鈦白粉(titanium dioxide)，是一種重要的無機(jī)化工顏料，主要成分為二氧化鈦。鈦白粉的生產(chǎn)工藝有硫酸法和氯化法兩種工藝路線。在涂料、油墨、造紙、塑料橡膠、化纖、陶瓷等工業(yè)中有重要用途。

　　1.物理特性

　　1)相對(duì)密度

　　在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對(duì)密度最小，同等質(zhì)量的白色顏料中，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。[3]

　　2)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)

　　由于銳鈦型在高溫下會(huì)轉(zhuǎn)變成金紅石型，因此銳鈦型二氧化鈦的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)實(shí)際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，金紅石型二氧化鈦的熔點(diǎn)為1850℃、空氣中的熔點(diǎn)為(1830±15)℃、富氧中的熔點(diǎn)為1879℃，熔點(diǎn)與二氧化鈦的純度有關(guān)。金紅石型二氧化鈦的沸點(diǎn)為為(3200±300)℃，在此高溫下二氧化鈦稍有揮發(fā)性。[3]

　　3)介電常數(shù)

　　由于二氧化鈦的介電常數(shù)較高，因此具有優(yōu)良的電學(xué)性能。在測(cè)定二氧化鈦的某些物理性質(zhì)時(shí)，要考慮二氧化鈦晶體的結(jié)晶方向。銳鈦型二氧化鈦的介電常數(shù)比較低，只有48。[3]

　　4)電導(dǎo)率

　　二氧化鈦具有半導(dǎo)體的性能，它的電導(dǎo)率隨溫度的上升而迅速增加，而且對(duì)缺氧也非常敏感。金紅石型二氧化鈦的介電常數(shù)和半導(dǎo)體性質(zhì)對(duì)電子工業(yè)非常重要，可利用該性質(zhì)生產(chǎn)陶瓷電容器等電子元器件。[3]

　　5)硬度

　　按莫氏硬度十分制標(biāo)度，金紅石型二氧化鈦為6～6.5，銳鈦型二氧化鈦為5.5～6.0，因此在化纖消光中為避免磨損噴絲孔而采用銳鈦型。

　　6)吸濕性

　　二氧化鈦雖有親水性，但其吸濕性不太強(qiáng)，金紅石型較銳鈦型為小。二氧化鈦的吸濕性與其表面積的大小有一定關(guān)系，表面積大，吸濕性高，還與表面處理與性質(zhì)有關(guān)。

　　7)熱穩(wěn)定性

　　二氧化鈦屬于熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)。

　　8) 粒度

　　鈦白粉粒度分布是一個(gè)綜合性的指標(biāo)，它嚴(yán)重影響鈦白粉顏料性能和產(chǎn)品應(yīng)用性能，因此，對(duì)于遮蓋力和分散性的討論可直接從粒度分布上進(jìn)行分析。

　　影響鈦白粉粒度分布的因素較為復(fù)雜，首先是水解原始粒徑的大小，通過控制和調(diào)節(jié)水解工藝條件，使原始粒徑在一定范圍內(nèi)。其次是煅燒溫度，偏鈦酸在煅燒的過程中，粒子經(jīng)歷一個(gè)晶型轉(zhuǎn)化期和成長(zhǎng)期，控制適宜的溫度，使成長(zhǎng)粒子在一定范圍內(nèi)。最后就是產(chǎn)品的粉碎，通常對(duì)雷蒙磨的改造和分析器轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制粉碎質(zhì)量，同時(shí)可以采用其它粉碎設(shè)備，例如：萬能磨、氣流粉碎機(jī)和錘磨裝置。

　　2.晶體結(jié)構(gòu)

金紅石型

　　二氧化鈦在自然界有三種結(jié)晶形態(tài)：、和。板鈦型屬斜方晶系，是不穩(wěn)定的晶型，在650℃以上即轉(zhuǎn)化成金紅石型，因此在工業(yè)上沒有實(shí)用價(jià)值。銳鈦型在常溫下是穩(wěn)定的，但在高溫下要向金紅石型轉(zhuǎn)化。其轉(zhuǎn)化強(qiáng)度視制造方法及煅燒過程中是否加有抑制或促進(jìn)劑等條件有關(guān)。

　　一般認(rèn)為在165℃以下幾乎不進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)化，超過730℃時(shí)轉(zhuǎn)化得很快。金紅石型是二氧化鈦?zhàn)罘€(wěn)定的結(jié)晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，與銳鈦型相比有較高的硬度、密度、介電常數(shù)與折光率。金紅石型和銳鈦型都屬于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射線圖象也不同，銳鈦型二氧化鈦的衍射角位于25.5°，金紅石型的衍射角位于27.5°。金紅石型的晶體細(xì)長(zhǎng)，呈棱形，通常是孿晶;而銳鈦型一般近似規(guī)則的八面體。

　　金紅石型比起銳鈦型來說，由于其單位晶格由兩個(gè)二氧化鈦分子組成而銳鈦型卻是由四個(gè)二氧化鈦分子組成，故其單位晶格較小且緊密，所以具有較大的穩(wěn)定性和相對(duì)密度，因此具有較高的折射率和介電常數(shù)及較低的熱傳導(dǎo)性。

　　二氧化鈦的三種同分異構(gòu)體中只有金紅石型最穩(wěn)定，也只有金紅石型可通過熱轉(zhuǎn)換獲得。天然板鈦礦在650℃以上即轉(zhuǎn)換為金紅石型，銳鈦礦在915℃左右也能轉(zhuǎn)變呈金紅石型。

　　3.化學(xué)性能

　　二氧化鈦的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，是一種偏酸性的兩性氧化物。常溫下幾乎不與其他元素和化合物反應(yīng)，對(duì)氧、氨、氮、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫都不起作用，不溶于水、脂肪，也不溶于稀酸及無機(jī)酸、堿，只溶于氫氟酸。但在光作用下，鈦白粉可發(fā)生連續(xù)的氧化還原反應(yīng)，具有光化學(xué)活性。 這一種光化學(xué)活性，在紫外線照射下銳鈦型鈦白粉尤為明顯，這一性質(zhì)使鈦白粉既是某些無機(jī)化合物的光敏氧化催化劑，又是某些有機(jī)化合物光敏還原催化劑。

應(yīng)急處理：

　　隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴防塵面具(全面罩)，穿一般作業(yè)工作服。避免揚(yáng)塵，小心掃起，置于袋中轉(zhuǎn)移至安全場(chǎng)所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。

　　二氧化鈦(或稱鈦白粉)廣泛用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層和填料、塑料及彈性體，其它用途還包括陶瓷、玻璃、催化劑、涂布織物、印刷油墨、屋頂鋪粒和焊劑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年全球二氧化鈦需求達(dá)460萬噸，其中涂料行業(yè)占58%、塑料行業(yè)占23%、造紙10%、其他9%。鈦白粉既可用鈦鐵礦、金紅石制取，也可用鈦渣制取。鈦白粉生產(chǎn)工藝有兩種：即硫酸鹽工藝和氯化物工藝,硫酸鹽法的技術(shù)比氯化物法簡(jiǎn)單，可以用品位低和比較便宜的礦物。如今世界上約有47%產(chǎn)能采用硫酸鹽工藝，53%產(chǎn)能為氯化物工藝。

　　4.識(shí)別方法

物理方法：

鈦白粉

　　最簡(jiǎn)單的方法是比較手感，假較滑，真鈦白粉較澀。

　　水沖，手上沾點(diǎn)鈦白粉，假的容易沖掉，真的不容易沖掉。

　　取一杯清水，丟鈦白粉進(jìn)去，浮上來的為真，沉淀下去的為假(如果是活化改性的產(chǎn)品就不靈)。

化學(xué)方法：

　　摻了輕鈣或重鈣：加入稀硫酸或鹽酸，有氣泡可以使澄清石灰水變渾濁，因?yàn)樘妓徕}會(huì)與酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。

