پیگمنت سفید تیتانیم دی اکسید و کاربرد آن در پلاستیک

12 دی 1402 ساعت 09:36

تیتانیم دی اکسید که با نام تیتان نیز شناخته می‌شود، یکی از سفیدترین مواد شناخته شده در کره زمین است که به طور گسترده ای در تولید انواع رنگ، پوشش، پلاستیک، کاغذ، جوهر، مواد غذایی، محصولات آرایشی و... کاربرد دارد. پیگمنت تیتانیم دی اکسید دارای ضریب شکست بالایی بوده و نور را در محدوده مرئی جذب نمی‌کند. ماهیت شیمیایی تیتان، TiO2  می‌باشد اما برای تهیه پیگمنت‌های مختلف از تیتان، مواد مختلف معدنی و آلی نیز استفاده شده تا در گرید نهایی با توجه به نوع کاربرد ساخته شود. تیتان دی اکسید در دو نوع روتایل و آناتاس در بازار موجود می‌باشد. سالانه بیش از 10 میلیون تن تیتان در سراسر دنیا تولید شده و تیتانیم دی اکسید حجم بازار 14 میلیارد دلاری را به خود اختصاص داده است.

 

تاریخچه رنگ سفید و تیتانیم دی اکسید

اولین پیگمنت سفید مورد استفاده در تاریخ هنر و صتعت بشر اکسید سرب سفید می‌باشد. این ماده که دارای فرمول شیمیایی 2PbCO3·Pb(OH)2   می‌باشد، به طور گسترده ای در نقاشی‌ها، محصولات آرایشی، رنگ کردن در و پنجره و ... کاربرد داشته است. این ماده از زمان مصر باستان تا قرن هجدهم به طور گسترد ای مورد استفاده قرار داشت تا زمانی که در اواخر قرن هجدهم تیتانیم دی اکسید توسط William Gregor کشف گردید. این شیمیدان دریافت که حدود 50 درصد از نوعی شن سیاه رنگ، شامل اکسید فلزی سفید رنگ می‌باشد که مشابه سایر اکسیدها سفید رنگی که تا به آن روز کشف شده بوده از جمله اکسید روی و اکسید سرب نبود. حدود 20 سال بعد و در سال 1923 روش تجاری برای تولید تیتانیم دی اکسید خالص از سنگ معدن آن ارائه شد و اولین تیتان تجاری از نوع تیتان آناتاز وارد بازار گشت. در سال 1940 نوعی دیگری از تیتان از نوع تیتانیم دی اکسید روتایل نیز به صورت تجاری وارد بازار گشت. از آن زمان تا به حال به علت خواص ایده آل پیگمنت تیتان از نظر میزان سفیدی، خواص آنتی یو وی و همچنین بهداشتی بودن، تولید این ماده سال به سال از گسترش بیشتری برخوردار شده و امروزه حجم بازاری در حدود 14  میلیارد دلار را به خود اختصاص داده است.

تیتان دی اکسید چیست و روش تولید

تیتان دی اکسید یک ماده معدنی با فرمول شیمیایی TiO2  است که در حدود 10 نوع ساختار کریستالی برای آن شناخته شده است. اما در طبیعت کریستال‌های تیتانیوم دی‌اکسید اغلب به صورت روتایل ، آناتاز و مقادیر کمی بصورت بروکایت می‌باشد. تیتان دی اکسید ماده ای سنگین است و چگالی آن در محدوده 4g/cm3  قرار دارد.( نوع روتایل از آناتاز چگالی بیشتری دارد.) این ماده دارای ضریب شکست بالا (refractive index) و در محدوده 2.4 تا 2.6 می‌باشد.( ضریب شکست تیتان روتایل از آنتاس بالاتر است.) سنگ معدن تیتانیم دی اکسید در طبیعت به صورت‌های مختلف از جمله روتایل و ایلمنیت( FeTiO3 ). ایلمنیت فروان ترین سنگ معدن تیتان سنگی سیاه رنگ است و به همین علت است که با وجود خواص عالی و کاربردی تیتان، این ماده خیلی دیر کشف شده است.

روش‌های تهیه تیتانیوم دی‌اکسید

تیتان دی اکسید سنتزی را می‌‌توان از سنگ معدن ایلمنیت(FeTiO3)، روتایل و یا آنتاس تهیه کرد. از نظر صنعتی عمدتا تیتان از سنگ معدن ایلمنیت و یا روتایل با استفاده از دو روش سولفات و کلید تولید می‌شود. سنگ معدن تیتان عمدتا شامل ناخالصی مختلف از جمله منیزیم و منگز است که طی چند مرحله واکنش خالص سازی شده و تبدیل به کریستال تیتانیم دی اکسید  از نوع آناتاز و روتایل می‌شود.

