Титановые белила формула

Содержание:

Оксид титана(IV)
Общие
Систематическое
наименование
Диоксид титана
Хим. формула TiO2
Рац. формула TiO2
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 79,866 г/моль
Плотность (Р) 4,235 г/см³
(А) 4,05 г/см³
(Б) 4,1 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 1843 °C
Т. кип. 2972 °C
Т. разл. 2900 °C
Давление пара 0 ± 1 мм рт.ст. [1]
Классификация
Рег. номер CAS 13463-67-7
PubChem 26042
Рег. номер EINECS 236-675-5
SMILES
Кодекс Алиментариус E171
RTECS XR2775000
ChEBI 32234
ChemSpider 24256
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Оксид титана(IV) (диоксид титана, двуокись титана, титановые белила, пищевой краситель E171) TiO2 — амфотерный оксид четырёхвалентного титана. Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 % титановой руды) [2] .

Содержание

Строение [ править | править код ]

Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с тетрагональной сингонией (анатаз, рутил) и ромбической сингонией (брукит). Искусственно получены ещё две модификации высокого давления — ромбическая IV и гексагональная V.

Характеристики кристаллической решётки [3]

Модификация/Параметр Рутил Анатаз Брукит Ромбическая IV Гексагональная V
Параметры элементарной решётки, нм a 0,45929 0,3785 0,51447 0,4531 0,922
b 0,9184 0,5498
c 0,29591 0,9486 0,5145 0,4900 0,5685
Число формульных единиц в ячейке 2 4 8
Пространственная группа P4/mnm I4/amd Pbca Pbcn

При нагревании и анатаз, и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перехода соответственно 400—1000 °C и около 750 °C). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO6, то есть каждый ион Ti 4+ окружён шестью ионами O 2 − , а каждый ион O 2− окружён тремя ионами Ti 4+ .

Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трём октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в рутиле — 2.

Нахождение в природе [ править | править код ]

В чистом виде в природе встречается в виде минералов рутила, анатаза и брукита (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний — ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Третье в мире по запасам рутила месторождение находится в Рассказовском районе Тамбовской области. Крупные месторождения находятся также в Чили (Cerro Bianco), канадской провинции Квебек, Сьерра-Леоне.

Свойства [ править | править код ]

Физические, термодинамические свойства [ править | править код ]

Чистый диоксид титана — бесцветные кристаллы (желтеют при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением плавиковой).

  • Температура плавления для рутила — 1870 °C (по другим данным — 1850 °C, 1855 °C)
  • Температура кипения для рутила — 2500 °C.
  • Плотность при 20 °C:

для рутила 4,235 г/см³ [3] для анатаза 4,05 г/см³ [3] (3,95 г/см³ [4] ) для брукита 4,1 г/см³ [3]

  • Температура разложения для рутила 2900 °C [4]

Температура плавления, кипения и разложения для других модификаций не указана, так как они переходят в рутильную форму при нагревании (см. выше).

Средняя изобарная теплоёмкость C p (в Дж/(моль·К)) [5]

Модификация Интервал температуры, K
298—500 298—600 298—700 298—800 298—900 298—1000
рутил 60,71 62,39 63,76 64,92 65,95 66,89
анатаз 63,21 65,18 66,59 67,64 68,47 69,12
Термодинамические свойства [6]

Модификация ΔH°f, 298, кДж/моль [7] 298, Дж/моль/K [8] ΔG°f, 298, кДж/моль [9] p, 298, Дж/моль/K [10] ΔHпл., кДж/моль [11]
рутил -944,75 (-943,9 [4] ) 50,33 -889,49 (-888,6 [4] ) 55,04 (55,02 [4] ) 67
анатаз -933,03 (938,6 [4] ) 49,92 -877,65 (-888,3 [4] ) 55,21 (55,48 [4] ) 58

Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость (абразивность), показатель преломления (2,55 — у анатаза и 2,7 — у рутила), диэлектрическая постоянная.

Химические свойства [ править | править код ]

Диоксид титана амфотерен, то есть проявляет как осно́вные, так и кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными кислотами).