　　摻了立德粉：加入稀硫酸或鹽酸，有臭雞蛋氣味。

　　做成乳膠漆，加鐵紅，顏色深，說明遮蓋力差的為假或質(zhì)量很差的鈦白粉。

另外還有兩個(gè)比較好的方法：

　　利用同樣的PP+30%GF+5%PP-G-MAH+0.5%鈦白粉，強(qiáng)度越低，鈦白粉(金紅石)越真。

　　選擇一個(gè)透明樹脂，比如透明ABS+0.5%的鈦白粉，測(cè)量透光率，透光率越低，鈦白粉越真。

　　5.生產(chǎn)工藝

　　鈦白粉制造方法有兩種：硫酸法(Sulphate Process)和氯化法(Chloride Process)。其中56%為氯化法產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的70%以上又產(chǎn)自美國(guó)杜邦等鈦白粉大廠，其他國(guó)家包括中國(guó)的鈦白粉工廠仍以硫酸法為主。

1]硫酸法

　　將鈦鐵粉與濃硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)生產(chǎn)硫酸氧鈦，經(jīng)水解生成偏鈦酸，再經(jīng)煅燒、粉碎即得到鈦白粉產(chǎn)品。此法可生產(chǎn)銳鈦型和金紅石型鈦白粉。硫酸法的優(yōu)點(diǎn)是能以價(jià)低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料，技術(shù)較成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，防腐蝕材料易解決。其缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)，只能以間歇操作為主，濕法操作，硫酸、水消耗高，廢物及副產(chǎn)物多，對(duì)環(huán)境污染大。

2]氯化法

　　氯化法是用含鈦的原料，以氯化高鈦渣、或人造金紅石、或天然金紅石等與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，經(jīng)精餾提純，然后再進(jìn)行氣相氧化;在速冷后，經(jīng)過氣固分離得到TiO2。該TiO2因吸附一定量的氯，需進(jìn)行加熱或蒸氣處理將其移走。該工藝簡(jiǎn)單，但在1000℃或更高條件氯化，有許多化學(xué)工程問題如氯、氯氧化物、四氯化鈦的高腐蝕需要解決，再加上所用的原料特殊，較之硫酸法成本高。氯化法生產(chǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)裝置操作的彈性不大，開停車及生產(chǎn)負(fù)荷不易調(diào)整，但其連續(xù)工藝生產(chǎn)，過程簡(jiǎn)單，工藝控制點(diǎn)少，產(chǎn)品質(zhì)量易于達(dá)到最優(yōu)的控制。再加上沒有轉(zhuǎn)窯煅燒工藝形成的燒結(jié)，其TiO2原級(jí)粒子易于解聚，所以在表觀上人們習(xí)慣認(rèn)為氯化法鈦白粉產(chǎn)品的質(zhì)量更優(yōu)異。氯化法優(yōu)點(diǎn)是流程短，生產(chǎn)能力易擴(kuò)大，連續(xù)自動(dòng)化程度高，能耗相對(duì)低，“三廢”少，能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。其缺點(diǎn)是投資大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)材料要求高，要耐高溫、耐腐蝕，裝置難以維修，研究開發(fā)難度大。

3]產(chǎn)品介紹

　　表一分析結(jié)果和物理性性質(zhì)

　　TiO2(重量%,最小) 96

　　Al2O3(重量%,最小) 3.2

　　有機(jī)物處理 (重量%碳) 0.

　　比重 4.1

　　平均粒徑 (微米) 0.23

　　吸油量 (克/100克) 14.0

　　PH (水性漿料) 6.5

　　電阻 (千歐.厘米,最小) 4

　　R-103的特殊藍(lán)色相在用于象ABS那樣的天然有色樹脂時(shí)具有特別價(jià)值.與中性色相的鈦白粉相比,最多可節(jié)省30%的用量就能使最終產(chǎn)品達(dá)到同樣要求.

　　R-103獨(dú)特的氧化鋁表處理,使之具有優(yōu)秀的抗褪色性:

　　R-103的揮發(fā)性能適用于所有的應(yīng)用所用的加工工藝,除了高溫聚乙烯淋膜和聚乙烯擠出涂膜.如果有上述要求,建議使用Ti-Pure R-101、R-104。

　　6.使用建議

　　Ti-Pure R-103是一種優(yōu)秀的通用型鈦白粉,它適用于所有樹脂體系:

　　表二一性質(zhì)般

　　遮蓋力 高

　　色相 非常藍(lán)

　　在下列物料中的分散性:

　　增塑PVC樹脂 優(yōu)

　　塑溶膠 一般

　　干混合工藝 好

　　熔融混合料 優(yōu)

　　抗絮凝作用 非常好

　　抗褪色作用 優(yōu)

　　耐候性 好

　　對(duì)于應(yīng)用在那些要求高遮蓋力,非常藍(lán)的色相,優(yōu)良的分散性和抗褪色性的聚烯烴或工程塑料中時(shí),R-103是極其出色的.它的表面處理使其可用于鉛鹽穩(wěn)定的PVC體系中,在外用場(chǎng)合也僅提供有限的粉化.

　　Ti-Pure R-103符合NSF國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),適合用于塑料管材.

　　杜邦Ti-Pure® R-104 是一種用氯化法制取的金紅石型二氧化鈦顏料。它專門設(shè)計(jì)為高顏料含量的熱塑性色母料提供的熔融流動(dòng)性。 R-104 兼具高著色力和藍(lán)色相。在應(yīng)用于高溫?cái)D出成型和淋膜產(chǎn)品時(shí)，具有優(yōu)良的抗孔裂性。

　　杜邦Ti-Pure® R-104 主要設(shè)計(jì)用于塑料，特別適用于需要高濃度顏料的熱塑性色母料，以及要求對(duì)熔融流動(dòng)影響最小的產(chǎn)品系列。綜合以下性質(zhì)，使得杜邦Ti-Pure® R-104 對(duì)顏色配制極有價(jià)值。

　　7.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　TiO2含量，%≥97

　　亮度，%≥95

　　消色力，≥100

　　105℃揮發(fā)物。%≤0.5

　　水懸浮物Ph6.0-8.0

　　吸油量，g/100g≤24

　　篩余物(0.045mm篩孔)，%≤0.05

　　水萃取液電阻率，Ω.m≥60

　　金紅石含量，%≥97

　　包裝：25公斤多層紙袋(內(nèi)層塑料袋)，或1000公斤大型袋裝。

　　8.替代品

　　為了解決價(jià)格高昂的成本，后來發(fā)明了高鈦粉、立德粉、鍛白粉等產(chǎn)品，但是綜合性能不如鈦白粉，運(yùn)用較廣的高鈦粉能部分替代鈦白粉。鈦白粉的主要應(yīng)用領(lǐng)域：涂料、塑料、油墨、造紙，其中涂料占60%，塑料占20%、造紙占14%，其它(含化妝品、化纖、電子、陶瓷、搪瓷、焊條、合金、玻璃等領(lǐng)域)占6%。

　　鈦白粉在橡膠行業(yè)中既作為著色劑，又具有補(bǔ)強(qiáng)、防老化、填充作用。在白色和彩色橡膠制品中加入鈦白粉，在日光照射下，耐日曬，不開裂、不變色，伸展率大及耐酸堿。橡膠用鈦白粉，主要用于汽車輪胎以及膠鞋、橡膠地板、手套、運(yùn)動(dòng)器材等，一般以銳鈦型為主。但用于汽車輪胎生產(chǎn)量，常加入一定量的金紅石型產(chǎn)品，以增強(qiáng)抗臭氧和抗紫外線能力。

　　鈦白粉在化妝品中應(yīng)用也日趨廣泛。由于鈦白粉無毒，遠(yuǎn)比鉛白優(yōu)越，各種香粉幾乎都用鈦白粉來代替鉛白和鋅白。香粉中只須加入5%-8%的鈦白粉就可以得到永久白色，使香料更滑膩，有附著力、吸收力和遮蓋力。在水粉和冷霜中鈦白粉可減弱油膩及透明的感覺。其他各種香料、防曬霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用鈦白粉。

　　一、化妝品級(jí)二氧化鈦分為油性和水性鈦白粉。由于它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，折射率高、不透明度高、遮蓋力高、白度好、且無毒害，被廣泛應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域，起美容美白的功效。

