اکسید تیتانیوم ( تیتانیا )

دی اکسید تیتانیوم چیست ؟

تیتانیا (TiO2) یک سرامیک اکسیدی سفید بوده که به سه شکل کریستالی وجود دارد: 1) روتایل با ساختار تتراگونال، 2) آناتاز با ساختار تتراگونال و 3) بروکیت با ساختار اورتورمبیک.

اکسید تیتانیوم (TiO2) به عنوان  ماده ای خنثی، نیمه هادی و بی خطر در نظر گرفته شده و در دهه­ های اخیر در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته است.

تیتانیا یک ترکیب معدنی سفید رنگ می باشد که حدودا به مدت 100 سال در تعداد زیادی از محصولات متنوع مورد استفاده قرار گرفته است . این ماده به دلیل خواص غیر سمی و غیر واکنشی ، درخشندگی و سفیدی بسیاری از مواد را افزایش می­ دهد.

تیتانیا سفیدترین و درخشان­ترین رنگدانه­ شناخته­ شده با خصوصیات بازتابی است. همچنین می­تواند اشعه ماورابنفش را پراکنده و جذب کند.

انواع مختلف تیتانیا کدام اند ؟

رنگدانه های ذرات TiO2 در ابعاد تقریبی 200 350 نانومتر هستند و 98 درصد از کل تولید را تشکیل می دهد.

این ماده عمدتاً برای پراکندگی نور و کدری سطوح مانند رنگ استفاده می شود که شامل استفاده از آن به عنوان پایه ای برای رنگ های مختلف یا به عنوان یک رنگ سفید و درخشان مستقل است.

نانو TiO2 یا ذرات بسیار ریز آن، از ذرات اولیه با اندازه کمتر از 100 نانومتر تشکیل شده است.

در این طبقه بندی، دی اکسید تیتانیوم شفاف (بی رنگ) است و دارای خواص پراکندگی و جذب اشعه ماوراء بنفش در مقایسه با رنگدانه های TiO2 با اندازه ذرات بزرگتر، می باشد.

تیتانیا دارای دو ساختار بلوری تجاری است. یکی آناتاز TiO2 و دیگری روتایل TiO2 است.

رنگدانه های تیتانیا روتایل به دلیل بهره وری بهتر در پراکندگی نور ترجیح داده می شوند. همچنین نسبت به رنگدانه TiO2 آناتاز بادوام و پایدارتر هستند

دی اکسید تیتانیوم دارای دو ساختار بلوری تجاری است. یکی آناتاز TiO₂ و دیگری روتایل TiO₂ است.

رنگدانه­ های روتایل به دلیل بهره وری بهتر در پراکندگی نور ترجیح داده می­ شوند. همچنین نسبت به رنگدانه TiO₂ آناتاز بادوام و پایدارتر هستند.

دی اکسید تیتانیوم PA101 ( درجه آناتاز )

اکسید تیتانیوم PA101 ، کیفیت بسیار بالای این مدل از نوع آناتاز بوده که در رنگ ها، پلاستیک ها، پارچه ها، صابون و غیره مورد استفاده قرار می گیرد .

PA101 معادل درجه های آناتاز TTK ISI و بسیاری از طبقه بندی های استاندارد دیگر برای آناتاز است. PA101 یک رنگدانه از اکسید تیتانیوم آناتاز بوده که بر پایه فناوری پیشرفته تولید می شود.

توسط افزودن مواد افزودنی معدنی میتوان نیروی سطح بین ذرات تیتانیا را کاهش داد، توانایی گردش پودر خشک را افزایش داده و باعث افزایش خاصیت پراکندگی شد.

PA101 محصولی مقرون به صرفه که با تقاضای بازار همراه بوده و بخواص پراکندگی و سفیدی خوب، استحکام بالا، قدرت جذب روغن کم دارد.  دی اکسید تیتانیوم آناتاز نوعی پودر رنگدانه سفید خوب مقاوم در برابر پراکندگی نور و خواص شیمیایی پایدار است.

در برابر نور، گرما، محیط اسیدی و قلیایی مقاومت بسیار عالی دارد. از قدرت پوشش و پراکندگی قوی برخورداربوده ، اما مقاومت در برابر آب و هوا به اندازه نوع روتایل خوب نیست.

در بسیاری از زمینه های صنعت مانند پوشش، پلاستیک، کاغذ چاپ و چاپ جوهر بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

تیتانیا PR900  ( درجه روتایل )

PR900 یک دی اکسید تیتانیوم با کیفیت عالی روتایل است که در رنگ­ها، پلاستیک ها، جوهرها، منسوجات و غیره مورد استفاده قرار می­گیرد. PR900 معادل درجه KMM822، دوپانت R902 + و بسیاری از طبقه ­بندی­ های استاندارد دیگر برای اکسید تیتانیوم روتایل است.