Медленно растворяется в концентрированной серной кислоте, образуя соответствующие соли четырёхвалентного титана:

T i O 2 + 2 H 2 S O 4 → T i ( S O 4 ) 2 + 2 H 2 O +2H_<2>SO_<4>
ightarrow Ti(SO_<4>)_<2>+2H_<2>O>>>

При сплавлении с оксидами, гидроксидами, карбонатами образуются титанаты — соли титановой кислоты (амфотерного гидроксида титана TiO(OH)2)

T i O 2 + B a O → B a T i O 3 +BaO
ightarrow BaTiO_<3>>>> T i O 2 + 2 N a O H → N a 2 T i O 3 + H 2 O <2>+2NaOH
ightarrow Na_<2>TiO_<3>+H_<2>O>>> T i O 2 + K 2 C O 3 → K 2 T i O 3 + C O 2 <2>+K_<2>CO_<3>
ightarrow K_<2>TiO_<3>+CO_<2>>>>

T i O 2 + 2 H 2 O 2 → H 4 T i O 4 + O 2 +2H_<2>O_<2>
ightarrow H_<4>TiO_<4>+O_<2>>>>

4 T i O 2 + 4 N H 3 → 4 T i N + 6 H 2 O + O 2 +4NH_<3>
ightarrow 4TiN+6H_<2>O+O_<2>>>>

При нагревании восстанавливается углеродом и активными металлами (Mg, Ca, Na) до низших оксидов.

При нагревании с хлором в присутствии восстановителей (углерода) образует тетрахлорид титана.

Нагревание до 2200 °C приводит сначала к отщеплению кислорода с образованием синего Ti3O5 (то есть TiO2·Ti2O3), а затем и тёмно-фиолетового Ti2O3.

Гидратированный диоксид TiO2·nH2O [гидроксид титана(IV), оксо-гидрат титана, оксогидроксид титана] в зависимости от условий получения может содержать переменные количества связанных с Ti групп ОН, структурную воду, кислотные остатки и адсорбированные катионы. Полученный на холоде свежеосажденный TiO2·nH2O хорошо растворяется в разбавленных минеральных и сильных органических кислотах, но почти не растворяется в растворах щелочей. Легко пептизируется с образованием устойчивых коллоидных растворов.

При высушивании на воздухе образует объёмистый белый порошок плотностью 2,6 г/см³, приближающийся по составу к формуле TiO2·2H2O (ортотитановая кислота). При нагревании и длительной сушке в вакууме постепенно обезвоживается, приближаясь по составу к формуле TiO2·H2O (метатитановая кислота). Осадки такого состава получаются при осаждении из горячих растворов, при взаимодействии металлического титана с HNO3 и т. п. Их плотность

3,2 г/см³ и выше. Они практически не растворяются в разбавленных кислотах, не способны пептизироваться.

При старении осадки TiO2·nH2O постепенно превращается в безводный диоксид, удерживающий в связанном состоянии адсорбированные катионы и анионы. Старение ускоряется кипячением суспензии с водой. Структура образующегося при старении TiO2 определяется условиями осаждения. При осаждении аммиаком из солянокислых растворов при рН Токсические свойства, физиологическое действие, опасные свойства [ править | править код ]

При вдыхании [ править | править код ]

TLV (предельная допустимая концентрация): как TWA (средневзвешенная во времени концентрация, США) — 10 мг/м³ A4 (ACGIH 2001).

ПДК в воздухе рабочей зоны — 10 мг/м³ (1998)

IARC (МАИР) относит оксид титана к группе 2B [en] (потенциально канцерогенный) в случае вдыхания наночастиц [12] .

В качестве пищевой добавки E171 [ править | править код ]

Оценки безопасности пищевой добавки E171 (Оксид титана) со стороны EFSA: разрешен к пищевому применению директивой 94/36/EEC (в отдельных формах) [13] , ADI не установлен, MoS 2250 мг/кг [14] .

