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)相對密度

　　在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對密度最小，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)熔點和沸點

　　由于銳鈦型在高溫下會轉(zhuǎn)變成金紅石型，因此銳鈦型二氧化鈦的熔點和沸點實際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點和沸點，金紅石型二氧化鈦的熔點為1850℃、空氣中的熔點為(1830±15)℃、富氧中的熔點為1879℃，熔點與二氧化鈦的純度有關(guān)。金紅石型二氧化鈦的沸點為為(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。在測定二氧化鈦的某些物理性質(zhì)時，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)歷一個晶型轉(zhuǎn)化期和成長期，控制適宜的溫度，使成長粒子在一定范圍內(nèi)。最后就是產(chǎn)品的粉碎，通常對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)上沒有實用價值。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℃時轉(zhuǎn)化得很快。金紅石型是二氧化鈦最穩(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，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二氧化鈦分子組成而銳鈦型卻是由四個二氧化鈦分子組成，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。避免揚塵，小心掃起，置于袋中轉(zhuǎn)移至安全場所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。

　　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，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.識別方法

物理方法：

鈦白粉

　　最簡單的方法是比較手感，假較滑，真鈦白粉較澀。

　　水沖，手上沾點鈦白粉，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，因為碳酸鈣會與酸反應(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。

　　選擇一個透明樹脂，比如透明ABS+0.5%的鈦白粉，測量透光率，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)自美國杜邦等鈦白粉大廠，其他國家包括中國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)點是能以價低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料，技術(shù)較成熟，設(shè)備簡單，防腐蝕材料易解決。其缺點是流程長，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。該工藝簡單，但在1000℃或高條件氯化，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)，過程簡單，工藝控制點少，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)量優(yōu)異。氯化法優(yōu)點是流程短，生產(chǎn)能力易擴(kuò)大，連續(xù)自動化程度高，能耗相對低，“三廢”少，能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。其缺點是投資大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對材料要求高，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具有特別價值.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,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,在外用場合也僅提供有限的粉化.

　　Ti-Pure R-103符合NSF國際標(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)計為高顏料含量的熱塑性色母料提供的熔融流動性。 R-104 兼具高著色力和藍(lán)色相。在應(yīng)用于高溫擠出成型和淋膜產(chǎn)品時，具有優(yōu)良的抗孔裂性。

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

　　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、運動器材等，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：

　　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)利用價值，銳鈦型(Anatase)簡稱A型，和金紅石型(Rutile)簡稱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迷诟呒壖垙埡捅⌒图垙堉小Ｔ诩垙堉屑尤脞伆追郏墒辜垙埦哂休^好的白度，光澤好，強(qiáng)度高，薄而光滑，印刷時不穿透，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)是鈦白粉的另一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。化纖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。化纖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)是鈦白粉的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，搪瓷級鈦白粉具有純度高、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。

　　陶瓷行業(yè)也是鈦白粉的重要應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷級鈦白粉具有純度高、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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