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钛白粉钛白粉——二氧化钛二氧化钛 学习资料一． 钛白粉简介钛白粉化学名称为二氧化钛（TiO2），分子量79.88英文名称：Titanium Dioxide钛白粉为白色无机颜料，钛白粉颜料被认为是世界上最重要的白色颜料，广泛应用于涂料，塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶等 一． 钛白粉简介二氧化钛在已知所有白色颜料中折射率最高，（金红石型2.71，锐钛型2.55）因此具有很高的遮盖力和优良的光学性能二氧化钛的最佳粒径在0.2~0.3μm ，在这个粒径之间，二氧化钛具有最佳的反射和散射光的能力，以达到最佳的遮盖力钛白粉有两种主要结晶形态，锐钛型（Anatase)，简称A 型；金红石型（Rutile）,简称R型 一． 钛白粉简介钛白粉的工业生产方法有硫酸法和氯化法两种硫酸法既可生产锐钛型产品，又可以生产金红石型产品，硫酸法的生产工艺开发较早，但其生产工艺复杂氯化法采用连续生产工艺，过程简单，产品质量容易控制，所以一般认为氯化法钛白粉产品的质量更优异二氧化钛颜料的另外一个重要性能是—优异的抗化学性，优良的热稳定性和耐紫外降解性能在耐紫外性能方面，金红石优于锐钛型，所以金红石型二氧化钛更适合于塑料及涂料的户外应用。

锐钛型比金红石型稍偏蓝，主要用于室内用涂料，造纸、橡胶、化纤、陶瓷等 一． 钛白粉简介二氧化钛颜料，金红石型和锐钛型都可以经过表面处理以改善性能，提高分散能力和不透明性表面处理有无机表面处理和有机表面处理无机表面处理主要用硅，铝的氧化物膜 ，以提高二氧化钛的分散性，抗凝聚性和耐候性有机表面处理则能减少二氧化钛的吸湿性并使之在不同介质中能更好，更均匀的分散 钛白粉表面处理及其作用二． 钛白粉的主要性质 1．物理性质 二氧化钛是一种多晶型的化合物，在自然界中有三种结晶形态：金红石型，锐钛型和板钛型板钛型不稳定，在 650℃ 下会向金红石型转化，因而没有工业价值锐钛型在高温下（ 700℃ ）以上能够转变成金红石型，金红石型与锐钛型相比，因晶格较小而紧密，所以具有较高的折射率    金红石型和锐钛型的晶型结构如图所示：金红石型和锐钛型的晶型结构如图所示：     金红石型和锐钛型钛白粉物理性能比较金红石型和锐钛型钛白粉物理性能比较 物性物性 金红石型金红石型 锐钛型锐钛型 结晶系 四方晶系 四方晶系相对密度 4.2 3.9折射率 2.71 2.52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晶格常数 a/nm 0.458 0.378晶格常数 c/nm 0.795 0.949目前，工业用钛白粉都是无味无臭的白色粉末，粒径为0.2~0.5μm的初级粒子。

2．化学性质二氧化钛的化学性质极为稳定，相对分子量为79.9 ，常温下几乎不与其他元素或化合物作用，对氧，氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都是稳定的二氧化钛在长时间煮沸的情况下溶于浓硫酸，反应方程式如下：TiO2 ＋HiSO4=TiOSO4＋ H2O悬浮在其他有机介质中的钛白粉，在光和空气的作用下，尤其是紫外线照射下，可循环地被还原与氧化而导致介质的被氧化 1．折射率   颜料的折射率是不透明度，遮盖力和着色力的物理基础，由于钛白粉的折射率在白色颜料中最大，所以遮盖力最好，而金红石型的折射率较锐钛型大，所以其性能优于锐钛型各种白色颜料的折射率和被着色基料的折射率各种白色颜料的折射率和被着色基料的折射率 白色颜料白色颜料 折射率折射率 基料或介质基料或介质 折射率折射率 二氧化硅                1.41~1.49         空气                               1.0003 碳酸钙                    1.63                  水                                   1.3330 陶土（白土）         1.65                聚乙稀                           1.50~1.54 硅酸镁                    1.65                  SAN                                1.56 立德粉                    1.84                  聚碳酸酯                        1.59 氧化锌                    2.02                  聚苯乙烯                        1.60 氧化锑                    2.09~2.29         氧化大豆油醇酸树脂    1.52~1.53 硫化锌                    2.37                  苯乙烯丁二烯树脂         1.53 锐钛型二氧化钛     2.55                 70/15/15醇酸/三聚氰胺/尿素  1.54 金红石型二氧化钛  2.73                70/25醇酸/三聚氰胺        1.55 3．光学性质下图为光线在含有不同折射率白色颜料的薄膜中的行进路线：下图为光线在含有不同折射率白色颜料的薄膜中的行进路线： 左图因颜料折射率较高，所以薄膜为白色不透明，而右图因少量光左图因颜料折射率较高，所以薄膜为白色不透明，而右图因少量光线可以透过，则不是完全不透明。