Читайте также:  Капли зеленина показания к применению при тахикардии

В конце 2010-х появилось несколько публикаций INRA об исследовании оксида титана на мышах или на малом числе пациентов. Агентство EFSA направило авторам статей ряд вопросов [15] и не нашло причин для переоценки рисков на основании данных публикаций, остается в силе мнение 2016 года [16] [17] .

В США по данным FDA допускается использование красителя – пищевой добавки E171 (Оксид титана) в пищевых продуктах (на уровне не более 1% по массе), в косметике, в составе лекарственных препаратов [18] , что подтверждается CFR Title 21 (Food and Drugs) Chapter I Subchapter A Part 73 (LISTING OF COLOR ADDITIVES EXEMPT FROM CERTIFICATION) – §73.575 Titanium diox >[19]

По данным Роспотребнадзора пищевая добавка E171 разрешена для применения на территории России [20]

Добыча и производство [ править | править код ]

Мировое производство диоксида титана на конец 2004 года достигло приблизительно 5 миллионов тонн [21] .

Основные производители и экспортёры диоксида титана:

В последние годы чрезвычайно быстро растет производство диоксида титана в Китае.

Сумской государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технологиям получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Существуют два основных промышленных метода получения TiO2: из ильменитового (FeTiO3) концентрата и из тетрахлорида титана. Поскольку запасов ильменита для удовлетворения нужд промышленности явно недостаточно, значительная часть TiO2 производится именно из тетрахлорида титана.

Производство диоксида титана из ильменитового концентрата [ править | править код ]

Первый завод по производству титановых белил из природного титанового минерала ильменита FeTiO3 был построен в Норвегии в 1918 г., однако первые промышленные партии белил имели жёлтый цвет и плохо подходили для живописи, так что фактически белые титановые белила стали использоваться художниками лишь в 1922—1925 гг. При этом следует указать, что до 1925 г. были доступны лишь композитные титановые пигменты на базе барита или кальцита.

До 1940-х гг. двуокись титана выпускалась в кристаллической модификации — анатаз (β-TiO2) тетрогональной сингонии с показателем преломления

Технология производства состоит из трёх этапов:

  • получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа (II) и (III), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных вакуум-фильтрах отделяют растворов сульфтов от шлама. Сульфат железа(II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе.
  • гидролиз раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят осаждая Ti(OH)4 из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe 3+ , именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.) можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.
  • термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки (такие, как оксид цинка, хлорид титана и используя другие методы можно провести рутилизацию (то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию). Для термообработки используют вращающиеся барабанные печи длиной 40—60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также диоксид серы.

Производство диоксида титана из тетрахлорида титана [ править | править код ]

В 1938—1939 гг. способ производства изменился — появился так называемый хлорный метод производства белил из тетрахлорида титана, благодаря чему титановые белила стали выпускаться в кристаллической модификации рутил (α-TiO2) — также тетрагональной сингонии, но с другими параметрами решётки и несколько бо́льшим по сравнению с анатазом показателем преломления 2,61.

Существуют три основных метода получения диоксида титана из его тетрахлорида:

  • гидролиз водных растворов тетрахлорида титана (с последующей термообработкой осадка)
  • парофазный гидролиз тетрахлорида титана (основан на взаимодействии паров тетрахлорида титана с парами воды)при 400 °C.
  • термообработка тетрахлорида (сжигание в токе кислорода)Процесс обычно ведётся при температуре 900—1000 °C

Применение [ править | править код ]

Основные применения диоксида титана:

  • производство лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил — 57 % от всего потребления [21] (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.)
  • производство пластмасс — 21 % [21]
  • производство ламинированной бумаги — 14 % [21]
  • производство декоративной косметики
  • производство огнеупорной бумаги [22]
  • фотокаталитические бетоны
Мировые мощности по производству пигментов на основе диоксида титана (тыс. тонн/год) [23]

2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г.
Америка 1730 1730 1730 1680
Запад. Европа 1440 1470 1480 1480
Япония 340 340 320 320
Австралия 180 200 200 200
Прочие страны 690 740 1200 1400
Всего 4380 4480 4930 5080

Другие применения — в производстве резиновых изделий, стекольном производстве (термостойкое и оптическое стекло), как огнеупор (обмазка сварочных электродов и покрытий литейных форм), в косметических средствах (мыло и т. д.), в фармакологической промышленности в качестве пигмента и наполнителя некоторых лекарственных форм (таблетки и т.д.), в пищевой промышленности (пищевая добавка E171). Используется в процессах очистки воздуха методом фотокатализа.

Ведутся исследования по использованию диоксида титана в фотохимических батареях — ячейках Гретцеля, в которых диоксид титана, являющийся полупроводником с широкой запрещенной зоной 3-3,2 эВ (в зависимости от кристаллической фазы) и развитой поверхностью, сенсибилизируется органическими красителями [24] .

Подделки [ править | править код ]

Диоксид титана — ценный белый пигмент, не меняющий цвета со временем, в отличие от аналогичного пигмента оксида цинка, в связи с этим существует проблема фальсификации. Способом быстрого выявления фальсификации титановых белил цинковыми, в том числе, в составе красок, является нагрев исследуемого образца: оксид цинка обладает свойством желтеть при нагреве, а диоксид титана при нагреве не желтеет.

Цены и рынок [ править | править код ]

Цены на диоксид титана отличаются в зависимости от степени чистоты и марки. Так, особо чистый (99,999 %) диоксид титана в рутильной и анатазной форме стоил в сентябре 2006 года 0,5—1 доллара за грамм (в зависимости от размера покупки), а технический диоксид титана — 2,2—4,8 доллара за килограмм в зависимости от марки и объёма покупки.

Диоксид титана – белый пигмент (вещество белого цвета), с температурой плавления 1870 °С, не растворим в воде и кислотах. При нагревании окрашивается в желтый цвет, исчезающий после охлаждения.

Свойства белого пигмента

Основные свойства диоксида титана:

  • высокая разбеливающая способность;
  • хорошая совместимость с любым пленкообразователем;
  • хорошая укрывистость;
  • высокая атмосферо- и влагостойкость;
  • нетоксичность;
  • химическая стойкость.

Эти свойства обусловили сферы его основного применения.

Основные области применения диоксида титана:

  • производство лакокрасочных материалов;
  • производство пластмасс;
  • производство резино-технических изделий (РТИ);
  • производство бумаги;
  • производство химических волокон и другое.

Большая часть производимого в мире диоксида титана (59%) используется при получении лакокрасочной продукции. Это основной белый пигмент, позволяющий не только получать покрытия разнообразной цветовой гаммы, но и значительно улучшать их свойства.

По своим свойствам в качестве пигмента и наполнителя диоксид титана значительно превосходит цинковые белила, сульфид цинка, литопон. Поэтому среди общего ассортимента применяемых пигментов на его долю приходится 90%.

Читайте также:  Клиника гельминтозов у взрослых

Белый пигмент довольно дорог и его доля в общей стоимости лакокрасочных материалов (ЛКМ) достигает 10-25%. Поэтому все изготовители лакокрасочной продукции стремятся по возможности сократить использование диоксида титана в рецептурах ЛКМ путем его частичной замены более дешевыми аналогами.

Однако диоксид титана не имеет альтернативы в потреблении этого важнейшего компонента лакокрасочных рецептур.

Диоксид титана является наиболее распространенным белым пигментом в лакокрасочной промышленности. Он находит широкое применение в производстве полиграфических красок, пластических масс, линолеума, резины и других материалов; используется для матирования синтетических и искусственных волокон, в радиотехнической и электронной промышленности, а также во многих других областях народного хозяйства.

Непигментные сорта диоксида титана, содержащие незначительное количество примесей и для которых не существенны пигментные свойства, применяются в производстве различных титансодержащих сплавов (марки «специальная» и «легированная»), электродов (марки Т-Э), силикатных эмалей (марки ТСЭ), специальных сортов стекол (марки А-Н).

Нано диоксид титана

Последние годы отмечены быстро растущим спросом на новый вид продукции — высокочистый нанодиоксид титана, который обладает уникальными фотокаталитическими свойствами и имеет широкие возможности применения в солнечных батареях. Использование нанопорошков диоксида титана снижает стоимость 1 кВт•ч в 5 раз по сравнению с аналогами на основе кремниевых полупроводниковых материалов.

Кроме того, нанодиоксид применяют в космической отрасли и производстве специальных пластмасс для защиты от ультрафиолетового излучения, при изготовлении самоочищающихся стекол, фотокатализаторов, электрохромных дисплеев. Способ получения нанодисперсного диоксида титана основан на низкотемпературном (200–500 °С) сжигании очищенного тетрахлорида титана в присутствии катализатора в паровой фазе. В зависимости от условий процесса получают рентгеноаморфный, анатазный или рутильный TiO2. Экспериментальные образцы такого продукта имеют частицы размером от 10 до 20 нм.

Цветные титановые пигменты

Цветные титановые пигменты являются новым продуктом на рынке титановой продукции, однако благодаря своим высокотехнологичным свойствам для данного вида пигментов имеется достаточно устойчивый и широкий рынок. Пигмент отличается высокими показателями укрывистости, атмосферостойкости, цветостойкости, имеет устойчивую окраску светло-кирпичных, коричневато-желтых и бежевых тонов, не содержит токсичных компонентов, может полностью или частично заменить диоксид титана в масляных красках и эмалях соответствующих цветов или использоваться в качестве самостоятельного пигмента-наполнителя.

Двуокись титана пигментная

Пигментная двуокись титана (ГОСТ 9808-84) – синтетический неорганический пигмент белого цвета, анатазной и рутильной форм, получаемый гидролизом растворов сернокислого титана с последующим прокаливанием гидратированной двуокиси титана.

В зависимости от кристаллической структуры выпускают две формы двуокиси титана: Р – рутильная и А – анатазная. При наличии поверхностной обработки в условной обозначение марки добавляется индекс «0». В зависимости от области применения двуокись титана изготовляют следующих марок: Р-1, Р-02, Р-03, Р-04, Р-05; А-1, А-2, А-01, А-02. Пигментная двуокись титана марки Р-02 предназначается для производства лакокрасочных материалов, в том числе вододисперсионных, с хорошей атмосферостойкостью; пластмасс; искусственных кож; пленочных метериалов.

Пигментная двуокись титана пожаро- и взрывобезопасна, по степени воздействия на организм относится к веществам 4-го класса опасности.

Пигментную двуокись титана хранят в закрытых складских помещениях при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 40 °С. Не допускается хранение в упакованном виде на площадках или под навесом. Допускается хранение продукта, упакованного в мягкие специализированные контейнеры, на открытых площадках. При хранении тару укладывают в штабели высотой не более 3 м на подкладки или деревянные поддоны.

Высокочистый диоксид титана используется в электронной промышленности для производства титанитов ультравысокого качества для поглощения ультрафиолетовых лучей, светочувствительный диоксид титана — для цветного копирования.

Применение диоксид титана

Наиболее важное значение из всех неорганических пигментов имеют белые. За рубежом основным белым пигментом является диоксид титана. По оценкам зарубежных экспертов, в настоящее время его доля в суммарном потреблении неорганических пигментов составляет 65-70%, а в потреблении белых пигментов – более 90%.

Ведущая роль диоксида титана в группе белых пигментов обусловлена высоким уровнем свойств, характеризующих этот продукт, – способность диспергироваться, тепло- и химическая стойкость, разбеливающая способность, атмосферостойкость, коэффициент преломления и др.

В качестве пигмента диоксид титана используется в лакокрасочной и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности, в производствах пластмасс и резинотехнических изделий.

Диоксид титана – универсальный отбеливатель для применения в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

Применение в пищевой промышленности: для отбеливания всех сортов рыбного фарша, филе, полуфабрикатов, сурими, паштетов и других продуктов. Диоксид титана так же широко применяется в кондитерской промышленности для придания белизны сахарной глазури, конфетам.

Перечень других областей применения приведен ниже:

  • непрозрачный агент;
  • косметическое производство;
  • радиоактивное обезвреживание кожи;
  • производство стекла и керамики;
  • эмалевые фритты;
  • матирование синтетических волокон;
  • печатные краски;
  • сварочные стержни;
  • высокотемпературные датчики (единичные кристаллы TiO2).

В косметическом производстве используется высокоочищенный и тонкодисперсный диоксид титана, обладающий способностью отражать УФ-лучи.

Таблица. Классификация пигментов по природе происхождения.

Пигменты
Минеральные Органические Металлические порошки
Природные Искусственные
Мел, Известь, Каолин, Охра, Мумия, Умбра, Сурик железный, Перекись марганца, Графит Белила цинковые, Белила титановые, Белила свинцовые, Литопон сухой, Крон цинковый, Умбра жженая, Сажа малярная, Зелень цинковая, Оксид хрома, Лазурь малярная Пигмент желтый, Пигмент алый, Пигмент красный, Пигмент голубой, , Киноварь икусственная Пудра алюминиевая, Пыль цинковая, Бронза золотистая

Статьи по теме

Голубые пигменты

Многие соли металлов, так же как и оксиды, являются пиг­ментами художественных красок. Карбонат и сульфат кальция в виде мела, толченого известняка и гипса обычно используются для изготовления основы живописи — грунта.

Основные пигменты

Название элемента хрома происходит от греческого слова «хром», что означает «цвет», «краска». Оксид хрома – лишь одно из ярко окрашенных соединений элемента № 24.

Ситовой анализ

СИТОВЫЙ АНАЛИЗ (а. size analysis; н. Kornanalyse; ф. analyse par tamisage; и. analisis granulometriсо) — определение гранулометрического состава измельчённых материалов просеиванием через набор стандартных сит с отверстиями разных размеров.

Антикоррозионные средства

Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.

Окрашивание пигментами

Пигменты полидисперсны; гранулометрии, (дисперсионный) состав их оказывает большое влияние на оптич. и технико-эко-номич. характеристики.

Железоокисные пигменты

Железоокисные пигменты представляют собой оксиды железа, которые встречаются в природе в минералах. Они являются основным компонентом красных глин и обеспечивают красно-коричневую окраску горных пород.

Красящие пигменты

Сегодня лакокрасочная продукция является достаточно распространенной. Она предназначена не только для нанесения декоративного слоя на различные виды поверхностей, но и для защиты отдельных видов материалов от появления ржавчины или коррозии.

В природе встречается в виде минерала «рутил» радикально черного цвета. Диоксид титана в природе существует в трех кристаллических модификациях: брукит, анатаз и рутил. Наиболее свето- и атмосферостойка рутильная форма.

Другие титансодержащие минералы (сфен, перовскит, лопарит, всего более 60) не нашли пока промышленного применения. В чистом виде титановые минералы встречаются редко, обычно они существуют в виде комплексных руд.

Природный рутил почти всегда содержит небольшие примеси Fe, Nb, Та, Sn. Иногда в состав пигмента вводят органические вещества. Модифицирование солями кремния, алюминия, цинка увеличивает гидрофильносгь поверхности, а модификация жирными кислотами, алифатическими аминами, солями четвертичных аммониевых оснований и особенно кремнийорганическими соединениями гидрофобизируют поверхность.

Подбирая для каждого вида систем свои модификаторы, получают марки пигментного диоксида титана различного назначения.

Двуокись титана была синтезирована в 1821 году (хотя соединение ТЮ2 впервые выделил в 1791 году английский химик и минералог Умльям Грегор и назвал «менакипом», считая его новым элементом № 22). Как пигмент для красок двуокись титана впервые была использована в 1870 году, но лишь в начале XX века соединения титана получили промышленное применение. Производство синтетического продукта осуществлено в 1909 г. в Норвегии и в США под названием титановая белая Кроноса. Тогда пигмент содержал лишь около 25% TiCb, остальное – сульфат бария. С 1924 г. производился в Германии под названием титановая белая Дега и тоже содержал значительные количества сульфата бария. До 1938 г. оксид титана получали в форме анатаза, а затем – в форме рутила, пигмент был плохо очищен, желтел на масле и почти всегда содержал значительные количества (до 70%) окиси цинка и сульфата бария. В XX веке выпускались краски на основе титано-кальциевых белил, содержащих 25 – 30% двуокиси титана.

