Диоксид титана: свойства, технологии, применение

Развитие титановой индустрии проходит очень стремительно. Двуокись титана играет важную роль в этом процессе. В сегодняшнем обзоре расскажем о свойствах TiO2, методах его получения, областях применения.

Двуокись титана — белый пигментный краситель, применяемый в производстве самых разных товаров (от краски до печенья)

Формы

В промышленности используют рутильную и анатазную модификацию TiO2.

Рутильные пигменты лучше рассеивают свет, качественнее перекрывают окрашиваемую поверхность (высокий показатель укрывистости), обладают хорошей атмосферостойкостью, не теряют своих свойств под воздействием UV-излучения. Эту разновидность диоксида титана выбирают при изготовлении лакокрасочных материалов, пластика, косметических средств.

Анатазная модификация пользуется популярностью при выпуске декоративной бумаги, резиновых изделий, лакокрасочных материалов, мыла, зубной пасты.

Технологии

Производственные мощности диоксида титана хлорным способом выше, чем сульфатным. Технологический процесс первого варианта более сложный, но менее затратный, хоть и предполагает использование богатых титаном руд. Хлорная технология в меньшей степени опасна для окружающей среды.

Сульфатный метод

Впервые был применен в начале 30-х годов прошлого века. В качестве исходного продукта используется ильменитовый концентрат. Он обрабатывается серной кислотой. В результате гидролиза титанилсульфата и прокаливания метатитановой кислоты получается TiO2.

Хлорный способ

Был изобретен в 1950 году. Суть технологии: титансодержащая руда взаимодействует с хлорным газом в условиях пониженного давления, в результате чего образуется TiCl4 с примесью хлоридов металлов (потом они ликвидируются). Очищенный тетрахлорид титана проходит процесс окисления под воздействием высоких температур. На выходе — диоксид титана ярко-белого оттенка.

Характеристики

• Не растворяется в маслах, спирте, воде, кислотах.
• Инертен по отношению к большому количеству химических соединений.
• Характеризуется повышенным коэффициентом преломления. Отражает UV-лучи.
• При нагревании меняет оттенок (становится желтым), после охлаждения приобретает привычный белый цвет.
• Обладает повышенной влагостойкостью.
• Совместим с любыми веществами, предназначенными для образования пленки.
• Отличается высокой атмосферостойкостью.
• Способен отбеливать различные материалы.
• При высокой концентрации обеспечивает хорошую укрывистость пластиков, лакокрасочных материалов.
• Играет роль фотокатализатора под воздействием ультрафиолетового света.
• Зарекомендовал себя отсутствием токсичности.
• Не образует комков, смешиваясь с другими компонентами, одинаково распределяется по всему составу.
• Признан одним из самых популярных наноматериалов.

Сферы применения

TiO2 используется в различных секторах промышленности.

Лакокрасочная продукция

Входит в состав красок, лаков, эмалей, грунтовок, штукатурок, декоративных покрытий. Белые краски на основе цинка и свинца остались в прошлом. Теперь в качестве белого пигмента выступает диоксид титана. Нередко его заменяют мелом или мраморным кальцитом. «Конкуренты» тоже придают конечному продукту белый оттенок, они более доступны, чем TiO2. По этой причине многие краски содержат смесь пигментов.

Диоксид титана делает краску максимально белой, повышает ее укрывистость, стойкость к УФ-излучению. Такие покрытия не стареют, в течение многих лет сохраняют первоначальную белизну, не дают желтого налета. Они нетоксичны, безопасны. Но высокое качество обходится дороже. Чем больше в краске мела или мраморного кальцита и меньше двуокиси титана, тем она дешевле.

Диоксид титана — одна из составляющих качественной белой краски и термопластичной массы для дорожной разметки

Пластик

Пятая часть объема производства TiO2 идет на выпуск пластика и продукции из него: профильно-погонажных изделий из ПВХ, мебели, элементов бытовой техники, каучука, линолеума, резины. Двуокись титана играет здесь роль наполнителя, обеспечивает стойкость продукции к переменам погодных условий, защищает от воздействия агрессивных факторов.

Для производства оконного пластика и деталей экстерьера автомобиля добавляют TiO2

Производство резины

Используется в качестве наполнителя, дает возможность применять резиновые изделия в условиях повышенных температур, сохраняет характеристики покрытий при резких климатических изменениях.

