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钛白粉是什么?为什么钛白粉如此受欢迎?
2017-10-25         





钛白粉、钛白、二氧化钛等经常被提及,涂料、化纤、造纸、塑料、油墨、搪瓷、电焊条、冶金、电子工业、日用品工业等均有其身影。钛白粉是什么?为什么钛白粉如此受欢迎?


何为钛白粉?


钛白粉是二氧化钛( Titamium Dioxide)的商品名称,俗称钛白。它有金红石型(Rutile R型)和锐钛型(Auatase A型)二种结构,金红石晶体结构致密,比较稳定,光学活性小,因而耐候性好,同时有较高的遮盖力,消色力,因而有更好的应用性能,获得更为广泛的应用。


按生产工艺路线分为硫酸法钛白粉、氯化法钛白粉;按结晶形态分为锐钛型和金红石型二大类;按使用对象分为颜料钛白粉和特殊专用钛白粉等等。


钛白粉应用
涂料:色彩鲜艳,遮盖力高,着色力强,用量省,品种多,对介质的物理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:加入钛白粉,作为着色剂使用,还可以提高塑料制品的耐热、耐光、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: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。


油墨: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。


橡胶: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,且伸展率大及耐酸碱。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时,常加入一定量的金红石型产品,以增强其抗臭氧和抗紫外线能力。


化妆品:由于钛白粉无毒,远比铅白优越,所以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、剃鬚膏和牙膏中往往也用钛白粉。


纺织和化学纤维:化纤用钛白粉主要作为消光剂。因锐钛型比金红石型软,因此一般使用锐钛型。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。


为什么钛白粉如此受欢迎?


钛白粉的应用主要是其着色作用,优异的白度使之备受青睐!为什么呢?


1、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。


颜料名称
相对密度/(g/cm3)
锐钛型二氧化钛
3.8~3.9
金红石型二氧化钛
4.2~4.3
板钛型二氧化钛
4.12~4.23
碱式碳酸铅
6.8~6.9
硫酸铅
6.4~6.6
氧化锌
5.5~5.7
锌钡白
4.2~4.3
硫化锌
4.0
2、在常用的白色颜料中,二氧化钛的折射率最高,遮盖力、着色力非常好。


常用的白色颜料折射率对比


白色颜料/填料
折射率
硅藻土
1.45
二氧化硅
1.41-1.49
碳酸钙
1.63
重晶石
1.64
陶土(白土)
1.65
硅酸镁
1.65
立德粉
1.84
氧化锌
2.02
碱性碳酸白粉
1.94-2.09
氧化锑
2.09-2.29
硫化锌
2.37
锐钛型二氧化钛
2.55
金红石二氧化钛
2.73
常见白色颜料遮盖力的相对值


颜料名称
遮盖力相对值
金红石型二氧化钛
100
锐钛型二氧化钛
78
硫酸锌
38
立德粉
18
氧化锌
14
三氧化二锑
14
碳酸铅
10
硫酸铅
9
硅酸铅
8
常用白色颜料折射率与着色力对比


颜料名称
折射率
着色力(雷诺值)
金红石型二氧化钛
2.71
1650~1700
锐钛型二氧化钛
2.55
1200~1300
硫化锌
2.37
660
锌白
2.03
300
铅白
1.99
300
立德粉
1.84
260
从以上表中数据对比,可以发现钛白粉的遮盖力、着色力是绝对的优异。


金红石型与锐钛型钛白粉的比较


前文已经提及,钛白粉按照晶体结构分为金红石型(Rutile,简称R型)和锐钛型(Anatase,简称A型)。他们的区别在哪里呢?
1、金红石与锐钛型钛白粉的物性


物性
金红石型
锐钛型
结晶系
四方晶系
四方晶系
相对密度
3.9~4.2
3.8~4.1
折射率
2.76
2.55
莫氏硬度
6-7
5.5-6
电容率
114
31
熔点
1858
高温时转变为金红石型
吸油度
16~48
18~30
着色强度
1650~1900
1200~1300
颗粒大小
0.2~0.3
0.3



2、金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉对比


金红石型钛白粉的晶型结构为菱形,折射率为2.75.锐钛型钛白粉的晶型结构为锥形,折射率为2.55。前面的折射率对比可知,金红石型钛白粉的折射率较高,因而也具有较高的着色力。如果以金红石型钛白粉的着色力为100%作为基准,实验数据显示锐钛型钛白粉的着色力仅为78-83%。所以金红石型钛白粉具有较高的着色力。在塑料、涂料着色时,使用金红石型钛白粉可降低添加量,或提高着色力。


在白色色光的色相方面,由于金红石型钛白粉在紫光区的反射率比较低,因此,金红石型钛白粉有偏黄色调。相对而言,锐钛型钛白粉,由于在紫光-紫外光区域内的反射率比较高,锐钛型钛白粉具有较纯正的白色色光。


对白色色母粒及白色浆的用户而言,金红石型钛白粉有偏黄色调是很不受欢迎的,给人的感觉是比较陈旧的。尤其对各类用于精细印刷的高品质包装膜来说,偏黄底色将使精细印刷图像的鲜艳度、层次感下降。许多厂家在生产白色母粒和白色浆的过程中加入蓝色颜料进行调色,希望以蓝色颜料的加入,补救金红石型钛白粉的偏黄底色问题。最常用的蓝色颜料是群青。蓝色颜料不能完全解决偏黄问题,随着研究发现,金红石钛白粉分散度越高,其白度越高,偏黄色调就越低。


影响钛白粉遮盖力和白度的因素


1、钛白粉中有害杂质的种类和含量,即使含量甚微,也会对白度产生明显的影响,如铁、铬、钴、铈、铜、锰、钒、铅等。杂质的有害影响,不仅由于混入杂质本身的显色作用,而且由于杂质离子,尤其是重金属离子的存在,使钛白粉晶格曲线扭成变形失去对称性而发生作用。金红石型钛白粉对杂质的影响更为敏感,如氧化铁在金红石型钛白粉中的含量大于0.003%时,就会呈现色彩,而在锐钛型钛白粉中的含量要大于0.009%才会发生色彩反应。


2、钛白粉颗粒的形状、大小和粒度分布都会对白度产生影响。钛白粉的颗粒形状要求外形轮廓光滑,不带棱角,因为带棱角的表面会减弱对光的反射。粒子大小应控制在0.2~0.4μm之间。即相当于可见光的波长范围(0.4~0.7μm)的一半,这样才能获得高的光散射能力,使其颜色显得更白。其粒径小于0.1μm时,晶体则是透明的;当粒径太大时,即使产品中含有少量(0.1%~2%)粒径为0.5μm以上的大粒子,就会降低颗粒对光的散射能力,就可能对颜料性能产生非常有害的影响。对于粒径分布,则要求均匀,分布带要狭窄。


3、钛白粉的折射率是白色颜料中最高的。因此,从理论上来说,它的遮盖力也是最高的。但是二氧化钛颗粒大小、颗粒结构和分散程度影响其遮盖力。在大于可见光半波波长的范围内,粒径越细,分散性越大,则遮盖力越大。但它有一定的限度。当平均粒径为0.2μm时,遮盖力最大,小于可见光波长一半时,则由于晶体对光的透明性使遮盖力反而下降。因此,粒径过大过小都不好。


钛白粉的生产工艺


钛白粉生产工艺有两种:硫酸法、氯化法。大部分为硫酸法生产,国内氯化法生产钛白粉的厂家很少。两者对比如下:



硫酸法
氯化法
原料
钛精矿、酸融性钛渣
人造(或天然)金红石、高钛渣
产品类型
锐钛型,金红石型
金红石型
生产技术
应用时间长,资料完备,易于掌握并采用,但在水解和煅烧阶段需进行精确控制以确保钛白粉所需的最佳粒度。
技术较新,氯化氧化技术需很多技术诀窍,仅少数公司向外提供TiCL4氧化技术。
产品质量
可与氯化法钛白媲美,通过工艺控制,完善包膜技术缩小了与氯化法产品的差距。
产品纯度高,质量较好,但产品由于微量吸附氯和HCL,具有腐蚀性,在某些应用领域受限。
其他主要原材料
硫酸,烟气、黄铁矿、有色金属冶炼副产品获得通常都比较便宜,生产商的成本随硫磺原料的价格波动而变化。
氯气价格随能耗成本和其生产烧碱的需用情况而变化。大部分氯气可循环利用,但是对使用低品位原料配矿的公司,氯气要多出10倍以上。
污染和废物处理
以钛铁矿、高钛渣为原料,一般每生产1吨钛白粉产生8吨浓度为20%废液,废酸已有较好的浓缩回收和中和处理方式。
以金红石为原料,废物排放量低,但生产商要承担废物处理重任。使用低品位原料,每生产1吨钛白粉可生产高达1.6吨含氯气和盐酸的FeCL3,目前采用深井填埋处理方式,对环境有危害。
工厂安全
主要危害来自于热浓硫酸的处理,液体储存较易,泄漏容易处理
来源于氯气和高温下的TiCL4气体,气体的泄漏对周围环境危害严重,储存要求高。
综上所述,钛白粉具有广泛的使用价值,了解钛白粉能更好的使用并发挥其性能。





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