Читайте также:  Виды мастопатии молочных желез

TiCb химически инертен, нерастворим в полимерах и жаростоек в наиболее жестких условиях производства полимерных изделий. Чистый диоксид титана (TiCb) – это бесцветные кристаллы, которые желтеют при нагревании, но обесцвечиваются после охлаждения. Существует несколько модификаций кристаллической структуры, рутил (тетрагональный), анатаз (тетрагональный), и брукит (ромбический). Известны также две модификации, полученные в результате кристаллизации при высоком давлении – с ромбической и гексагональной сингонией. При нагревании анатаз и брукит необратимо превращаются в рутил, при 400 – 1000°С и 750°С соответственно.

TiCb является фоточувствительным материалом (вследствие выделения и обратного поглощения малых количеств кислорода), особенность которого состоит в возможности взаимодействия со светом. Если говорить более точно, частички дисперсии, добавленные в объем полимера или в поверхностный слой, эффективно рассеивают видимое излучение, что приводит к непрозрачности полимера, а также поглощают УФ, защищая полимер от фотодеструкции.

Одним из важных свойств диоксида титана является защита полимеров и различных поверхностей от фотодеструкции. В случае ТЮ2 это большей частью достигается способностью рассеивать излучение. Рассеивающая способность – это способность пигмента к отражению света видимой части спектра определенных длин волн. Этот показатель у диоксида титана напрямую зависит от диаметра частиц ТЮ2. При размере частиц 0,2 мкм сумма рассеянного света для всех длин волн максимальна. При увеличении размера частицы от 0,25 до 0,30 мкм рассеивание голубого света быстро снижается. Но рассеивание зеленого и красного практически не меняется. Тем не менее, при диаметре частиц 0,15 мкм наблюдается максимальное рассеивание синего цвета, в то время как рассеивание красного и зеленого цветов значительно ниже.

Для промышленных целей двуокись титана доступна в двух кристаллических формах – анатазной и рутильной. Для производства диоксида титана используются два технологических процесса: сульфатный (внедрен в промышленность в 1931 г.) и хлоридный (1950 г.). Хлоридный метод позволяет достичь максимальных показателей белизны и блеска, а также осуществлять четкий контроль размера частиц.

Сульфатный метод – гидролиз растворов сернокислого титана с последующим прокаливанием метатитановой кислоты. Получается анатазная форма, для получения рутильной формы применяют специальные добавки.

Хлоридный метод – гидролиз или сжигание четыреххлористого титана в парообразном состоянии. В этом случае всегда получается рутильная форма.

Исходные соли титана получают при обработке серной кислотой или хлорировании ильменита (FeTiOj) и реже рутила и титансодержащих шлаков. Из-за близости ионных радиусов и энергетических потенциалов титана и ряда других распространенных элементов, особенно железа и магния, в минералах происходит взаимное замещение этих элементов. Так ильменит образует изоморфную смесь с гематитом РегОз – гематитоильменит с содержанием двуокиси титана около 25%. Ильменитовые, титаномагнетитовые, гематитоильменитовые и железотитановые руды являются основным сырьем для производства диоксида титана.

Рутильные пигменты наиболее предпочтительны, чем анатазные, по причине более эффективного рассеивания света, большей стабильности и меньшей каталитической фотодеструкции.

Поверхностная обработка частиц двуокиси улучшает некоторые свойства ТЮ2, такие как диспергируемость, устойчивость к погодным условиям или сопротивляемость обесцвечиванию. Анатазная форма обладает высокой фотохимической активностью. Для снижения фотохимической активности проводят закрытие активных центров поверхности ТЮ2 гидроксидами кремния, алюминия, цинка. Кроме того, как правило, поверхность модифицируют для придания специальных свойств. Модифицирование солями кремния, алюминия, цинка увеличивает гидрофильность поверхности, а модификация жирными кислотами, алифатическими аминами, солями четвертичных аммониевых оснований и особенно кремнийорганическими соединениями гидрофобизируют поверхность. Обработка неорганическими веществами (AI2O3, Si02) увеличивает стойкость диоксида титана к кислотному воздействию и уменьшает слеживаемость пигмента.

