دی اکسید تیتانیوم | تیتان | tio2

دی اکسید تیتانیوم ، که همچنین به عنوان اکسید تیتانیوم (IV) یا تیتان شناخته می شود، اکسید طبیعی تیتانیوم با فرمول شیمیایی TiO2 است. هنگامی که این ماده به عنوان رنگدانه استفاده می شود، آن را سفید تیتانیوم یا پیگمنت سفید می نامند. به طور کلی، اکسید تیتانیوم (IV) را از ایلمنیت، روتیل و آناتاز تهیه می کنند. این ترکیب سفید رنگ، طیف گسترده ای از کاربردها از جمله رنگدانه، ضد آفتاب و رنگ مواد غذایی را تحت پوشش قرار می دهد.

هنگامی که اکسید تیتانیوم (IV) به عنوان رنگ خوراکی استفاده می شود، با شماره ۱۷۱E نمایش داده می شود. تولید جهانی دی اکسید تیتانیوم در سال ۲۰۱۴ بیش از ۹ میلیون تن بود. تخمین زده شده است که دو سوم کل تیتانیوم دی اکسید تولیدی در جهان در صنعت رنگدانه ها استفاده می شود و رنگدانه های مبتنی بر این اکسید، ۱۳٫۲ میلیارد دلار ارزش گذاری شده است.

دی اکسید تیتانیوم چیست؟

تیتانیوم (Ti)، نهمین عنصر رایج در پوسته زمین، فلزی است که معمولاً در بافت گیاهان و حیوانات یافت می شود. تیتانیوم به طور طبیعی با اکسیژن در تعامل است و اکسیدهای تیتانیوم را تشکیل می دهد که معمولاً در سنگ معدن، غبار، ماسه ها و خاک وجود دارد.

بسیاری از افراد با Tio2 به عنوان ماده موثره در ضد آفتاب آشنا هستند. این ماده به عنوان یک ماده فیلتر کننده UV در ضد آفتاب عمل می کند؛ از طریق جلوگیری از جذب نور ماوراء بنفش خورشید که می تواند باعث آفتاب سوختگی شود و همچنین به سرطان پوست مرتبط است، از پوست محافظت می کند.

تیتانیوم دی اکسید خالص یک پودر ریز و سفید است که یک رنگدانه سفید و روشن محسوب می شود. اکسید تیتانیوم (IV) به مدت یک قرن در طیف وسیعی از محصولات صنعتی و مصرفی از جمله رنگ، پوشش، چسب، کاغذ، پلاستیک و لاستیک، جوهر چاپ، پارچه و همچنین سرامیک، پوشش کف، پوشش بام، مواد اولیه آرایشی و … مورد استفاده قرار گرفته است. این ترکیب همچنین در تهیه خمیر دندان، صابون، عوامل تصفیه آب، داروها، مواد رنگی خوراکی، محصولات خودرو، ضد آفتاب و کاتالیزورها نیز یافت می شود.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی

فرمول شیمیایی	TiO2
جرم مولی	۷۹٫۸۶۶ g/mol
شکل ظاهری	جامد سفید رنگ (پودر)
بو	بدون بو
دانسیته	۴٫۲۳ g/cm3 ۳٫۷۸ g/cm3
نقطه ذوب	۱۸۴۳ C
نقطه جوش	۲۹۷۲ C
حلالیت در آب	نامحلول
نقطه اشتعال پذیری	قابل اشتعال

کاربردهای دی اکسید تیتانیوم

تیتانیوم به دو شکل اصلی تولید می شود. شکل اولیه آن، شامل بیش از ۹۸ درصد از کل تولید بوده و تیتانیوم دی اکسید گرید رنگدانه است. فرم رنگدانه آن از ویژگی های عالی پراکندگی نور اکسید تیتانیوم (IV) در کاربردهایی که به تیرگی و روشنایی سفید نیاز دارند، استفاده می شود. شکل دیگری که تیتانیوم دی اکسید تولید می شود به عنوان یک محصول با دانه بندی بسیار ریز (نانو مواد) است. این فرم ساختاری زمانی انتخاب می شود که خواص مختلفی مانند شفافیت و حداکثر جذب نور ماوراء بنفش لازم باشد، مانند کاربرد در تهیه ضد آفتاب های آرایشی.

