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鈦白粉是什么?為什么鈦白粉如此受歡迎?
2017-10-25         
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鈦白粉、鈦白、二氧化鈦等經常被提及,涂料、化纖、造紙、塑料、油墨、搪瓷、電焊條、冶金、電子工業、日用品工業等均有其身影。鈦白粉是什么?為什么鈦白粉如此受歡迎?


何為鈦白粉?


鈦白粉是二氧化鈦( Titamium Dioxide)的商品名稱,俗稱鈦白。它有金紅石型(Rutile R型)和銳鈦型(Auatase A型)二種結構,金紅石晶體結構致密,比較穩定,光學活性小,因而耐候性好,同時有較高的遮蓋力,消色力,因而有更好的應用性能,獲得更為廣泛的應用。


按生產工藝路線分為硫酸法鈦白粉、氯化法鈦白粉;按結晶形態分為銳鈦型和金紅石型二大類;按使用對象分為顏料鈦白粉和特殊專用鈦白粉等等。


鈦白粉應用
涂料:色彩鮮艷,遮蓋力高,著色力強,用量省,品種多,對介質的物理穩定性可起到保護作用,并能增強漆膜的機械強度和附著力,防止裂紋,防止紫外線和水分透過,延長漆膜壽命。


塑料:加入鈦白粉,作為著色劑使用,還可以提高塑料制品的耐熱、耐光、耐候性,使塑料制品的物理化學性能得到改善,增強制品的機械強度,延長使用壽命。


造紙:使紙張具有較好的白度,光澤好,強度高,薄而光滑,印刷時不穿透,質量輕。造紙用鈦白粉一般使用未經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。


油墨:含有鈦白粉的油墨耐久不變色,表面潤濕性好,易于分散。油墨行業所用的鈦白粉有金紅石型,也有銳鈦型。


橡膠:既作為著色劑,又具有補強、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,且伸展率大及耐酸堿。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時,常加入一定量的金紅石型產品,以增強其抗臭氧和抗紫外線能力。


化妝品:由于鈦白粉無毒,遠比鉛白優越,所以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、剃鬚膏和牙膏中往往也用鈦白粉。


紡織和化學纖維:化纖用鈦白粉主要作為消光劑。因銳鈦型比金紅石型軟,因此一般使用銳鈦型。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作用,避免纖維在二氧化鈦光催化的作用下降解,需進行表面處理。


為什么鈦白粉如此受歡迎?


鈦白粉的應用主要是其著色作用,優異的白度使之備受青睞!為什么呢?


1、在常用的白色顏料中,二氧化鈦的相對密度最小,同等質量的白色顏料中,二氧化鈦的表面積最大,顏料體積最高。


顏料名稱
相對密度/(g/cm3)
銳鈦型二氧化鈦
3.8~3.9
金紅石型二氧化鈦
4.2~4.3
板鈦型二氧化鈦
4.12~4.23
堿式碳酸鉛
6.8~6.9
硫酸鉛
6.4~6.6
氧化鋅
5.5~5.7
鋅鋇白
4.2~4.3
硫化鋅
4.0
2、在常用的白色顏料中,二氧化鈦的折射率最高,遮蓋力、著色力非常好。


常用的白色顏料折射率對比


白色顏料/填料
折射率
硅藻土
1.45
二氧化硅
1.41-1.49
碳酸鈣
1.63
重晶石
1.64
陶土(白土)
1.65
硅酸鎂
1.65
立德粉
1.84
氧化鋅
2.02
堿性碳酸白粉
1.94-2.09
氧化銻
2.09-2.29
硫化鋅
2.37
銳鈦型二氧化鈦
2.55
金紅石二氧化鈦
2.73
常見白色顏料遮蓋力的相對值


顏料名稱
遮蓋力相對值
金紅石型二氧化鈦
100
銳鈦型二氧化鈦
78
硫酸鋅
38
立德粉
18
氧化鋅
14
三氧化二銻
14
碳酸鉛
10
硫酸鉛
9
硅酸鉛
8
常用白色顏料折射率與著色力對比


顏料名稱
折射率
著色力(雷諾值)
金紅石型二氧化鈦
2.71
1650~1700
銳鈦型二氧化鈦
2.55
1200~1300
硫化鋅
2.37
660
鋅白
2.03
300
鉛白
1.99
300
立德粉
1.84
260
從以上表中數據對比,可以發現鈦白粉的遮蓋力、著色力是絕對的優異。


金紅石型與銳鈦型鈦白粉的比較


前文已經提及,鈦白粉按照晶體結構分為金紅石型(Rutile,簡稱R型)和銳鈦型(Anatase,簡稱A型)。他們的區別在哪里呢?
1、金紅石與銳鈦型鈦白粉的物性


物性
金紅石型
銳鈦型
結晶系
四方晶系
四方晶系
相對密度
3.9~4.2
3.8~4.1
折射率
2.76
2.55
莫氏硬度
6-7
5.5-6
電容率
114
31
熔點
1858
高溫時轉變為金紅石型
吸油度
16~48
18~30
著色強度
1650~1900
1200~1300
顆粒大小
0.2~0.3
0.3



2、金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉對比


金紅石型鈦白粉的晶型結構為菱形,折射率為2.75.銳鈦型鈦白粉的晶型結構為錐形,折射率為2.55。前面的折射率對比可知,金紅石型鈦白粉的折射率較高,因而也具有較高的著色力。如果以金紅石型鈦白粉的著色力為100%作為基準,實驗數據顯示銳鈦型鈦白粉的著色力僅為78-83%。所以金紅石型鈦白粉具有較高的著色力。在塑料、涂料著色時,使用金紅石型鈦白粉可降低添加量,或提高著色力。


在白色色光的色相方面,由于金紅石型鈦白粉在紫光區的反射率比較低,因此,金紅石型鈦白粉有偏黃色調。相對而言,銳鈦型鈦白粉,由于在紫光-紫外光區域內的反射率比較高,銳鈦型鈦白粉具有較純正的白色色光。


對白色色母粒及白色漿的用戶而言,金紅石型鈦白粉有偏黃色調是很不受歡迎的,給人的感覺是比較陳舊的。尤其對各類用于精細印刷的高品質包裝膜來說,偏黃底色將使精細印刷圖像的鮮艷度、層次感下降。許多廠家在生產白色母粒和白色漿的過程中加入藍色顏料進行調色,希望以藍色顏料的加入,補救金紅石型鈦白粉的偏黃底色問題。最常用的藍色顏料是群青。藍色顏料不能完全解決偏黃問題,隨著研究發現,金紅石鈦白粉分散度越高,其白度越高,偏黃色調就越低。


影響鈦白粉遮蓋力和白度的因素


1、鈦白粉中有害雜質的種類和含量,即使含量甚微,也會對白度產生明顯的影響,如鐵、鉻、鈷、鈰、銅、錳、釩、鉛等。雜質的有害影響,不僅由于混入雜質本身的顯色作用,而且由于雜質離子,尤其是重金屬離子的存在,使鈦白粉晶格曲線扭成變形失去對稱性而發生作用。金紅石型鈦白粉對雜質的影響更為敏感,如氧化鐵在金紅石型鈦白粉中的含量大于0.003%時,就會呈現色彩,而在銳鈦型鈦白粉中的含量要大于0.009%才會發生色彩反應。


2、鈦白粉顆粒的形狀、大小和粒度分布都會對白度產生影響。鈦白粉的顆粒形狀要求外形輪廓光滑,不帶棱角,因為帶棱角的表面會減弱對光的反射。粒子大小應控制在0.2~0.4μm之間。即相當于可見光的波長范圍(0.4~0.7μm)的一半,這樣才能獲得高的光散射能力,使其顏色顯得更白。其粒徑小于0.1μm時,晶體則是透明的;當粒徑太大時,即使產品中含有少量(0.1%~2%)粒徑為0.5μm以上的大粒子,就會降低顆粒對光的散射能力,就可能對顏料性能產生非常有害的影響。對于粒徑分布,則要求均勻,分布帶要狹窄。


3、鈦白粉的折射率是白色顏料中最高的。因此,從理論上來說,它的遮蓋力也是最高的。但是二氧化鈦顆粒大小、顆粒結構和分散程度影響其遮蓋力。在大于可見光半波波長的范圍內,粒徑越細,分散性越大,則遮蓋力越大。但它有一定的限度。當平均粒徑為0.2μm時,遮蓋力最大,小于可見光波長一半時,則由于晶體對光的透明性使遮蓋力反而下降。因此,粒徑過大過小都不好。


鈦白粉的生產工藝


鈦白粉生產工藝有兩種:硫酸法、氯化法。大部分為硫酸法生產,國內氯化法生產鈦白粉的廠家很少。兩者對比如下:



硫酸法
氯化法
原料
鈦精礦、酸融性鈦渣
人造(或天然)金紅石、高鈦渣
產品類型
銳鈦型,金紅石型
金紅石型
生產技術
應用時間長,資料完備,易于掌握并采用,但在水解和煅燒階段需進行精確控制以確保鈦白粉所需的最佳粒度。
技術較新,氯化氧化技術需很多技術訣竅,僅少數公司向外提供TiCL4氧化技術。
產品質量
可與氯化法鈦白媲美,通過工藝控制,完善包膜技術縮小了與氯化法產品的差距。
產品純度高,質量較好,但產品由于微量吸附氯和HCL,具有腐蝕性,在某些應用領域受限。
其他主要原材料
硫酸,煙氣、黃鐵礦、有色金屬冶煉副產品獲得通常都比較便宜,生產商的成本隨硫磺原料的價格波動而變化。
氯氣價格隨能耗成本和其生產燒堿的需用情況而變化。大部分氯氣可循環利用,但是對使用低品位原料配礦的公司,氯氣要多出10倍以上。
污染和廢物處理
以鈦鐵礦、高鈦渣為原料,一般每生產1噸鈦白粉產生8噸濃度為20%廢液,廢酸已有較好的濃縮回收和中和處理方式。
以金紅石為原料,廢物排放量低,但生產商要承擔廢物處理重任。使用低品位原料,每生產1噸鈦白粉可生產高達1.6噸含氯氣和鹽酸的FeCL3,目前采用深井填埋處理方式,對環境有危害。
工廠安全
主要危害來自于熱濃硫酸的處理,液體儲存較易,泄漏容易處理
來源于氯氣和高溫下的TiCL4氣體,氣體的泄漏對周圍環境危害嚴重,儲存要求高。
綜上所述,鈦白粉具有廣泛的使用價值,了解鈦白粉能更好的使用并發揮其性能。





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