Диоксид титана выпускается в виде белого порошка. Форма частиц двуокиси титана близка к сферической. Содержание самого диоксида титана в выпускаемых продуктах составляет 90 – 98%, остальное – это вводимые при синтезе добавки для облегчения кристаллизации – ZnO, А120з, 8ЬгОз, MgO, SiCh, фосфаты, сульфаты и другие неорганические и органические вещества. В ряде случаев ТЮг применяется как самостоятельный пигмент, но иногда используется в смеси с бланфиксом, цинковыми белилами, фосфатами бария и кальция и другими или фальсифицируется (разбавляется) малоукрывистыми белыми наполнителями (каолин, мел, тальк).

Химически, атмосферо- и термостойкий пигмент. Диоксид титана совместим с любыми другими пигментами, пленкообразующими веществами и наполнителями. Диоксид титана не ядовит, химически инертен, нерастворим в воде, растворы щелочей действуют на двуокись титана лишь при нагревании под высоким давлением. Не образует мыла с жирными кислотами связующего. Незначительно растворяется в щелочах, органических и минеральных кислотах, полностью растворяется при длительном кипячении в смеси концентрированной серной кислоты с сульфатом аммония, растворяется в расплавленных фосфатах, буре, кремнеземе. Нерастворим в разбавленных кислотах (кроме плавиковой) и разбавленных щелочах. Медленно растворяется в концентрированной H2SO4, концентрированных растворах щелочей, насыщенном растворе КНСО3. При нагревании с NH3 образует TiN.

Диоксид титана не изменяет свой цвет при действии сероводорода и атмосферных газов, термостоек при 1100 – 1200°С в вакууме, в атмосфере азота частично отщепляет кислород и окрашивается в синий цвет. Со временем титановые белила могут приобретать голубой оттенок или обесцвечиваться в смесях с органическими пигментами.

ТЮг под действием солнечного света имеет склонность к мелению. Во избежание этого для изготовления краски титановые белила иногда применяют в смеси с цинковыми белилами, а также в тройном сочетании с баритовыми белилами. Высокая кроющая способность и интенсивность TiCb позволяют использовать ее в смеси с большим количеством (от 25 до 70% от массы смеси) наполнителя (тальк, бланфикс, ангидрит, каолин, мел), который сильно уменьшает меление покрытий.

Не рекомендуется смешивать с лазурью, кобальтом, кадмиями (желтый, красный). При смешении с другими пигментами может давать эффект «меловой вуали» (разбеливание) – эффект, который живописцы называют «мыльный». Пигменты с использованием титановых белил не рекомендуется покрывать масляными копаловыми лаками по причине их сильного потемнения.

При очень высоких температурах (1200 – 1300°С) диоксид необратимо окрашивается в серожелтый или темно-коричневый цвет. Температура плавления диоксида титана 1840+10°С.

В результате циклического восстановления и окисления диоксида под действием света, воздуха и влаги связующее непрерывно окисляется (разрушается), при этом покрытие теряет блеск и начинает мелить (появляется белый нестойкий налет на поверхности лакокрасочной пленки).

Тонкое измельчение и поверхностная обработка (гидратом окиси алюминия, кремневой кислотой, фосфатом алюминия, органическими активными веществами) значительно повышают пигментные свойства диоксида титана. Диоксид титана (главным образом в рутильной форме) очень широко используют для приготовления всех видов красок и эмалей, в т.ч. художественных и детских.

Примеси некоторых металлов, попадающие в двуокись титана при прокаливании, искажают параметры кристаллической решетки и способствуют появлению следующих оттенков.

Содержание примеси, г/1 г ТЮ2

“>

Якутина Светлана
Якутина Светлана
Эксперт проекта ProSosudi.ru
Статья помогла вам?
Дайте нам об этом знать - поставьте оценку
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *