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钛白粉学名为二氧化钛( Titanium Dioxide),分子式为TiO2,相对分子质量79.90。CAS 登录号:13463-67-7 ,EINECS 登录号:236-675-5.也称钛白。属于惰性颜料,被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料.

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2012-2-5 22:13


成分结构

  它有金红石型(Rutile R型)和锐钛型(Anatase A型)二种结构,金红石晶体结构致密,比较稳定,光学活性小,因而耐候性好,同时有较高的遮盖力,消色力。


应用领域
  钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂,又具有补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉,在日光照射下,耐日晒,不开裂、不变色,伸展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉,主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等,一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎生产量,常加入一定量的金红石型产品,以增强抗臭氧和抗紫外线能力。

  钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒,远比铅白优越,各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色,使香料更滑腻,有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。一、化妆品级二氧化钛分为油性和水性钛白粉。由于它化学性质稳定,折射率高、不透明度高、遮盖力高、白度好、且无毒害,被广泛应用于化妆品领域,起美容美白的功效。 性能特点 1.白度高,遮盖力强。 2.亲水、亲油产品它克服了一般钛白粉在各自的分散体系中不易分散、易沉淀等缺陷,显著改善了它的分散性和抗沉淀性,使您的产品更加稳定和满意。 3.耐候性强。 4.与化妆品其他原料配伍性好。


钛白粉颜料

基本介绍
  钛白粉颜料是精选结构外型和粒度分布等与钛白类似,且表面具有反应活性的无机粉体为基本原料(内核),TiO2为包膜物,应用新材料改性复合制备、无机包膜、粉体均化等高新技术,通过二者的分割细化,表面羟基化改造和机械力化学反应等方式制备而成的新型复合白色颜料,它具有与钛白粉相同或近似的物化性质,因而具有二氧化钛颜料性质。广泛应用于涂料、塑料、橡胶、油墨行业,可取得与使用钛白粉相同的技术性能,且较大幅度地降低原材料的使用成本。   钛白粉颜料的生产和应用,是解决钛白粉生产中的钛资源短缺、降低环境污染、提高钛白资源利用率的有效途径。产品的制备和应用技术通过北京市科委组织的专家鉴定,被评定达到国际先进水平,产品被评定为安徽省高新技术产品。



性能特点
  1、钛白粉颜料制备技术达到国际先进水平,包核物的选用、包核物与包膜物表面羟基化以及复合白色颜料具有与钛白粉接近或相同性能的特点在国内外均属首创。
  2、钛白粉颜料颗粒表面呈结晶TiO2性能,晶型分金红石型和锐钛型,因此产品具有与钛白粉相同或近似的性能,如:遮盖力、白度、吸油量等。
  3、钛白粉颜料与钛白粉比:产品的粒度、粒径分布更佳,复合物的异质性质及低密度,使得产品在涂料体系中使用具有更佳的分散性和适用性。
  4、消费成本较钛白粉大幅度降低,产品成本小于钛白粉3000-5000元/吨。
  5、生产过程对环境无污染,符合国家可持续发展的产业政策。

性能验证
  1、钛白粉颜料对涂料对比率性能的影响   涂料的遮盖性能是反映白色颜料性能的最直接和最关键的指标,在涂料其它组分和条件相同的前提下,涂料的遮盖力越强,表明颜料的遮盖性能越强。
  2、钛白粉颜料对紫外光的吸收屏蔽性能
  将GR复合钛白颜料(金红石型)与金红石钛白粉(R818)用水配成0.2%的悬浮体,经超声波分散20分钟后,取样放入72型紫外与可见光分光光度计中测试其光透过率(见表4),以此来判断产品对紫外光的吸收情况。
  钛白粉颜料、金红石钛白粉分别与水组成的悬浮体对各波长单色光的透过率与规律基本一致,对波长小于400nm的紫外光透过率均极低,随着入射光波长的增加,悬浮体的光透过率大幅度增加,至700nm已达40%以上。由于悬浮体透过率的差别可近似认为是固体物质本身的因素所导致,因此认为钛白粉颜料与金红石钛白粉相比,对紫外光均有很强的吸收屏蔽作用。
  金红石钛白粉对紫外线的吸收屏蔽作用是其具备最佳化学稳定性和良好的耐老化、抗粉化和抗变色性能的体现,钛白粉颜料呈现的相似光学特性显示了其同样具备耐老化等光稳定性能。
  通过以上两项实验可以看出:在涂料体系中使用钛白粉颜料可限得与钛白粉相同或相近的性能指标; 钛白粉颜料可广泛应用于涂料体系中,改善涂料的性能,较大幅度的降低材料的使用成本。


