钛白粉

　　钛白粉(titanium dioxide)，是一种重要的无机化工颜料，主要成分为二氧化钛。钛白粉的生产工艺有硫酸法和氯化法两种工艺路线。在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业中有重要用途。

　　1.物理特性

　　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。[3]

　　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]

　　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。[3]

　　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。[3]

　　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。

　　2.晶体结构

金红石型

　　二氧化钛在自然界有三种结晶形态：、和。板钛型属斜方晶系，是不稳定的晶型，在650℃以上即转化成金红石型，因此在工业上没有实用价值。锐钛型在常温下是稳定的，但在高温下要向金红石型转化。其转化强度视制造方法及煅烧过程中是否加有抑制或促进剂等条件有关。

　　一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化，超过730℃时转化得很快。金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射线图象也不同，锐钛型二氧化钛的衍射角位于25.5°，金红石型的衍射角位于27.5°。金红石型的晶体细长，呈棱形，通常是孪晶;而锐钛型一般近似规则的八面体。

　　金红石型比起锐钛型来说，由于其单位晶格由两个二氧化钛分子组成而锐钛型却是由四个二氧化钛分子组成，故其单位晶格较小且紧密，所以具有较大的稳定性和相对密度，因此具有较高的折射率和介电常数及较低的热传导性。

　　二氧化钛的三种同分异构体中只有金红石型最稳定，也只有金红石型可通过热转换获得。天然板钛矿在650℃以上即转换为金红石型，锐钛矿在915℃左右也能转变呈金红石型。

　　3.化学性能

　　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，这一性质使钛白粉既是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。如今世界上约有47%产能采用硫酸盐工艺，53%产能为氯化物工艺。

　　4.识别方法

物理方法：

钛白粉

　　最简单的方法是比较手感，假较滑，真钛白粉较涩。

　　水冲，手上沾点钛白粉，假的容易冲掉，真的不容易冲掉。

　　取一杯清水，丢钛白粉进去，浮上来的为真，沉淀下去的为假(如果是活化改性的产品就不灵)。

化学方法：

　　掺了轻钙或重钙：加入稀硫酸或盐酸，有气泡可以使澄清石灰水变浑浊，因为碳酸钙会与酸反应产生二氧化碳。

　　掺了立德粉：加入稀硫酸或盐酸，有臭鸡蛋气味。

　　做成乳胶漆，加铁红，颜色深，说明遮盖力差的为假或质量很差的钛白粉。

另外还有两个比较好的方法：

　　利用同样的PP+30%GF+5%PP-G-MAH+0.5%钛白粉，强度越低，钛白粉(金红石)越真。

　　选择一个透明树脂，比如透明ABS+0.5%的钛白粉，测量透光率，透光率越低，钛白粉越真。

　　5.生产工艺

　　钛白粉制造方法有两种：硫酸法(Sulphate Process)和氯化法(Chloride Process)。其中56%为氯化法产品，这种产品的70%以上又产自美国杜邦等钛白粉大厂，其他国家包括中国的钛白粉工厂仍以硫酸法为主。

1]硫酸法

　　将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛，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。

2]氯化法

　　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，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。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。

3]产品介绍

　　表一分析结果和物理性性质

　　TiO2(重量%,最小) 96

　　Al2O3(重量%,最小) 3.2

　　有机物处理 (重量%碳) 0.

　　比重 4.1

　　平均粒径 (微米) 0.23

　　吸油量 (克/100克) 14.0

　　PH (水性浆料) 6.5

　　电阻 (千欧.厘米,最小) 4

　　R-103的特殊蓝色相在用于象ABS那样的天然有色树脂时具有特别价值.与中性色相的钛白粉相比,最多可节省30%的用量就能使最终产品达到同样要求.

　　R-103独特的氧化铝表处理,使之具有优秀的抗褪色性:

　　R-103的挥发性能适用于所有的应用所用的加工工艺,除了高温聚乙烯淋膜和聚乙烯挤出涂膜.如果有上述要求,建议使用Ti-Pure R-101、R-104。

　　6.使用建议

　　Ti-Pure R-103是一种优秀的通用型钛白粉,它适用于所有树脂体系:

　　表二一性质般

　　遮盖力 高

　　色相 非常蓝

　　在下列物料中的分散性:

　　增塑PVC树脂 优

　　塑溶胶 一般

　　干混合工艺 好

　　熔融混合料 优

　　抗絮凝作用 非常好

　　抗褪色作用 优

　　耐候性 好

　　对于应用在那些要求高遮盖力,非常蓝的色相,优良的分散性和抗褪色性的聚烯烃或工程塑料中时,R-103是极其出色的.它的表面处理使其可用于铅盐稳定的PVC体系中,在外用场合也仅提供有限的粉化.

　　Ti-Pure R-103符合NSF国际标准,适合用于塑料管材.

　　杜邦Ti-Pure® R-104 是一种用氯化法制取的金红石型二氧化钛颜料。它专门设计为高颜料含量的热塑性色母料提供的熔融流动性。 R-104 兼具高着色力和蓝色相。在应用于高温挤出成型和淋膜产品时，具有优良的抗孔裂性。

　　杜邦Ti-Pure® R-104 主要设计用于塑料，特别适用于需要高浓度颜料的热塑性色母料，以及要求对熔融流动影响最小的产品系列。综合以下性质，使得杜邦Ti-Pure® R-104 对颜色配制极有价值。

　　7.质量标准

　　TiO2含量，%≥97

　　亮度，%≥95

　　消色力，≥100

　　105℃挥发物。%≤0.5

　　水悬浮物Ph6.0-8.0

　　吸油量，g/100g≤24

　　筛余物(0.045mm筛孔)，%≤0.05

　　水萃取液电阻率，Ω.m≥60

　　金红石含量，%≥97

　　包装：25公斤多层纸袋(内层塑料袋)，或1000公斤大型袋装。

　　8.替代品

　　为了解决价格高昂的成本，后来发明了高钛粉、立德粉、锻白粉等产品，但是综合性能不如钛白粉，运用较广的高钛粉能部分替代钛白粉。钛白粉的主要应用领域：涂料、塑料、油墨、造纸，其中涂料占60%，塑料占20%、造纸占14%，其它(含化妆品、化纤、电子、陶瓷、搪瓷、焊条、合金、玻璃等领域)占6%。

　　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。

　　1]性能特点：

　　白度高，遮盖力强。

　　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。

　　耐候性强。

　　与化妆品其他原料配伍性好。

　　2]用途

　　钛白粉被认为是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。

　　搪瓷行业是钛白粉的一个重要应用领域，搪瓷级钛白粉具有纯度高、白度好、颜色鲜、粒径均匀、很强的折射率和较高消色力，具有很强的乳浊度和不透明性，使涂搪后涂层薄、光滑和耐酸性强，在搪瓷制造工艺中能与其他材料混合均匀、不结块、易于熔制等优点。

　　陶瓷行业也是钛白粉的重要应用领域，陶瓷级钛白粉具有纯度高、粒度均匀、折射率高，有优良的耐高温性，在1200度高温条件下保持1小时不变灰的特性。不透明度高、涂层薄、重量轻，广泛应用于陶瓷、建筑、装饰等材料。

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