تولید تیتان دی اکسید با روش سولفات

در این روش سنگ معدن تیتانیم دی اکسید با اسید سولفوریک واکنش داده و تبدیل به TiOSO4 می‌شود. سپس این ماده در طی چند مرحله واکنش ابتدا به  هیدروکسید تیتانیم و سپس به تیتانیم دی اکسید خالص تبدیل می‌شود. بسته به مسیر واکنش هر دو نوع تیتان آناتاز و روتایل با این روش قابل تولید می‌باشند.

تولید تیتانیم دی اکسید با روش کلرید

در این روش با استفاده از گاز کلر سنگ معدن تیتانیم دی اکسید به TiCl4 تبدیل شده و طی چند مرحله اکسید شده و تبدیل به تیتانیم دی اکسید می‌شود. در این روش تنها تیتانیم دی اکسید نوع روتایل تولید می‌شود.

انواع تیتانیم دی اکسید از نظر اندازه ذره

تیتان دی اکسید در دو فرم میکرو و نانو تولید شده که هرکدام کاربردهای بخصوص خود را دارند. تیتان دی اکسید در ابعاد میکرو که در حدود 98 درصد از حجم تولید تیتان را به خود اختصاص داده است عمدتا به عنوان پیگمنت در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. تیتان دی اکسید نانو در حدود 2 درصد از حجم بازار تیتان را به خود اختصاص داده و برای موارد خاص تر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پیگمنت تیتان دی اکسید

پیگمنت تیتان در صنعت رنگ و پوشش کاربرد گسترده ای دارد. این پیگمنت برای تولید انواع رنگ سفید به کاربر برده شده و از براقیت و قدرت پوشانندگی بالایی برخودار است. در صنعت پلیمر و پلاستیک، پیگمنت تیتان علاوه بر ایجاد رنگ سفید به منظور افزایش دوام، مقاومت در برابر نور uv  و برخی خواص دیگر به پلیمر اضافه می‌شود. تیتان در صنایع آرایشی کاربرد گسترده ای دارد و در انواع کرم پودر، کرم روشن کننده و... به کاربرده می‌شود. از تیتان در اکسید در صنایع کاغذ سازی برای تولید کاغذ سفید به شکل گسترده ای استفاده می‌شود. این ماده در صنایع دارو سازی در تولید انواع قرص و کپسول نیز کاربرد دارد.

تیتان دی اکسید نانو

از جمله خواص تیتان نانو، خواص آنتی uv بالا می‌باشد. این ماده در تولید انواع کرم ضد آفتاب و محصولاتی که به خواص ضد uv  نیاز دارند کاربرد دارد. تیتان دی اکسید نانو به عنوان کاتالیست در صنایع خودروسازی و ... نیز کاربرد دارد.

انواع تیتانیم دی اکسید از نظر نوع کریستال

اکسید تیتانیم دی اکسید مانند هر ماده معدنی دیگری در ساختار کریستال بخصوصی قرار می‌گیرد. ساختار کریستالی چهارگوشه تیتانیم دی اکسید به دو صورت روتایل و آناتاز و همچنین ساختار ارتورومبیک (orthorhombic) با نام بروکیت در طبیعت یافت شده است. دو نوع روتایل و آنتاز از فراوانی بیشتری برخوردار بوده و از نظر صنعتی نیز کاربرد بیشتری دارند. همچنین ساختارها کریستالی دیگری نیز برای تیتان دی اکسید کشف شده که عمدتا در آزمایشگاه سنتز شده اند.

تیتان دی اکسید روتایل

تیتان دی اکسید روتایل ساختار پایدار تری از آنتاس است. این ماده در دمای بالاتری تولید شده و از ضریب شکست بالاتری برخودار بوده و در نتیجه سفید تر است. چگالی تیتان روتایل بیشتر بوده و همچنین از نظر قیمتی گران تر از نوع آنتاس است. تیتان روتایل برای تولید قطعاتی که در خارج از ساختمان استفاده می‌شوند کاربرد دارد. این ماده توانایی آنتی uv  بالا تری نسبت به آنتاس دارد.

تیتان دی اکسید آنتاس

تیتان آنتاس شکل کم تر پایداری از تیتانیم دی اکسید است. این نوع ساختار کریستالی در دمای بسیار بالا ( در حدود 800 درجه سانتی گراد) به نوع روتایل تبدیل می‌شود. تیتان آنتاس ارزان تر از روتایل بوده و چگالی آن نیز کمتر است. ضریب شکست تیتان آناتاس از روتایل کمتر است و برای کاربردهای داخل ساختمان استفاده می‌شود.

 

 

 

 

به طور کلی پیگمنت تیتان سفید ترین پیگمنت تجاری بازار می‌باشد. با این حال در برخی کاربردها می‌توان از ترکیباتی چون تالک، اکسید روی، میکا و... به همراه سفید کننده برای کاهش قیمت تیتان بهره برد.

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )

هفت روز هفته، 24 ساعت شبانه روز پاسخگوی شما هستیم.
© 2024 polyno All Right Reserved