PR900 یک رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتایل با کیفیت بالا است که با درخشندگی خوب، کدری عالی، انتشار آسان و سفیدی خوب طراحی شده است. تیتانیا درجه روتایل رنگدانه مناسب سفید با پراکندگی بالا، مقاوم در شرایط آب و هوا، قدرت پوشش بالا و پایداری مناسب است.

این ماده به طور گسترده در رنگ ­های داخلی و خارجی لاتکس، پوشش­ های صنعتی، چاپ جوهر، کاغذ چند­لایه، رنگ پلاستیک و پوشش پودری مورد استفاده قرار می­ گیرد. نوع روتایل پایدارترین حالت بلوری دی اکسید تیتانیوم است.

در مقایسه با اکسید تیتانیوم آناتاز ، از سختی، چگالی، ثابت دی­الکتریک و ضریب شکست بالاتری برخوردار است.

خواص فیزیکی دی اکسید تیتانیوم چیست؟

تیتانیا دارای چندین ویژگی منحصر­به فرد بوده که باعث شده در بسیاری از کاربردهای مختلف به صورت ایده­ آل در نظر گرفته شود.

از نقطه ذوب بسیار بالای 1843 درجه سانتیگراد و دمای جوش 2972 درجه سانتیگراد برخوردار است، بنابراین به صورت طبیعی در حالت جامد وجود دارد و حتی در شکل ذرات نامحلول در آب است. TiO₂ همچنین عایق است.

برخلاف سایر مواد سفید که در نور کمی زرد به نظر می­رسد، به دلیل روشی که TiO₂ نور ماورابنفش را جذب می­ کند، این ظاهر زرد رنگ را نداشته و به حالت سفید خالص ظاهر می ­شود.

نکته مهم این است که تیتانیا همچنین دارای ضریب شکست بسیار بالا (توانایی پراکندگی در نور) حتی بالاتر از الماس است. این پدیده آن را به یک ماده فوق العاده روشن و یک ماده ایده آل برای استفاده در زیبایی­شناسی تبدیل کرده است.

یکی دیگر از ویژگی­ های مهم دی اکسید تیتانیوم فعالیت نور فوتوکاتالیستی تحت نور ماورابنفش را نشان می­ دهد. این امر باعث شده در پاکسازی محیط زیست، انواع مختلف پوشش ­های محافظ، گند زدایی و سطوح ضد مه و حتی در درمان سرطان موثر باشد.

درخشندگی

برخلاف سایر مواد دارای درخشش، استحکام رنگ، کدری و مرواریدگی است .

مقاومت

پایداری در برابر گرما، نور و هوازدگی مانع از تخریب رنگ در فیلم ­ها و پلاستیک می­ شود.

محافظت

توانایی پراکندگی و جذب اشعه ماوراء بنفش باعث شده TiO₂ به عنوان یک ماده مهم به عنوان ضد آفتاب، از پوست در برابر اشعه ماوراء بنفش مضرکه منجر به سرطان می شود ، محافظت کند.

نیرو

به عنوان فوتوکاتالیست در پنل­های خورشیدی و همچنین در کاهش آلاینده­ها در هوا استفاده می شود

تیتانیوم دی اکسید چگونه تولید می ­شود ؟

تیتانیوم یکی از متداول­ترین فلزات روی زمین است ، اما به طور طبیعی در این شکل اولیه بدست نمی آید. تیتانیوم اکسید – که به عنوان اکسید تیتانیوم (IV) یا تیتانیا شناخته می­ شود – یک ترکیب طبیعی بوده که هنگام واکنش تیتانیوم با اکسیژن موجود در هوا بدست می آید.

تیتانیوم به عنوان اکسید در مواد معدنی پوسته زمین یافت می­ شود. همچنین میتواند به همراه عناصر دیگر از جمله کلسیم و آهن نیز یافت شده است.

فرمول شیمیایی TiO2 ، از یک اتم تیتانیوم و دو اتم اکسیژن (از این رو دی اکسید) تشکیل شده است. دارای شماره ثبت CAS (خدمات چکیده شیمیایی) با شماره 7-67-13463 است.

از لحاظ شیمیایی TiO₂  خنثی تصور شده، با سایر مواد شیمیایی واکنش نشان نمی دهد و بنابراین یک ماده پایدار که در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می­ گیرد.