物化性质
(Physical Properties)

     1、TiO2(W%):≥90;
     2、白度(与标准样比):≥98%;
     3、吸油量(g/100g):≤23;
     4、PH值:7.0~9.5;
  5、105℃挥发份(%):≤0.5;
     6、消色力(与标准样比):≥95%;
     7、遮盖力(g/m2):≤45;
     8、325目筛余物:≤0.05%;
     9、电阻率:≥80Ω·m;
     10、平均粒径:≤0.30μ·m;
     11、分散性:≤22μ·m;
     12、水溶物(W%):≤0.5  
     13、密度4.23  
     14、沸点2900 ℃  
     15、熔点1855 ℃  
           分子式:TiO2  
           分子量:79.87
           CAS 登录号:13463-67-7
           EINECS 登录号:236-675-5


主要特性
物理性质

  1)相对密度
  在常用的白色颜料中,二氧化钛的相对密度最小,同等质量的白色颜料中,二氧化钛的表面积最大,颜料体积最高。
  2)熔点和沸点
  由于锐钛型在高温下会转变成金红石型,因此锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点,金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点为(1830±15)℃、富氧中的熔点为1879℃,熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为为(3200±300)℃,在此高温下二氧化钛稍有挥发性。
  3)介电常数
  由于二氧化钛的介电常数较高,因此具有优良的电学性能。在测定二氧化钛的某些物理性质时,要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低,只有48。
  4)电导率
  二氧化钛具有半导体的性能,它的电导率随温度的上升而迅速增加,而且对缺氧也非常敏感。金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要,可利用该性质生产陶瓷电容器等电子元器件。
  5)硬度
  按莫氏硬度十分制标度,金红石型二氧化钛为6~6.5,锐钛型二氧化钛为5.5~6.0,因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。
  6)吸湿性
  二氧化钛虽有亲水性,但其吸湿性不太强,金红石型较锐钛型为小。二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系,表面积大,吸湿性高,还与表面处理与性质有关。
  7)热稳定性
  二氧化钛属于热稳定性好的物质。
  8) 粒度
  钛白粉粒度分布是一个综合性的指标,它严重影响钛白粉颜料性能和产品应用性能,因此,对于遮盖力和分散性的讨论可直接从粒度分布上进行分析。
  影响钛白粉粒度分布的因素较为复杂,首先是水解原始粒径的大小,通过控制和调节水解工艺条件,使原始粒径在一定范围内。其次是煅烧温度,偏钛酸在煅烧的过程中,粒子经历一个晶型转化期和成长期,控制适宜的温度,使成长粒子在一定范围内。最后就是产品的粉碎,通常对雷蒙磨的改造和分析器转速的调节,控制粉碎质量,同时可以采用其它粉碎设备,例如:万能磨、气流粉碎机和锤磨装置。


化学性质

  二氧化钛的化学性质极为稳定,是一种偏酸性的两性氧化物。常温下几乎不与其他元素和化合物反应,对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用,不溶于水、脂肪,也不溶于稀酸及无机酸、碱,只溶于氢氟酸。但在光作用下,钛白粉可发生连续的氧化还原反应,具有光化学活性。 这一种光化学活性,在紫外线照射下锐钛型钛白粉尤为明显,这一性质使钛白粉即使某些无机化合物的光敏氧化催化剂,又是某些有机化合物光敏还原催化剂。
     应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿一般作业工作服。避免扬尘,小心扫起,置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏,用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。
     二氧化钛(或称钛白粉)广泛用于各类结构表面涂料、纸张涂层和填料、塑料及弹性体,其它用途还包括陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物、印刷油墨、屋顶铺粒和焊剂。据统计,2006年全球二氧化钛需求达460万吨,其中涂料行业占58%、塑料行业占23%、造纸10%、其他9%。钛白粉既可用钛铁矿、金红石制取,也可用钛渣制取。钛白粉生产工艺有两种:即硫酸盐工艺和氯化物工艺,硫酸盐法的技术比氯化物法简单,可以用品位低和比较便宜的矿物。目前世界上约有47%产能采用硫酸盐工艺,53%产能为氯化物工艺。



用途
    钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。


  钛白粉(二氧化钛)化学性质稳定,在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶:板钛型、锐钛和金红石型。板钛型是不稳定的晶型,无工业利用价值,锐钛型(Anatase)简称A型,和金红石型(Rutile)简称R型,都具有稳定的晶格,是重要的白色颜料和瓷器釉料,与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性,特别是没有毒性。

   钛白粉广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业。

涂料行业是钛白粉的最大用户,特别是金红石型钛白粉,大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料,色彩鲜艳,遮盖力高,着色力强,用量省,品种多,对介质的稳定性可起到保护作用,并能增强漆膜的机械强度和附着力,防止裂纹,防止紫外线和水分透过,延长漆膜寿命。

塑料行业是第二大用户,在塑料中加入钛白粉,可以提高塑料制品的耐热性、耐光性、耐候性,使塑料制品的物理化学性能得到改善,增强制品的机械强度,延长使用寿命。
  造纸行业是钛白粉第三大用户,作为纸张填料,主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉,可使纸张具有较好的白度,光泽好,强度高,薄而光滑,印刷时不穿透,质量轻。造纸用钛白粉一般使用未经表面处理的锐钛型钛白粉,可以起到荧光增白剂的作用,增加纸张的白度。但层压纸要求使用经过表面处理的金红石型钛白粉,以满足耐光、耐热的要求。
  钛白粉还是高级油墨中不可缺少的白色颜料。含有钛白粉的油墨耐久不变色,表面润湿性好,易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型,也有锐钛型。
    纺织和化学纤维行业是钛白粉的另一个重要应用领域。化纤用钛白粉主要作为消光剂。由于锐钛型比金红型软,一般使用锐钛型。化纤用钛白粉一般不需表面处理,但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用,避免纤维在二氧化钛光催化的作用下降解,需进行表面处理。

    无论溶剂型涂料还是水性涂料,若使用了钛白粉,其作用不仅仅是遮盖和装饰,更重要的是能够改善涂料的物化性能,增强化学稳定性能,提高遮盖力、消色力、防腐蚀性、耐光和耐候性,增强涂膜的机械强度和附着力,防止开裂和脱落,防止紫外线和水分透过,延长物体的使用寿命。同时还可以节省用料、提高生产效率。
  在颜料中,白色颜料用途最广,白色和浅色涂料都要用到它。涂料常用的白色颜料有锌白、锌钡白、钛白粉等。由于有些合成树脂涂料聚合度较大,若加入锌白,则因锌白有碱性,与涂料中的游离脂肪酸作用而变稠的倾向;若加入锌钡白,则耐候性差。但是使用了钛白粉就可以避免以上缺陷。因为钛白粉粒子小而均匀,光学稳定性高。在遮盖力方面,金红石型钛白粉是锌白的7倍、锌白的5.56倍;锐钛型钛白粉是锌白的5.57倍,锌白的4.3倍;在消色力方面,金红石型钛白粉是锌白的8.3倍、锌白的6.25倍;锐钛型钛白粉是锌白的6.4倍,锌白的4.8倍。


  在使用效果方面,1T 钛白粉至少相当于4T锌白;在使用寿命方面(室外抗粉化性)用钛白粉作颜料的涂层比锌钡白作颜料的涂层高3倍。因此,使用钛白粉可以大大降低整个涂料中的用量,同时制成的涂料颜色鲜艳,不易泛黄;耐光、耐热、耐磨、耐候、耐碱、耐硫、耐稀酸。正是由于钛白粉具有比锌白、锌钡白更优越的性能,以至成为涂料生产中必不可少的最好的白色颜料。钛白用量占涂料用颜料总量的90%以上,占涂料用白色颜料的95%以上。在涂料原材料成本中占10%-25%。