Диоксид титана продлевает срок службы резинового покрытия и РТИ, в частности рукавов высокого давления, шлангов, приводных ремней

Бумажная промышленность

Примерно седьмая часть двуокиси титана применяется для выпуска бумаги (в том числе декоративной), картона, обоев. Добавка позволяет варьировать степень гладкости материала, уровень его белизны. Титановый порошок вносится в смесь для изготовления бумаги, чтобы улучшить качество конечного продукта и печати.

Диоксид титана важен при пигментовании бумажных изделий

Суперконцентраты (мастербатчи)

Эта продукция представляет собой сочетание красящих пигментов и матрицы (связующего вещества). Белые мастербатчи выпускают на основе TiO2. Такая добавка выбеливает различные пластмассовые изделия, которые производят с помощью экструзии, литья под давлением или выдувного формирования. Для получения цветного концентрата вносят пигмент нужного оттенка.

Косметика

Входит в состав декоративных, очищающих и ухаживающих косметических средств. Он не проникает в дерму, не увлажняет и не стимулирует ее, но защищает от УФ-излучения (блокирует 25% лучей спектров UVB и UVA2). Чем больше пигмента в составе крема, тем выше его SPF-защита. Такие крема равномерно распределяются по коже, не оставляют белых следов.

Компонент придает продукту нужную консистенцию, выступая в роли загустителя. Кроме того, помогает создать нужный оттенок помады, пудры, тонального крема, лака для ногтей за счет смешивания в различных пропорциях с другими пигментами. Белый порошок добавляет готовой продукции такие свойства, как светонепроницаемость и укрывистость.

Диоксид титана не представляет опасности для здоровья человека. Он используется даже в товарах для детей (присыпки, зубная паста).

Свойства TiO2 берут на вооружение при выпуске теней для век, румян, мыла

Фармацевтика

Входит в формулы всевозможных лекарственных средств в виде таблеток, порошков, кремов, суппозиториев, паст, мазей белого цвета.

Фармакологические предприятия добавляют в препараты небольшое количество мелкодисперсного порошкообразного TiO2. Вещество не оказывает влияния на структуру и консистенцию лекарственных препаратов. Диоксид титана не вступает во взаимодействие с другими веществами. Компонент безопасен при употреблении внутрь и при контакте с кожей.

Titaniumoxide высокой химической чистоты используется в фармацевтике в качестве отбеливающего агента

Пищевая промышленность

Пищевой диоксид титана может входить в состав сахара рафинада, сгущенного молока, куриных полуфабрикатов, жевательной резинки, майонеза, муки, конфет, джемов, паштетов, кондитерской глазури, крабовых палочек, йогуртов, плавленого сыра, сладких драже, соусов, рыбной продукции. Краситель Е171 добавляется в дозировке до 1% от массы продукта. Главная задача пигмента — создать эстетику, сделать внешний вид еды более привлекательным, аппетитным. При этом он не меняет вкус и цвет продукта. TiO2 используют и для защиты пластиковой упаковки от выцветания и УФ-излучения.

На сегодняшний день Е171 считается безопасной добавкой, он не наносит вред человеку. Его использование официально разрешено. Диоксид титана не растворяется под воздействием желудочного сока, не накапливается во внутренних органах и тканях, полностью выводится из организма.

Диоксид титана сохраняет сочность фарша, отбеливает глазурь

Фотокатализатор

Благодаря высокой фотокаталитической активности TiO2 используется для очистки воздуха и воды от вредных органических соединений, вирусов, аллергенов, споров грибов, микроорганизмов.

Фильтр покрывают тончайшим слоем диоксида титана. На него направляют лучи ультрафиолетовой лампы, которую размещают внутри прибора. Фотокаталитические фильтры не требуют замены или чистки. Они восстанавливают свою первоначальную структуру после взаимодействия с загрязнителями. Такие фильтры не накапливают вредные вещества, а разлагают их. Они обладают бактерицидным действием.

Диоксид титана применяется и при изготовлении самоочищающихся стекол. Для активизации покрытия потребуется примерно неделя с момента установки окон, так как фотокатализатор должен некоторое время взаимодействовать с солнечными лучами.

Такое покрытие «работает» и в пасмурную погоду. Оно существенно экономит время и деньги на уборке. Подходит для любых конструкций — от классических окон до зимних садов и оранжерей. Покрытие сохраняет свои свойства в течение всего срока службы.

Во время эксплуатации окон или фасадного остекления TiO2 вступает в реакцию с UF-лучами, за счет чего ускоряется процесс разложения органических загрязнителей

Штатные технологи компании UСG помогут выбрать марку диоксида титана Tiox, максимально отвечающую Вашим производственным задачам.