منشاء تیتانیوم اکسید ؟

اکسید تیتانیوم به طور رسمی برای اولین بار در اواخر دهه 1800 در آزمایشگاه نامگذاری و ایجاد شد. تا اوایل قرن بیستم، به صورت انبوه تولید نمی­ شد، رفته رفته به عنوان یک جایگزین مطمئن­ تر برای سایر رنگدانه­ های سفید انتخاب شد.

عنصر تیتانیوم و ترکیب TiO2 در سراسر جهان یافت شده که با عناصر دیگر مانند آهن در انواع مختلف ماسه سنگ و مواد معدنی (از جمله برخی از ماسه ­های ساحلی) مرتبط است.

تیتانیوم معمولاً به عنوان ماده معدنی ایلمنیت (یک ماده معدنی اکسید تیتانیوم آهن) و برخی موارد به عنوان روتایل معدنی، شکلی از TiO2 رخ می­ دهد. این ترکیبات مولکولی خنثی باید از طریق یک فرآیند شیمیایی از هم جدا شده تا اکسید تیتانیوم خالص ایجاد شود.

کاربردهای اکسید تیتانیوم در کجاست ؟

رنگ فوق العاده سفید، خاصیت پراکندگی و بسیار مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، TiO2 را در بخش های صنعتی و مصرفی بسیار محبوب کرده و در ده ها محصولاتی که مردم روزانه از آن استفاده کرده دیده می شود.

بجز رنگ ها، پوشش های کاتالیزوری، پلاستیک ها، کاغذ، داروها و ضدآفتاب، کاربردهای کمتر شناخته شده شامل بسته بندی، جوهرهای چاپ تجاری، سایر لوازم آرایشی، خمیردندان و مواد غذایی می باشد.

تیتانیوم دی اکسید در رنگ ها، پوشش ها و پلاستیک ها

زمانی که به طور خاص به عنوان رنگدانه در رنگ ها مورد استفاده قرار گیرد،TiO2 به نام تیتانیوم سفید، رنگدانه سفید 6 یا CI 77891 شناخته می شود. به دلیل خواص بالای سفید کنندگی، به عنوان “سفید کامل” یا “سفیدترین سفید” شناخته می شود.

تا زمان تغییر قوانین در دهه 1920، اکثر تولیدکنندگان رنگ های تجاری از سرب سفید سمی به عنوان سفید کننده استفاده می کردند و در ابتدا از تیتانیوم دی اکسید استفاده نمی کردند که بخشی به دلیل هزینه بالاتر آن بود. اکسید روی (ZnO) همچنین به عنوان یک رنگدانه سفید مورد استفاده قرار گرفته اما به همان اندازه مؤثر نیست.

تیتانیوم دی اکسید در حال حاضر یکی از رایج ترین رنگدانه ها در مصارف جهانی است و مبنای بسیاری از رنگ های متنوع است. همچنین در پوشش ها و پلاستیک ها یافت می شود. این کاربردهای اکسید تیتانیوم بیش از 50 درصد از کاربرد جهانی آن را تشکیل می دهد.

دی اکسید تیتانیوم دارای ضریب شکست بالاست بدان معنی که، به عنوان یک رنگدانه، توانایی پراکندگی نور مرئی را دارد. این امر باعث ایجاد رنگ مات شده و هنگامی که روی یک سطح یا در یک محصول قرار گیرد، باعث ایجاد بازتاب می شود .

یک نمونه اصلی از کاربرد تیتانیوم دی اکسید به عنوان پوشش توربین های بادی که هم رنگ سفید مناسبی ایجاد میکند و هم از تخریب اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند ، می باشد . به خاطر وحود همین دلایل، در قاب پنجره پلاستیکی نیز اکسید تیتانیوم یافت می شود.

غذا

در مواد غذایی از TiO2 به عنوان رنگدانه استفاده می شود که به آن E171 گفته می شود. در بسیاری از محصولات غذایی به عنوان سفید کننده، همچنین به عنوان تقویت کننده و بهبود دهنده ی رنگ و بافت عمل می کند.

E171 هنگام استفاده در بعضی از شکلات ها می تواند منجر به ایجاد نرمی شده یا همانطور که در بعضی از شیرینی ها دیده شده است ، میتواند منجر به ایجاد خاصیت سایشی شود.

دی اکسید تیتانیوم در لوازم آرایشی و مراقبت از پوست

در محصولات آرایش و مراقبت از پوست، از تیتانیوم دی اکساید هم به عنوان رنگدانه و هم به عنوان غلیظ کننده کرم استفاده می شود. به عنوان یک ضد آفتاب، از TiO2 بسیار ریز به دلیل شفافیت و توانایی های جذب اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود.