікування поверхні ZnO було враховано наступні критерії: здатність до молекулярної адсорбції на поверхні часточок ZnO, нетоксичність, інертність, оптична прозорість, розчинність у воді. Поставленим вимогам найбільше відповідав ПВС (ПВС – оптично-прозорий інертний органічний полімер, що застосовується в харчовій промисловості (Е-1203) в якості емульгатора, стабілізатора, загущувача, плівкоутворювача, глазуруючого агента, розчинний у воді).

Полімерні композити з різним вмістом полівінілового спирту (ПВС) були синтезовані методом сумісного осадження. Аналіз даних, одержаних методом порошкової дифракції показав фазову ідентичність синтезованих композиційних матеріалів. Зразки проіндексовано в гексагональній сингонії (пр. гр. P63mc). Встановлено, що середній розмір кристалітів ZnO становить близько 39 нм, тоді як для ZnO/10%ПВС – 23 нм. Відмічено, що додавання полімерного модифікатора відіграє ключове значення в регулюванні процесу зростання кристалітів при синтезі композитів. Немодифікований ZnO, в порівнянні із модифікованим, має вищу фотокаталітичну активність. Зокрема, вже після 150 хв відбувається майже 100%-ве знебарвлення розчину Родаміну Б, в той час як у присутності ZnO/30% ПВС руйнується лише кожна десята молекула барвника. Крім того, швидкість фотокаталітичної деградації органічної молекули значно менша у присутності оксид-полімерного композиту, що обумовлено формуванням адсорбційного шару з молекул ПВС на поверхні частинок ZnO, наявність якого значно зменшує сорбцію Родаміну Б із розчину і підвищує його фотостабільність. Показано, що при збільшення вмісту полімерного модифікатора у зразках ефективність фотодеградації зменшується. Одержані результати мають важливе технологічне значення, яке базується на можливості використання даного композиту в якості УФ-фільтра та інгредієнту сонцезахисних засобів.

Висновки
В результаті здійснених досліджень було синтезовано цинк оксид, модифікований ПВС. За результатами ІЧ-спектроскопії було підтверджено здатність молекул полімерного модифікатора утримуватися на поверхні оксидної матриці не лише за рахунок фізичної адсорбції, а й завдяки хемосорбції. Встановлено, що додавання полімеру не змінює кристалічну структуру ZnO. Водночас для модифікованих зразків середній розмір кристалітів виявився меншим у порівнянні з чистим цинк оксидом. Показано, що за мірою збільшення вмісту ПВС відбувається зменшення фотокаталітичної активності зразків. Отже, одержані результати мають важливе практичне значення, яке базується на можливості використання синтезованих композитів в якості УФ-фільтрів та інгредієнтів сонцезахисних косметичних засобів.

Фармакологічна активність крему з екстракту кори верби білої та цинку за умови алергічного контактного дерматиту

Алергічний дерматит (АД) є одним із найчастіших захворювань шкіри: його поширеність коливається від 2–5% у дорослих осіб і 20% у дітей. Атопічний дерматит представляє собою неконтагіозне запалення, хронічне рецидивуюче захворювання шкірних покривів, яке супроводжується інтенсивною сверблячкою, в основі якого лежить еозинофільне запалення шкіри з типовими особливостями локалізації і морфології ураження. Вирішення проблеми глобальної поширеності та інтенсивного зростання частоти АД потребує вдосконалення лікарського забезпечення населення України препаратами для ефективного лікування алергічних захворювань шкіри. На сьогодні в зовнішній терапії АД використовують комплексну терапію: антигістамінні засоби (І та ІІ колонія), кортикостероїди, засоби, стабілізуючі клітинні мембрани –фосфатидилхолін, седативні та гіпоалергенні засоби на рослинній основі, а також допоміжну терапію. Серед вищезазначених топічних етіотропних засобів все більше використовують фітопрепарати місцевої дії, що мають комплексну фармакологічну дію, можуть тривало застосовуватися без істотних побічних ефектів.

За даними літератури, широкий спектр біологічної дії мають препарати на основі кори верби білої, які виявляють протизапальну, антиалергічну, протисвербіжну та аналгетичну активність і є перспективними для лікування та профілактики АД. Серед зазначених біологічних ефектів кори верби білої особливу увагу привертає вивчення протизапальної та протисвербіжної і імунотропної активності на фоні алергічного дерматиту. Відомо, що до складу екстракту кори верби білої входять саліцилати, які нормалізують обмін речовин на рівні клітин, проявляють протизапальні та антиагрегаційні властивості, усувають свербіж, поліпшують стан шкіри. Цинк приймає участь у метаболізмі і стабілізації клітинних мембран, входить до складу основних ферментів, які приймають участь в антиоксидантних біохімічних реакціях. Мікроелемент має регенеруючу дію, забезпечує передачу нервових імпульсів, сприяє синтезу кортизолу. Цинк відіграє важливу роль для імунного гомеостазу людини, дає різноплановий ефект (клітинно-специфічний) відносно широкого спектра активності імунної системи, який приймає участь у патогенезі шкірних захворювань і запаленні: тучних клітин, тромбоцитів, макрофагів, нейтрофілів, лімфоцитів тощо.

Склад крему

• Цинку оксид 0,2 г
• Густий екстракт верби 3,0 г
• Пропіленгліколь 5,0 г
• Гліцерин 5,0 г
• Каприл каприлак 10,0 г
• Вазелінова олія 10,0 г
• ПЕГ-100-стеарат 3,0 г
• Моностеарат гліцерину 8,0 г
• Цетостеариловий спирт 2,0 г
• Метилпарабен 0,1 г
• Бутилгідрокситолуол 0,05 г
• Кислота лимонна моногідрат 0,2 г
• Вода очищена до 100 г

Перспективи застосування нанооксиду цинку в лікуванні гнійних ран

Багато досліджень показали, що наночастинки (середній діаметр 12 нм) оксиду цинку мають вибіркову ефективну дію по відношенню до бактерій і демонструють мінімальний вплив на клітини тканин людини та тварин. Проведені дослідження показали, що наночастинки ZnО є нетоксичними і біосумісними, тому були використані як носії препаратів та інгредієнтів косметики тощо.

Антимікробна активність наночастинок оксиду цинку була вивчена щодо штампів кишкової палички, сальмонели та інших бактерій. Тому вони можуть застосовуватися у боротьбі з патогенними бактеріями та для інгібування їх росту. Нанесені на бавовняну тканину наночастинки оксиду цинку показали відмінні антибактеріальні властивості щодо золотистого стафілакоку.

Є кілька механізмів щоб пояснити антибактеріальну активність наночистинки ZnО. Перекис водню, приєднаний на поверхні ZnО, розглядається як ефективний засіб для інгібування бактеріального росту. Передбачається, що зі зменшенням розміру частинок порошку оксиду цинку їх кількість на одиницю об’єму суспензії збільшується і відповідно збільшується сумарна площа їх поверхні, що дозволяє перенести більше перекису водню. Іншим можливим механізмом дії антибактеріальних властивостей наночастинок оксиду цинку є вивільнення йонів Zn2+, які можуть викликати пошкодження мембрани клітин і взаємодіяти з її внутрішньоклітинними структурами. Вважається, що наночастинки ZnО руйнують ліпіди і білки у мембранах бактеріальних клітин, у результаті чого відбувався вихід внутрішньоклітинного вмісту і, зрештою, загибель бактеріальної клітини.

Цинку оксид: структура, властивості, методи отримання, значення в екологічному каталізі

Розглянемо фізичні властивості кристалічного цинку оксиду типу «вюрцит», а саме: тип і характеристики кристалічної структури, можливі дефекти кристалічної ґратки. На основі аналізу літературних даних встановлено, що кристали цинку оксиду найчастіше стабілізуються в структурі «вюрцит» у вигляді гексагональної елементарної комірки (просторова група P63mc). Численні дослідження електричних властивостей вказують на те, що пристрої на основі наноструктур цинку (II) оксиду типу «вюрцит» мають винятковий потенціал у застосуванні в якості високошвидкісної електроніки. Виявлено, що оптичні властивості наноструктур цинку (II) оксиду типу «вюрцит» пов’язані як із внутрішніми, так і з зовнішніми ефектами. Внутрішні оптичні переходи відбуваються між електронами в зоні провідності та дірками у валентній зоні, включаючи екситонні ефекти внаслідок кулонівської взаємодії. Також до характерних оптичних явищ, що можуть мати місце при дослідженні наноструктур цинку (II) оксиду типу «вюрцит», відноситься наявність спектрів фотолюмінесценції при накладанні джерела збудження до його наноструктур. На основі аналізу літературних даних встановлено, що ключовою перевагою методу «згори донизу» є те, що деталі формуються за зразком і збираються на місці. В методі «знизу вгору», або, як його іноді називають, підході до «самозбирання», використовуються хімічні або фізичні сили, що діють у надзвичайно дрібному масштабі (нано-масштабі), для збирання основних одиниць у більші структури. На відміну від методу «згори донизу», техніка «знизу вгору» починається з невеликих конструкцій і закінчується великими одиницями.

Електрофізичні властивості та перспективи застосування теплопровідних композитів на основі нано- та мікропорошків цинк оксиду

Вже багато років ZnO у формі мікропорошку успішно і широко використовують як основний компонент, зазвичай, дешевих комерційних термопаст (наприклад, КПТ-8). Величина коефіцієнта теплопровідності цих термопаст переважно знаходиться у діапазоні від 0,6 до 1,5 Вт/(м·K). На сьогоднішній день число публікацій щодо теплопровідності наноструктурованих матеріалів на основі ZnO є дуже незначним. Переважна більшість робіт у цьому напрямі присвячена дослідженням матеріалів у вигляді монокристалів, кераміки чи плівок. Було продемонстровано, що при використанні наночастинок ZnO замість мікропорошку ZnO, можна суттєво (більш, аніж утричі) підвищити коефіцієнт теплопровідності композиту. У цій роботі наведено дані досліджень електрофізичних параметрів, таких як питомий об’ємний електроопір і діелектрична проникність, а також результати тестування теплопровідних властивостей композитів на основі нано- та мікропорошків оксиду цинку в комп’ютерній техніці.

Одержання матеріалів

Композитні матеріали отримували шляхом диспергування експериментально виготовлених порошків ZnO в поліметилсилоксані ПМС 1000. Силіконове масло (інша назва поліметилсилоксану) та наповнювачізагущувачі (порошки ZnO) брались в об’ємному співвідношенні 3:7. Нанопорошок ZnO синтезували методами «мокрої» хімії у водному розчині 0,016 моль цинку ацетату дигідрату і 0,095 моль гідроксиду аміаку при температурі 95°С. Час вирощування становив 10 хв. Після цього розчин зневоднювався на повітрі. Процес утворення наноструктур оксиду цинку можна описати такими реакціями: 

Zn(CH₃COO)₂ + 4NH₄OH = (NH₄)₂ZnO₂ +  2CH₃COONH₄ + 2H₂O

(NH₄)₂ZnO₂ + H₂O = ZnO + 2NH₄OH.
Також мікропорошок ZnO синтезували механохімічними реакціями. Для цього суміш 0,1 моль Zn(CH₃COO)₂ та 0,12 моль H₂C₂O₄·2H₂O протягом 30 хв. за кімнатної температури перетирали в агатовій ступці та відпалювали на повітрі при температурі 450°С ще 30 хв. Після відпалу отриманий порошок 10 хв. повторно перетирали в агатовій ступці. Процес утворення частинок оксиду цинку можна описати такими реакціями. При перетиранні: Zn(CH₃COO)₂(порошок) + H₂C₂O₄·2H₂O(порошок) = ZnC₂O₄·2H₂O(наночастинки)  + 2CH₃COOH(рідина, газ) + H₂C₂O₄·2H₂O(порошок).
При відпалюванні:  

ZnC₂O₄·2H₂O = ZnC₂O₄ + 2H₂O↑

ZnC₂O₄·2H₂O =  ZnO + CO₂↑ + CO↑ + 2H₂O↑  

CO + O₂ = CO₂↑

2H₂C₂O₄·2H₂O + O₂ = 4CO₂↑ + 4H₂O↑

CH₃COOH = CH₃COOH↑.  

Висновки

Методом радіального теплового потоку визначені коефіцієнти теплопровідності композитних матеріалів на основі нано- та мікропорошків оксиду цинку. Порошки ZnO синтезовано методом «мокрої» хімії та механохімічними реакціями. Вищі значення коефіцієнтів теплопровідності композитів на основі мікро- та нанопорошків ZnO порівняно з величиною коефіцієнта теплопровідності термопасти КПТ-8 пов’язані з відсутністю у їхньому складі аеросилу. Підвищення величини коефіцієнта теплопровідності композиту при використанні нано- замість мікропорошку ZnO очевидно зумовлене балістичною теплопровідністю, зростанням екситонної теплопровідності та зменшенням контактного теплового опору. При тестуванні теплопровідних властивостей композитів на основі нано- та мікропорошків оксиду цинку в комп’ютерній техніці виявлено прояв розмірного ефекту, зумовленого тим, що при зменшенні розмірів зерен порошків ZnO в теплопровідних композитах відбувається зменшення контактного теплового опору (опору Капіци) між поверхнями процесора ЕОМ та радіатора. Менші значення питомого об’ємного електричного опору та вищі значення діелектричної проникності синтезованих композитів порівняно з параметрами термопасти КПТ-8 можуть свідчити про наявність у їхньому складі деякої кількості води, що може адсорбуватися на поверхню порошків ZnO в процесі їхнього виготовлення. Результати тестування засвідчують перспективність застосування композитів на основі нанопорошків для відведення тепла в комп’ютерах та інших електронних пристроях. Водночас, властивості зазначених матеріалів можуть бути оптимізовані за рахунок цілеспрямованих змін в технології їхнього виготовлення.

Біоцидний захист текстильних матеріалів

У теперішній час рівень негативних факторів оточуючого середовища, що впливають на людину, багаторазово зріс, відповідно до чого підвищується потреба в текстильних матеріалах (ТМ) з біоцидними властивостями, а отже і актуальність створення технологій захисних обробок текстильних матеріалів. Біоцидна обробка ТМ – це обробка останніх біоцидними препаратами, до якої відносять антимікробну, протигрибкову, репелентну, протигнилісну та протиалергенну обробки. Тканини з антимікробною і протигрибковою обробками на сьогодні є найбільш затребуваними з боку споживачів. Як біоцидні препарати для надання тканинам антимікробних і протигрибкових властивостей використовують органічні сполуки і неорганічні речовини, які мають такі властивості. Серед сполук, здатних надавати тканинам біоцидної активності, увагу, зокрема, привертають природні вуглеводи, а саме гетерополісахариди, що містяться в рослинній сировині: фруктах, овочах, стеблах і кошиках соняшнику та інших рослинах.

Біоцидні препарати

При виборі препаратів з антибактеріальними властивостями керуються основними вимогами, що висуваються до останніх, а саме: екологічність, активність, сумісність з іншими компонентами композицій. Основна увага приділяється екологічному фактору, оскільки останній визначає безпечність одягу і сумісність зі шкірою людини. Серед неорганічних речовин широко використовують сполуки металів: срібла, міді, цинку та інших. За допомогою срібла надають тканинам антимікробні властивості відносно широкого спектру мікроорганізмів: стафілококів, стрептококів, мікрококів, коринебактерій і бактерій роду Bacillus.

В останній час у якості біоцидів для тканин пропонують композити різного складу. Так, пропонуються композити водорозчинних полімерів (полівінілпіролідону, метилцелюлози, карбоксиметилцелюлози та інших естерів целюлози) з похідними порфірину та їх металокомплексами, зокрема з цинком. Полімери, модифіковані цинковим комплексом порфірину, є активними щодо грам-позитивних і грам-негативних штамів бактерій і грибів роду Candida та інактивують їх.

Хітозан широко використовується як біологічно активний природний полімер. Це полісахарид, що має бактерицидні і протигрибкові властивості і здатний закріплюватися на натуральних волокнах без додаткових речовин. Його властивості як бактерициду для тканин значно посилюють додаванням до апретів на основі хітозану цинк (ІІ) оксиду. Водночас вирішено проблему одержання ультратонких дисперсій ZnO – хітозан-композитів.  Хітозан використовують для імобілізації на ТМ лікарських речовин для одержання текстильних виробів медичного призначення.
Отже, для нерозчинних у воді біоцидів прийнятним є метод, що застосовується у пігментних технологіях, а саме закріплення біоциду на поверхні тканини відповідною полімерною плівкою, яку формують безпосередньо на текстильному матеріалі в процесі його оброблення біоцидом. Для закріплення розчинних у воді біоцидів прийнятним може бути використання сполук металів, здатних до комплексоутворення. Метал може утворити зв’язок як з молекулою біоциду, так і з полімером волокна, тому здатен виконати роль посередника у зв’язку біоциду з полімером волокна. У процесі можуть формуватися комплекси складу полімер волокна – метал – біоцид, в яких біоцид виконуватиме роль органічного ліганду, завдяки якому текстильний матеріал стає носієм біоцидних властивостей.

Питання-відповідь

Питання: Чи можна використовувати оксид цинку для шпаклівки?

Відповідь: Так, можна.

Питання: Чи можна оксидом цинку від ТМ Клебріг зробити гравіювання на пам'ятнику більш насиченим?

Відповідь: Так можна. Після використання Оксид цинку ТМ Клебріг деталі гравіювання стають більш естетичні і насичені, завдяки цинковому білилі збільшується термін загасання портрета у природному середовищі, це означає, що буде триваліший період контрасту і яскравості гравіювання на камені. Також зберігає колір і блиск каменю. Упаковки 100 г вистачить на 10 чисток пам'ятника.

Питання: Як потрібно застосовувати оксид цинку для пам'ятників?

Відповідь: Нанести на чисту суху ганчірку невелику кількість порошку і протерти портрет, написи і малюнки на пам'ятнику. Портрет і написи відразу ж стануть яскравими і виразними! Також даний порошок запобігає вбиранню вологи і бруду в пам'ятник. Рекомендується використовувати 1 раз в 2-3 місяці. Майте на увазі, що даний спосіб підходить тільки для гранітних пам'ятників або гравірованих написів, виконаних на вставках.