     在塑料工业中,钛白粉是应用最为广泛的白色颜料。塑料工业成为钛白粉的第二大用户。
  对于塑料用钛白粉,要求粒子细、分散性好,在塑料成型加工的加热和制得成品在日光下暴晒和使用过程中不变色。由于钛白粉的白度高,消色力大,具有良好的不透明度和化学稳定性,用钛白粉代替立德粉,则白色颜料的耗量可降低50%-70%,所以是制造白色或彩色颜料的必要的着色填充剂,是最优良的白色颜料。特别在硝化纤维、醋酸纤维、黏胶和酪素塑料等更为适意。当和其他颜料配合使用,能使成型物得到美丽而鲜艳的色彩,用于玩具和食物具是无毒的,用于塑料薄膜,七成品的拉伸强度、伸长率没有变化:用于绝缘材料,对其绝缘性能没有影响。
  钛白粉在塑料制品中的应用,除了利用它的高遮盖力、高消色力及与其他颜料并用性能好外,它还能提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能使塑料制品免受UV光的侵袭,改善塑料制品的力学强度和电性能,在电缆料中的使用,体积电阻残留率(VR%)低。
  随着塑料制品的应用范围的不断扩大,许多用户外用塑料制品,如塑料门窗、建筑材料等室外用塑料产品,对耐候性也有很高的要求,除了必须使用金红石型钛白粉外,还需要进行表面处理,这种表面处理一般不加锌,只加铝、硅、锆等。硅具有亲水去湿的作用。可防止塑料在高温挤出时因水分蒸发而产生气孔。




制造方法

钛白粉制造方法有两种:硫酸法(Soleplate Process)和氯化法(Chloride Process)。



硫酸法


  是将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸亚钛,经水解生成偏钛酸,再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料,技术较成熟,设备简单,防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长,只能以间歇操作为主,湿法操作,硫酸、水消耗高,废物及副产物多,对环境污染大。

硫酸法是用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应,得到硫酸氧钛溶液,经水解得到偏钛酸沉淀;再进入转窑煅烧产出TiO2。硫酸法以间歇法操作为主,生产装置弹性大,利于开停车及负荷调整。但其工艺复杂,需要近二十几道工艺步骤,每一工艺步骤必须严格控制,才能生产出最好质量的钛白粉产品,并满足颜料的最优性能。硫酸法既可生产锐钛型产品,又可生产金红石型产品。



氯化法




  氯化法是将金红石或高钛渣粉料与焦炭混合后进行高温氯化生产四氯化钛,经高温氧化,再经过滤、水洗、干燥、粉碎得到钛白粉产品。氯化法只能生产金红石型产品。氯化法优点是流程短,生产能力易扩大,连续自动化程度高,能耗相对低,“三废”少,能得到优质产品。其缺点是投资大,设备结构复杂,对材料要求高,要耐高温、耐腐蚀,装置难以维修,研究开发难度大。

      氯化法是用含钛的原料,以氯化高钛渣、或人造金红石、或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛,经精馏提纯,然后再进行气相氧化;在速冷后,经过气固分离得到TiO2。该TiO2因吸附一定量的氯,需进行加热或蒸气处理将其移走。该工艺简单,但在1000℃或更高条件氯化,有许多化学工程问题如氯、氯氧化物、四氯化钛的高腐蚀需要解决,再加上所用的原料特殊,较之硫酸法成本高。氯化法生产为连续生产,生产装置操作的弹性不大,开停车及生产负荷不易调整,但其连续工艺生产,过程简单,工艺控制点少,产品质量易于达到最优的控制。再加上没有转窑煅烧工艺形成的烧结,其TiO2原级粒子易于解聚,故所所以在表观上人们习惯认为氯化法钛白粉产品的质量更优异.


衍生替代品
  为了解决价格高昂的成本,后来发明了立德粉,锻白粉等产品,但是综合性能远不如钛白粉,只能部分替代钛白粉。




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