از دی اکسید تیتانیوم گرید رنگدانه در چه مواردی استفاده می شود؟

از دی اکسید تیتانیوم گرید رنگدانه در طیف وسیعی از کاربردها که به تیرگی و روشنایی بالایی نیاز دارند، استفاده می شود. رنگدانه تیتانیوم دی اکسید در طیف وسیعی از برنامه ها استفاده می شود؛ از جمله:

رنگ ها و پوشش ها: تیرگی و دوام را ایجاد می کند، در حالی که دوام خوبی برای رنگ ایجاد کرده و به محافظت از سطح رنگ شده کمک می کند. این ماده به عنوان مواد اولیه رنگ کاربرد دارد.

تهیه پلاستیک، چسب و لاستیک: تیتان می تواند میزان شکنندگی، محو شدن و ترک خوردگی که می تواند در پلاستیک ها و سایر مواد در اثر قرار گرفتن در معرض نور ایجاد شود را به حداقل برساند.

محصولات آرایشی و بهداشتی: از دی اکسید تیتانیوم گرید رنگدانه در برخی از مواد آرایشی استفاده می شود تا لکه ها را پنهان کرده و پوست را روشن کند. تیتانیوم دی اکسید یک پوشش نازک تر از سایر مواد آرایشی را با همان اثر مطلوب، فراهم می کند.

کاغذسازی: از اکسید تیتانیوم (IV) برای پوشاندن کاغذ استفاده می شود و باعث سفیدتر، روشن و مات شدن آن می شود.

داروسازی و تهیه مواد غذایی: میزان تیرگی در برابر نور مرئی و ماورا بنفش که توسط تیتان تأمین می شود، از مواد غذایی، نوشیدنی ها، مکمل ها و داروها در برابر فساد زودرس محافظت می کند و باعث افزایش طول عمر محصول می شود. گریدهای خاصی از تیتانیوم دی اکسید با درجه رنگدانه با خلوص بالا نیز در قرص ها، پوشش های کپسول و به عنوان یک عامل تزئینی در برخی غذاها استفاده می شود.

*از دی اکسید تیتانیوم با دانه بندی فوق ریز یا در مقیاس نانو در چه مواردی استفاده می شود؟

درجه فوق العاده ریز پودر تیتان معمولاً در کاربردهای ویژه استفاده می شود:

تهیه ضد آفتاب: این ماده در مقیاس نانو در حالی که به عنوان جاذب مؤثر UV عمل می کند، در برابر نور مرئی شفاف می شود. از آنجا که اندازه ذرات بسیار کوچک است، نانو تیتانیوم دی اکسید، نور مرئی را منعکس نمی کند، اما نور UV ماورا بنفش را جذب می کند، پس مانعی شفاف را ایجاد می کند که از پوست در برابر اشعه های مضر خورشید محافظت می کند. طبق تحقیقات، استفاده از ضد آفتاب های حاوی تیتانیوم دی اکسید می تواند از بروز سرطان پوست جلوگیری کند.

سنتز کاتالیزورها: این مادهدر مقیاس نانو به عنوان ماده پشتیبانی برای سنتز کاتالیزور استفاده می شود. عمده موارد استفاده آن، در صنعت خودرو برای حذف انتشار گازهای مضر و در نیروگاه ها برای حذف اکسیدهای نیتروژن است.

یک سوال مهم: تفاوت بین نانو مواد دی اکسید تیتانیوم گرید رنگدانه و تیتانیوم دی اکسید معمولی چیست؟

تیتانیوم دی اکسید گرید رنگدانه برای توزیع اندازه ذرات خاص برای بهینه سازی پراکندگی نور مرئی و افزایش تیرگی سطح تولید می شود. اکسید تیتانیوم (IV) از ویژگی های پراکندگی نور بسیار عالی برخوردار بوده و از آن برای طیف وسیعی از کاربردها که به تیرگی و روشنایی نیاز دارند، استفاده می کند.

