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Chemie und Pharma

ZINK in nachhaltiger Verbindung

Zink ist vielen aus seinen gut sichtbaren Einsatzbereichen wie verzinkter Stahl für Konstruktionen, Zäunen oder Gartengeräten als auch als Zinkblech für architektonisch gestaltete Dächer und Fassaden bekannt. Dass es darüber hinaus viele Bereiche gibt, in denen Zink in Form von Zinkverbindungen und damit quasi unsichtbar oder zumindest nicht als Metall erkennbar, aber zuverlässig seinen Dienst erfüllt, ist oft nur Fachleuten bekannt.

Etwa 10 % der weltweiten Zinkerzeugung werden jedoch für die Erzeugung von Zinkverbindungen eingesetzt, die in unserer Gesellschaft einen systemrelevanten Nutzen ausüben. Dabei ist Zinkoxid die bekannteste Zinkverbindung. Es wird vor allem in der Gummiherstellung und in der Medizin verwendet. Aber auch in Zinksalben und Wundschutzcremes, Kosmetika und Shampoo ist Zinkoxid Bestandteil der Körperpflege. In Sonnenschutzcremes schützt es vor UV-Strahlung. Es ist Zinksulfid, das den Hinweis auf den nächsten Notausgang im Dunkeln zum Leuchten bringt. Und es ist Zinksulfat, das als Bestandteil von Düngemitteln z. B. Getreide besser wachsen lässt. Darüber hinaus gibt es über 40 weitere Zinkverbindungen mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften.

Zinkverbindungen sind fester Bestandteil unseres modernen Lebens. Sie werden vorwiegend aus Recyclingmaterialien vorgelagerter Zinkanwendungen gewonnen, aus zinkhaltigen Rohstoffen, die vielfach Nebenprodukte oder Reststoffe anderer Verfahren sind – ein ökonomischer Recyclingkreislauf, der eine Deponierung unnötig macht. Zinkstaub und Zinkpulver werden oft – wenn auch nicht ganz korrekt – zu den Zinkverbindungen gerechnet.

ZINK – Dünger in der Landwirtschaft

>Zink ist ein essenzieller Spurennährstoff, der für Wachstum, Gehirnentwicklung und die Bekämpfung gefährlicher Infektionen, insbesondere bei Kindern, von entscheidender Bedeutung ist. Zu den zinkreichen Lebensmitteln gehören Fleisch, Geflügel, Meeresfrüchte und Nüsse. Eine ausreichende Zinkversorgung ist in unserer Gesellschaft durch eine ausgewogene Ernährung gegeben. Viele Menschen in Entwicklungsländern ernähren sich jedoch auf pflanzlicher Basis, die nicht genügend Zink für eine gesunde Entwicklung liefert. Die Nutzung von zinkhaltigem Dünger in der Landwirtschaft bei der Pflanzenerzeugung erhöht den natürlichen Zinkgehalt in der Nahrung. Zu einer Überdüngung des Bodens mit Zink kommt es hierbei nicht.

In der im Frühjahr 2017 an die EU-Normung angepasste Düngemittel- und Klärschlammverordnung wurde der zulässige Grenzwert für Zink in der Trockensubstanz von 500 mg auf 4.000 mg/kg/TS um das 8-fache erhöht. Diese Menge an Zink darf jährlich als Dünger auf Ackerflächen ausgebracht werden. Ein relevanter Auszug aus der Düngemittel- und Klärschlammverordnung, der die Wirkung von Zink im Ackerboden beschreibt:
Änderungen zum Verordnungstext § 4 Absatz 3 – Redaktionellen Änderungen, u. a. zur Behördenzuständigkeit. “…da gemessene Analysewerte nicht nur eine enthaltene Fehlertoleranz, sondern den tatsächlichen Wert wiedergeben können, kann bei ungünstigem Zusammentreffen vorgenannter Umstände auf lange Sicht eine schleichende Schadstoffanreicherung im Boden nicht ausgeschlossen werden. Dies ist unter umweltpolitischen und abfallwirtschaftlichen Gesichtspunkten, wonach die Abfallverwertung möglichst schadlos zu erfolgen hat, nicht hinnehmbar. Bei den Parametern Kupfer und Zink ist dies dagegen vertretbar, da es sich hierbei düngerechtlich um Spurennährstoffe handelt und auch bei Zusammentreffen ungünstiger Umstände keine derartige Anreicherung zu befürchten ist, dass die düngerechtlich festgelegten Nährstoffgrenzwerte überschritten werden. Die bisherigen Sätze 4 und 5 werden zur Straffung zusammengefasst, da beide im Ergebnis regeln, dass Überschreitungen von Schwermetallgehalten in bestimmten Fällen durch die Behörde zugelassen werden können.” (Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung, 01-2017)
*TS – Trockensubstanz

Zinkoxid für die Gummiproduktion

Ein breites und kaum wegzudenkendes Anwendungsgebiet für Zinkoxid ist die Gummiproduktion z. B. von Reifen. Hier übernimmt das vielseitig einsetzbare Oxid einige sicherheitsrelevante Funktionen. Nach Auskunft der IZA werden heute 100 g Zinkoxid pro Reifen eingesetzt. (Zitat: “Today’s passenger car tyre typically contains only about 100 grams of zinc oxide.”)

“Bei schwefelvernetzten Vulkanisaten startet das Zinkoxid (ZnO) zusammen mit den organischen Vulkanisationsbeschleunigern die Vernetzungsreaktion zwischen dem Kautschuk und dem Schwefel (Netzwerkbildung). In diesem chemischen Prozess ist Zinkoxid unverzichtbar. Nach Abschluss der Vulkanisationsreaktion trägt Zinkoxid dazu bei, die Wärmebildung bei dynamisch beanspruchten Gummiteilen gleichmäßig im Gummiteil zu verteilen und es puffert saure Abbauprodukte, die bei der Alterung von Gummi entstehen. Es wirkt also als Alterungsschutzmittel. Zinkoxid hat eine Sicherheitsfunktion, indem es dem Gummibauteil (Reifen) eine Alterungsbeständigkeit verleiht und partielle Überhitzungen vermeiden hilft.”, (Dr. Jahn, Grillo Zinkoxid).

ZINK – Schutzfaktor

Zink schützt uns Menschen unmittelbar und direkt. Als natürliches Spurenelement trägt Zink wie kaum ein anderes zur Verbesserung unserer Lebensqualität bei. In unserem Körper kommt Zink bei allen wichtigen Zellfunktionen eine entscheidende Rolle zu. So ist Zink beispielsweise maßgeblich bei der Wundheilung beziehungsweise der Regeneration der Haut involviert. Auch als äußerlich anzuwendendes Pflegemittel, zum Beispiel als Zinkoxid in Sonnencreme, schützt es vor schädlicher UV-Strahlung. In Salben, Puder und Kosmetikprodukten unterstützt Zink die natürlichen Prozesse der Haut.

Zink bildet einen Schutzmantel für Babys Po: “Die Haut eines Babys ist fünfmal dünner als die von Erwachsenen”, erklärt Professor Hans Merk, Direktor der Hautklinik der RWTH Aachen, “darum neigt sie dazu, schnell auszutrocknen und rissig zu werden.” Außerdem besitzt Babyhaut nur schwache Abwehrkräfte: Ihre schützende Flora muss sich erst entwickeln, auch ihr Fettgehalt und ihr pH-Wert sind noch nicht optimal ausgebildet. “Babyhaut kann sich deshalb schlechter gegen Bakterien und Pilze wehren”, erläutert der Hautarzt.

Damit es nicht so weit kommt, sorgen viele Eltern mit einer Wundschutzcreme vor. Doch oft sind sie unsicher, ob die regelmäßige Pflege dem Baby guttut: Führt häufiges Eincremen nicht dazu, dass die Haut noch empfindlicher wird? Merk empfiehlt, regelmäßig nach dem Waschen eine spezielle Wundschutzpflege dünn aufzutragen. Damit können ein Wundwerden und Reizungen vermieden werden. Entscheidend ist dabei, dass die natürliche Barriere der Säuglingshaut intakt bleibt. Zinkoxid bewirkt, dass Schwellungen der Haut zurückgehen und fördert die Wundheilung. (Quelle: Der Dermatologe, Juni 2005)

Zinkoxid-Nanopartikel in Sonnenschutzcreme – bedenklich?

Sonnenschutzcremes mit hohem Lichtschutzfaktor enthalten neben chemischen UV-Filtern auch Zinkoxid-Nanopartikel. Es wird häufig nachgefragt, ob diese Zinkoxid-Nanopartikel aus Sonnencremes in tiefere Epidermisschichten eindringen.

Ein australisches Forscherteam aus Brisbane hat zu diesem Thema umfassende Forschungen durchgeführt. Auch nach mehrfachem Auftragen über viele Tage, z. B. im Badeurlaub, lassen sich keine erhöhten Zinkoxidwerte jenseits der Hornschicht nachweisen. Im Gegensatz zu den chemischen Filtern können die unlöslichen Oxidpartikel die Hautbarriere nicht überwinden und systemisch aufgenommen werden – ein deutlicher Vorteil.

Allerdings gibt es immer wieder Befürchtungen, besonders kleine Nanopartikel könnten es innerhalb der Epidermis bis in die Basalzellschicht schaffen und dort die Hautzellen schädigen oder gar Tumore begünstigen

“Zuvor war schon in anderen Experimenten eine schlechte Permeabilität der Partikel über das Stratum corneum hinaus beobachtet worden. Allerdings sei die Zinkoxidverteilung bei diesen Untersuchungen häufig nur nach einer einzigen Anwendung der Sonnencreme untersucht worden, berichten Ärzte um Dr. Yousuf Mohammed von der Universität in Brisbane, Australien (doi.org/10.1016/j.jid.2018.08.024). Die Untersuchungen aus Brisbane belegen, dass auch bei wiederholter Anwendung über Tage, keine Durchlässigkeit von Zink-Nanopartikeln gegeben ist.”,
Quelle: https://www.aerztezeitung.de/Medizin/Zinkoxid-Nanopartikel-in-Sonnencreme-offenbar-sicher-254292.html

ZINK – Batterien

Zink findet in der Batterietechnik eine breite Anwendung. Zink-Kohle-Batterien sind in Taschenlampen oder Kinderspielzeug nicht wegzudenken und auch in den bekannten Knopfzellen befindet sich ein Anteil an Zinkstaub. Bei Knopfzellen handelt es sich um Zink-Luft-Batterien, die aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit bei kleiner Abmessung in vielen alltäglichen Anwendungen bis hin zu Hörgeräten genutzt werden.

ZINK – noch mehr Verbindungen

  • Zinkchlorid ist als Lösung in verschiedenen Konzentrationen und Qualitäten erhältlich und für die unterschiedlichsten industriellen Anwendungen geeignet, u. a. zur Kunststoffherstellung, Wasserbehandlung und für Katalysatoren.
  • Zinkchloridpulver findet Anwendung in der chemischen Industrie sowie der Wasser- und Oberflächenbehandlung und in Fluxen auf Basis von Zinkammoniumchlorid.
  • Zinkbromid wird hauptsächlich bei der Erdölförderung als sogenanntes “Completion Fluid” eingesetzt.
  • Zinknitrat wird in der Galvanotechnik, Agrokultur und der Acetatfaserfärbung verwendet.
  • Zinkcarbonat, auch basisches Zinkcarbonat, wird u. a. in der Gummi- und Bitumenherstellung verwendet sowie in Sonnenschutzprodukten verarbeitet. Des Weiteren wird es als Aktivator für die Schwefel- und Thiuramvulkanisation als Vulkanisiermittel, in carboxylierten Kautschuken und als Aktivator in Latextauchartikeln verwendet. Zudem dient es als Basis zur Herstellung von Zinkoxid.
  • Zinkacetat wird für die Produktion von Holzschutzmitteln, Katalysatoren sowie weiteren Zinksalzen verwendet.

Hochwertiger Rohstoffeinsatz ohne Downcycling

Als Rohstoffe für z. B. die Zinkoxidgewinnung werden in Deutschland Hartzink sowie Zinkober- und Zinkunterschlacken aus der Verzinkungsindustrie mit Zinkgehalten von über 90 Prozent eingesetzt. Auch zinkhaltige Aschen und Krätzen aus verschiedenen Verfahren der Metallindustrie werden direkt zu Zinkoxid verarbeitet.

Heute werden in Deutschland über 70.000 Tonnen Zinkverbindungen unmittelbar aus Recyclingmaterialien gewonnen. Hierdurch kann der erforderliche Zinkbedarf für Zinkverbindungen gedeckt werden, ohne dass Primärrohstoffe abgebaut und importiert werden müssen. Durch die Nutzung dieser Rohstoffe ist kein zusätzlicher Abbau und Transport von Erzen erforderlich. Die Gewinnung unmittelbar aus Sekundärrohstoffen ist zudem mit einem weitaus geringeren Energieaufwand verbunden als die Gewinnung von Zink aus Erzen und nachfolgend von Zinkoxid. Zinkverbindungen aus Recyclingmaterialien sind deshalb wichtige Bausteine einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft. Die Nutzung von Recyclingmaterialien für die Herstellung von Zinkverbindungen stellt echtes Recycling oder sogar ein Upcycling dar, da aus bereits genutzten Zinkprodukten anderer Einsatzbereiche gleichwertige und vielfach auch höherwertige Produkte hergestellt werden.

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Initiative ZINK