线可以透过，则不是完全不透明 2．散射强度 光散射也是一个影响颜料分散光线能力的因素二氧化钛粒径大小与蓝色，绿色和红色光线的相对散射能力相反 2．散射强度 如图 在0.2μm处，各波长光线散射总和最大，当粒子在0.25~0.3μm时，蓝色光线散射减少，其它光线散射相对不变，在0.15μm处蓝色光线散射最大，光谱中红色和绿色光线散射显著下降理想的二氧化钛粒径应为0.2~0.5μm，由于人们的视觉总认为白色偏蓝比纯白色更白，所以0.2μm粒径的二氧化钛显得更白，并且具有更高的遮盖力 3．遮盖力 遮盖力指当一件物料涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使之底色不能透过涂料显露出来的能力遮盖力的表示方法是每平方厘米被涂物体的表面积，在完全被遮盖时所需颜料的最低质量  遮盖力=颜料质量（g）/被涂物体表面积（cm）  二氧化钛颜料在工业中最重要的作用，在于利用它被分散到介质中的不透明性，从而达到遮盖的作用颜料的遮盖力不但取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，也取决于它对光的吸收能力 二氧化钛和其它的白色颜料一样，它对光的吸收能力很小，光的散射能力对遮盖力的影响比光的吸收能力大，所以其遮盖力主要受散射力的影响，和着色力一样也受到颜料的折射率、粒径、粒径分布和分散性能的影响。

折射率大的颜料有较大的遮盖力（HP），颜料与基料的折射率之差越大，遮盖力也越高并且如果两者的折射率相等，涂膜即呈现透明所以同一种颜料的遮盖力应随基料（展色剂）的不同而不同可是不同基料的折射率差异不大，所以一般来说不同基料引起的遮盖力差异也不大 常见白色颜料遮盖力的相对值常见白色颜料遮盖力的相对值 颜料名称 遮盖力相对值 颜料名称 遮盖力相对值 金红石型二氧化钛 100 三氧化二锑 14锐钛型二氧化钛 78 碳酸铅 10硫酸锌 38 硫酸铅 9立德粉 18 硅酸铅 8氧化锌 14 •可以看出白色颜料中金红石型二氧化钛的遮盖力最高。

 影响二氧化钛遮盖力的主要因素有以下几个方面：1）  二氧化钛晶体本身的折射率，钛白粉的折射率是白色颜料中最高的因而，从理论上说，它的遮盖力也是最高的2）  二氧化钛的颗粒大小，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，颗粒结构越光滑，分散性越大，则遮盖力越大但有一定的限度，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所以说，粒子过大过小都不好 4．着色力 着色力是二氧化钛的重要特性指标，是指二氧化钛与另一种颜料混合后，所得到混合物显示它本身颜料的能力一般习惯用雷诺值（Ranolds）来表示着色力着色力是颜料对光的吸收和散射的结果二氧化钛是一种白色颜料，对光的吸收非常小，因此其着色力的大小，主要取决于它对可见光的散射能力，散射力大，着色力就高 常用白色颜料折射率与着色力对比表常用白色颜料折射率与着色力对比表 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 由此得出二氧化钛在白色颜料中折射率最高，因而着色力也大于其它白色颜料。

同遮盖力一样，二氧化钛的着色力与二氧化钛的粒径，粒径分布和分散性有很大的影响 5．光泽 光泽是指物质对投射来的光线的反射能力，反射能力越强，光泽度越大，反之越小二氧化钛的反射率很高，由于它既有高的不透明度，又有高的反射率，因此经它着色后的材料色彩鲜明影响二氧化钛成膜后光泽度的主要原因是它的粒径和分散性如果粒径很细，又能均匀分散到漆料中，则涂抹平整，光泽度就高，反之，光泽度就低6．着色底相 着色底相又称为底层色相它受二氧化钛的平均粒径和散射能力的大小影响非常明显，不同的粒径在不同的波长下会呈现不同的色调公式如下：底色底色=蓝色调蓝色调/红色调红色调 当二氧化钛的平均粒径为0.2μm时，它对可见光中短波蓝光（400nm）有较强的散射力，底层色相带有微弱的蓝相，当二氧化钛的平均粒径在0.4μm时，它对可见光中的长波红光（700 nm）有较强的散射力，底层色相带有微弱的红相在取色时，使用正确底色的钛白粉对精确取色而言，至为重要 三． 钛白粉的表面处理 1．  无机处理钛白粉的晶型决定其基本品种的性质，而表面处理则对钛白粉的专用品种和性质起主要作用目前，世界上几乎所有的金红石型钛白粉的部分特殊用途的锐钛型钛白粉都是经过表面处理后才出售的。

1）       Al2O3包膜 在TiO2粒子表面用Al2O3包覆，可显著提高TiO2的抗粉化性和保色性在树脂类涂料中，还能提高其分散性能，Al2O3包膜是所有包膜工艺中最简单的2）       Al2O3/SiO2 包膜 它的应用最为广泛的，目前市场上流通的金红石型钛白粉，绝大部分都含有Al2O3/SiO2 ，其中SiO2 能增加TiO2的耐久性，降低TiO2的表面活性 （3）       SiO2 包膜 其工艺复杂， SiO2 包膜分为致密膜和多孔膜致密包膜后TiO2的耐候性特别好常用于高光泽，高耐久性的磁漆和塑料等使用多孔薄膜的TiO2，能赋予乳胶漆较高的干遮盖力 2．  有机处理 TiO2是一种极性很强的物质，为了提高在弱极性介质中的分散性，需要在钛白是一种极性很强的物质，为了提高在弱极性介质中的分散性，需要在钛白粉的表面提供一种亲有机物质的表面，基本原理是加入表面活性剂或其它助剂，粉的表面提供一种亲有机物质的表面，基本原理是加入表面活性剂或其它助剂，借以降低借以降低TiO2和介质之间的表面张力，使介质容易取代吸附在和介质之间的表面张力，使介质容易取代吸附在TiO2表面的空气和表面的空气和水，使水，使TiO2颗粒实现分离。

颗粒实现分离 以杜邦的塑料用钛白粉为例，不同的表面包覆即钛白粉品种如下：  Ti-Pure物理性能物理性能 – 塑料牌号塑料牌号  性能性能 R-100 R-101 R-102 R-103 R-104 R-105 R-960 TiO2, wt%（最小值） 97 97 96 96 97 92 89 氧化铝, wt% 1.7 1.7 3.2 3.2 1.7 3.2 3.5 二氧化硅, wt% N/A N/A N/A N/A N/A 3.5 6.5 有机表面处理 0.2 0.2 0.25 0.25 0.3 0.2 N/A CIE L* 97.9 97.9 98.5 97.8 97.5 98.5 98.5 比重 4.2 4.2 4.1 4.1 4.2 4.0 3.9 平均粒径 (μm) 0.32 0.29 0.23 0.23 0.22 0.31 0.35 着色强度（聚烯烃） 102 110 109 110 110 105 90 着色底相（聚烯烃） -0.040 0.005 0.035 0.035 0.030 -0.010 -0.030 pH 8.0 8.5 7.5 6.5 N/A N/A 7.4 电阻 2.0 2.0 2.0 4.0 N/A N/A 4.0 四． 钛白粉在塑料中的分散 粒子大小对TiO2的不透明性的影响已经在钛白粉光学性质一节中讨论过，钛白粉粒径在0.2μm时，才能对光做最有效的反射，从而达到最有效最经济的使用，即在添加最少量颜料的情况下达到最高的不透明性。

但是，颜料在生产和储存的过程中，其粒子容易相互粘在一起，从而形成比理想粒子大几倍的结块通过分散，可以将结块分散成可接受的粒子大小，并均匀地分散到树脂中，成功的分散不仅能减少塑料最终产品中的表面斑点和条纹，并且能最大量的提高遮盖力在选择TiO2的品种和分散过程时要特别注意没有一种TiO2在所用不同的分散过程中都是易于分散的比如在液相中（增塑剂）用无机氧化物作表面处理的比未作表面处理的容易分散而未作表面处理的则更易于在与树脂干混的过程中分散并且单个TiO2粒子不管在分散过程中有过少能量输入，都不会被打碎不同大小的TiO2粒子具有不同的分散特性： 如图所示，有些特性发展得比别的更快，所以评价分散的好坏一定要根据真正所需的性能 不同大小的不同大小的TiO2粒子具有不同的分散特性：粒子具有不同的分散特性： 如图所示，有些特性发展得比别的更快，如图所示，有些特性发展得比别的更快，所以评价分散的好坏一定要根据真正所需的性能所以评价分散的好坏一定要根据真正所需的性能 五． 钛白粉在塑料中的应用 * 为首选牌号为首选牌号** 为适用牌号为适用牌号 2． 钛白粉的用量 塑料中加入钛白粉的主要作用是提高树脂的的遮盖力和白度。

塑料树脂本体的透明性越高，加入相同量的钛白粉白度越高塑料中添加钛白粉的浓度对白度影响较大，但在钛白粉浓度达到一定后，白度变化不大如果需要增加白度，则有时可以加入少量的荧光增白剂例如在PP及PC的透明树脂中金红石型钛白粉加入到2.0%以上时白度不再随钛白粉含量的增加而增加 六． 钛白粉的生产厂家 1．  国外主要厂家 公司名称           美国杜邦 (DuPont)      美国美礼联无机化工  （Millennium）美国享兹曼  （Huntsman）美国克朗诺斯  （Kronos）美国克尔－麦吉 （ Kerr-McGee）芬兰凯米拉 (Kemira)  日本石原产业     　　我国钛白粉工业自1956年生产搪瓷和电焊条钛白粉起步，到现在已有40多年历史由于当时条件的限制，技术落后，发展十分缓慢1978年全国钛白粉总产量不过2万吨，其中颜料级钛白粉所占比例还不到15% 　　80年代中期，利用“攀枝花钒钛磁铁矿资源综合利用”科技攻关中取得的硫酸法钛白粉开发成果，改造了一批老厂，兴建了一批新厂，装置技术水平有所提高，年生产规模迈向了5千吨级，产品品种转为以生产涂料用颜料级钛白粉为主。

 90年代初，我国从国外引进了年产1.5万吨钛白粉能力的三套硫酸法和一套氯化法生产装置硫酸法除济南裕兴化工总厂一套刚建成试生产外，其余均已投产氯化法钛白粉因熔盐氯化和氧化还存在一些技术难题，正在攻关解决中，目前已取得重大进展，其装置试车已2次达到连续运转7天以上，产品合格率达90%以上，第一步攻关目标已基本实现这几套装置，技术比较先进，改变了我国钛白粉仅有硫酸法工艺，仅能生产低档锐钛型钛白粉、小规模生产方式的落后面貌 2．国内主要厂家．国内主要厂家 表四                我国大中型钛白粉厂生产能力表           单位：万吨/年                            大型厂    --------------------------------------------------------------------------序号                    厂名                                           产能 --------------------------------------------------------------------------1                     核工业总公司404厂                           1.52                     渝港钛白粉公司                                  1.53                     裕兴化工总厂                                     2.24                     锦州钛白粉厂                                     1.55                     镇江钛白粉公司                                  1.56                     南京钛白化工公司                               1.07                     上海焦化公司钛白粉厂                        1.08                     株州化工集团钛白粉厂                        1.09                     广州钛白粉厂                                     1.010                    焦作化工总厂                                    1.011                    核工业总公司272厂                          1.0--------------------------------------------------------------------------  小型厂                                        --------------------------------------------------------------------------序号                    厂名                                            产能--------------------------------------------------------------------------1                     攀钢钛白粉厂                                    0.62                     重庆新华化工厂                                 0.53                     铜陵钛白粉厂                                    0.54                     江西赣东化工公司                              0.45                     武汉钛白粉厂                                    0.46                     衡阳化工总厂                                    0.57                     广西苍梧钛白粉公司                          0.58                     广西平桂钛白粉厂                              0.59                     韶关钛白粉厂                                    0.410                    常州长江钛白粉厂                             0.311                                              江苏淮安市钛白粉厂                                                                       0.3。