نانومواد این مادهبه  طور هدفمند در توزیع اندازه ذرات بسیار کوچک تر از ذرات رنگدانه، ساخته می شوند و به عنوان جاذب اشعه UV یا فوتوکاتالیست، شفاف و موثرتر هستند. شفافیت و جذب اشعه ماورا بنفش امکان استفاده موثر آن را به عنوان ماده محافظ ضد آفتاب فراهم می کند.

روش تولید تیتانیوم

روش تولید به مواد اولیه بستگی دارد. متداول ترین منبع، ماده معدنی ایلمنیت است. ذرات معدنی با ساختار روتایل همچنین می تواند با فرآیند کلراید یا سایر فرآیندها خالص سازی شود.

ایلمنیت از طریق فرآیند سولفات یا فرآیند کلرید به تیتانیوم دی اکسید گرید رنگدانه تبدیل می شود. در هر دو فرآیند سولفات و کلرید، رنگدانه تیتانیوم دی اکسید به شکل بلور روتایل تولید می شود، اما فرآیند سولفات را می توان برای تولید فرم آناتاز  نیز تنظیم کرد. از آناتاز، که نرم تر است در کاربردهای الیاف و کاغذ استفاده می شود. فرآیند سولفات به صورت یک فرایند مجزا و ناپیوسته اجرا می شود امل فرآیند کلراید به صورت یک فرآیند مداوم اجرا می شود.

در خط تولید که از فرآیند سولفات استفاده می شود به عنوان منبع مناسب تیتانیوم، به کنسانتره ایلمنیت (۴۵-۶۰٪ ۲TiO) یا مواد خوراکی پیش تصفیه شده، نیاز است. در فرآیند سولفات، ایلمنیت با اسید سولفوریک تیمار می شود تا پنتاهیدرات سولفات آهن (II) استخراج شود. روتایل سنتزی حاصل، با توجه به مشخصات نهایی، یعنی دانه بندی گرید رنگدانه، پردازش می شود. در روش دیگر برای تولید روتایل سنتزی از ایلمنیت، فرآیند Becher ، ابتدا ایلمنیت را به عنوان روشی برای جداسازی آهن، اکسید می کنند.

در یک فرآیند جایگزین، معروف به فرآیند کلرید، ایلمنیت یا سایر منابع تیتانیوم از طریق واکنش با کلر به عنوان ماده اولیه به تترا کلرید تیتانیوم تبدیل می شود، سپس با تقطیر، خالص سازی می شود و با اکسیژن واکنش داده تا کلر را مجدداً تولید کند و دی اکسید تیتانیوم تولید می شود.

روش های تخصصی تولید

برای کاربردهای خاص، فیلم ۲TiO از روش های مختلف تخصصی در علم شیمی تهیه می شوند. مسیرهای سُل – ژل شامل هیدرولیز آلکوکسیدهای تیتانیوم مانند اتوکسید تیتانیوم است:

Ti (OEt) 4 +2 H2O → TiO2 +4 EtOH

این فناوری برای تهیه فیلم ها مناسب است. در این کاربرد، الكوكسید، فرار بوده و سپس در اثر تماس با یك سطح گرم، تجزیه می شود:

Ti (OEt) 4 → TiO2 +2 Et2O

فروش دی اکسید تیتانیوم

در حوزه خرید و فروش دی اکسید تیتانیوم با نام تیتانیوم روتایل یا تیتانیوم آناتاز برخورد می کنید که همه به یک ماده سفید رنگ جامد اشاره دارند. تیتانیوم در موارد مختلف بسیار استفاده می شود. بر اساس استانداردهای صنعت تولید پودر دانه بندی شده، برای تیتانیوم دی اکسید هم کدهای خاصی تعریف شده است.

هر کدام از فرم ساختاری آناتاز و روتایل از این ماده در یک صنعت خاص کاربرد دارند. به طور مثال از گرید تیتان روتایل  در صنعت رنگ، پلاستیک و جوهر استفاده می شود. در مقایسه با آن، فرم آناتاز از سختی و ضریب شکست و ثابت دی الکتریک بالاتری برخوردار است. این ماده جامد سفید رنگ در بسته بندی های کیسه ای با وزن استاندارد ۲۵ کیلوگرم به فروش می رسد.