　　1]性能特點(diǎn)：

　　白度高，遮蓋力強(qiáng)。

　　親水、親油產(chǎn)品它克服了一般鈦白粉在各自的分散體系中不易分散、易沉淀等缺陷，顯著改善了它的分散性和抗沉淀性，使您的產(chǎn)品更加穩(wěn)定和滿意。

　　耐候性強(qiáng)。

　　與化妝品其他原料配伍性好。

　　2]用途

　　鈦白粉被認(rèn)為是世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。

　　鈦白粉(二氧化鈦)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在一般情況下與大部分物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)。在自然界中二氧化鈦有三種結(jié)晶：板鈦型、銳鈦和金紅石型。板鈦型是不穩(wěn)定的晶型，無工業(yè)利用價(jià)值，銳鈦型(Anatase)簡(jiǎn)稱A型，和金紅石型(Rutile)簡(jiǎn)稱R型，都具有穩(wěn)定的晶格，是重要的白色顏料和瓷器釉料，與其他白色顏料比較有優(yōu)越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、和化學(xué)穩(wěn)定性，特別是沒有毒性。

　　鈦白粉廣泛用于涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、化纖、陶瓷、日化、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

　　涂料行業(yè)是鈦白粉的最大用戶，特別是金紅石型鈦白粉，大部分被涂料工業(yè)所消耗。用鈦白粉制造的涂料，色彩鮮艷，遮蓋力高，著色力強(qiáng)，用量省，品種多，對(duì)介質(zhì)的穩(wěn)定性可起到保護(hù)作用，并能增強(qiáng)漆膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力，防止裂紋，防止紫外線和水分透過，延長(zhǎng)漆膜壽命。

　　塑料行業(yè)是第二大用戶，在塑料中加入鈦白粉，可以提高塑料制品的耐熱性、耐光性、耐候性，使塑料制品的物理化學(xué)性能得到改善，增強(qiáng)制品的機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命。

　　造紙行業(yè)是鈦白粉第三大用戶，作為紙張?zhí)盍希饕迷诟呒?jí)紙張和薄型紙張中。在紙張中加入鈦白粉，可使紙張具有較好的白度，光澤好，強(qiáng)度高，薄而光滑，印刷時(shí)不穿透，質(zhì)量輕。造紙用鈦白粉一般使用未經(jīng)表面處理的銳鈦型鈦白粉，可以起到熒光增白劑的作用，增加紙張的白度。但層壓紙要求使用經(jīng)過表面處理的金紅石型鈦白粉，以滿足耐光、耐熱的要求。

　　鈦白粉還是高級(jí)油墨中不可缺少的白色顏料。含有鈦白粉的油墨耐久不變色，表面潤(rùn)濕性好，易于分散。油墨行業(yè)所用的鈦白粉有金紅石型，也有銳鈦型。

　　紡織和化學(xué)纖維行業(yè)是鈦白粉的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域?；w用鈦白粉主要作為消光劑。由于銳鈦型比金紅型軟，一般使用銳鈦型?；w用鈦白粉一般不需表面處理，但某些特殊品種為了降低二氧化鈦的光化學(xué)作用，避免纖維在二氧化鈦光催化的作用下降解，需進(jìn)行表面處理。

　　搪瓷行業(yè)是鈦白粉的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，搪瓷級(jí)鈦白粉具有純度高、白度好、顏色鮮、粒徑均勻、很強(qiáng)的折射率和較高消色力，具有很強(qiáng)的乳濁度和不透明性，使涂搪后涂層薄、光滑和耐酸性強(qiáng)，在搪瓷制造工藝中能與其他材料混合均勻、不結(jié)塊、易于熔制等優(yōu)點(diǎn)。

　　陶瓷行業(yè)也是鈦白粉的重要應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷級(jí)鈦白粉具有純度高、粒度均勻、折射率高，有優(yōu)良的耐高溫性，在1200度高溫條件下保持1小時(shí)不變灰的特性。不透明度高、涂層薄、重量輕，廣泛應(yīng)用于陶瓷、建筑、裝飾等材料。

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