钛白粉百科

2021-10-29 20:58
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钛白粉(英文名称:titanium dioxide),主要成分为二氧化钛(TiO2)的白色颜料。学名为二氧化钛( titanium dioxide),分子式为TiO2是一种多晶化合物,其质点呈规则排列,具有格子构造。在涂料体系中使用GR复合钛白颜料可限得与钛白粉相同或相近的性能指标;GR复合钛白颜料可广泛应用于涂料体系中,改善涂料的性能,较大幅度地降低材料的使用成本。



主要特性



物理


1)相对密度


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。


2)熔点和沸点


由于锐钛型在高温下会转变成金红石型,因此锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点,金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点为(1830±15)℃、富氧中的熔点为1879℃,熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为为(3200±300)℃,在此高温下二氧化钛稍有挥发性。


3)介电常数


由于二氧化钛的介电常数较高,因此具有优良的电学性能。在测定二氧化钛的某些物理性质时,要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低,只有48。


4)电导率


二氧化钛具有半导体的性能,它的电导率随温度的上升而迅速增加,而且对缺氧也非常敏感。金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要,可利用该性质生产陶瓷电容器等电子元器件。


5)硬度


按莫氏硬度十分制标度,金红石型二氧化钛为6~6.5,锐钛型二氧化钛为5.5~6.0,因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。


6)吸湿性


二氧化钛虽有亲水性,但其吸湿性不太强,金红石型较锐钛型为小。二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系,表面积大,吸湿性高,还与表面处理与性质有关。


7)热稳定性


二氧化钛属于热稳定性好的物质。


8) 粒度


钛白粉粒度分布是一个综合性的指标,它严重影响钛白粉颜料性能和产品应用性能,因此,对于遮盖力和分散性的讨论可直接从粒度分布上进行分析。


影响钛白粉粒度分布的因素较为复杂,首先是水解原始粒径的大小,通过控制和调节水解工艺条件,使原始粒径在一定范围内。其次是煅烧温度,偏钛酸在煅烧的过程中,粒子经历一个晶型转化期和成长期,控制适宜的温度,使成长粒子在一定范围内。最后就是产品的粉碎,通常对雷蒙磨的改造和分析器转速的调节,控制粉碎质量,同时可以采用其它粉碎设备,例如:万能磨、气流粉碎机和锤磨装置。


晶体


二氧化钛在自然界有三种结晶形态:金红石型、锐钛型和板钛型。板钛型属斜方晶系,是不稳定的晶型,在650℃以上即转化成金红石型,因此在工业上没有实用价值。锐钛型在常温下是稳定的,但在高温下要向金红石型转化。其转化强度视制造方法及煅烧过程中是否加有抑制或促进剂等条件有关。


一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化,超过730℃时转化得很快。金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态,结构致密,与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。金红石型和锐钛型都属于四方晶系,但具有不同的晶格,因而X射线图象也不同,锐钛型二氧化钛的衍射角位于25.5°,金红石型的衍射角位于27.5°。金红石型的晶体细长,呈棱形,通常是孪晶;而锐钛型一般近似规则的八面体。


金红石型比起锐钛型来说,由于其单位晶格由两个二氧化钛分子组成而锐钛型却是由四个二氧化钛分子组成,故其单位晶格较小且紧密,所以具有较大的稳定性和相对密度,因此具有较高的折射率和介电常数及较低的热传导性。


二氧化钛的三种同分异构体中只有金红石型最稳定,也只有金红石型可通过热转换获得。天然板钛矿在650℃以上即转换为金红石型,锐钛矿在915℃左右也能转变呈金红石型。


化学


二氧化钛的化学性质极为稳定,是一种偏酸性的两性氧化物。常温下几乎不与其他元素和化合物反应,对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用,不溶于水、脂肪,也不溶于稀酸及无机酸、碱,只溶于氢氟酸。但在光作用下,钛白粉可发生连续的氧化还原反应,具有光化学活性。 这一种光化学活性,在紫外线照射下锐钛型钛白粉尤为明显,这一性质使钛白粉即使某些无机化合物的光敏氧化催化剂,又是某些有机化合物光敏还原催化剂。


应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿一般作业工作服。避免扬尘,小心扫起,置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏,用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。


二氧化钛(或称钛白粉)广泛用于各类结构表面涂料、纸张涂层和填料、塑料及弹性体,其它用途还包括陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物、印刷油墨、屋顶铺粒和焊剂。据统计,2006年全球二氧化钛需求达460万吨,其中涂料行业占58%、塑料行业占23%、造纸10%、其他9%。钛白粉既可用钛铁矿、金红石制取,也可用钛渣制取。钛白粉生产工艺有两种:即硫酸盐工艺和氯化物工艺,硫酸盐法的技术比氯化物法简单,可以用品位低和比较便宜的矿物。如今世界上约有47%产能采用硫酸盐工艺,53%产能为氯化物工艺。


识别


物理方法:



    最简单的方法是比较手感,假钛白粉较滑,真钛白粉较涩。


    水冲,手上沾点钛白粉,假的容易冲掉,真的不容易冲掉。


    取一杯清水,丢钛白粉进去,浮上来的为真,沉淀下去的为假(如果是活化改性的产品就不灵)。



化学方法:



    掺了轻钙或重钙:加入稀硫酸或盐酸,有气泡可以使澄清石灰水变浑浊,因为碳酸钙会与酸反应产生二氧化碳。


    掺了立德粉:加入稀硫酸或盐酸,有臭鸡蛋气味。


    做成乳胶漆,加铁红,颜色深,说明遮盖力差的为假或质量很差的钛白粉。



另外还有两个比较好的方法:



    利用同样的PP+30%GF+5%PP-G-MAH+0.5%钛白粉,强度越低,钛白粉(金红石)越真。


    选择一个透明树脂,比如透明ABS+0.5%的钛白粉,测量透光率,透光率越低,钛白粉越真。



制造


钛白粉制造方法有两种:硫酸法(Sulphate Process)和氯化法(Chloride Process)。其中56%为氯化法产品,这种产品的70%以上又产自美国杜邦等钛白粉大厂,其他国家包括中国的钛白粉工厂仍以硫酸法为主。


硫酸法


将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛,经水解生成偏钛酸,再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料,技术较成熟,设备简单,防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长,只能以间歇操作为主,湿法操作,硫酸、水消耗高,废物及副产物多,对环境污染大。


氯化法


氯化法是用含钛的原料,以氯化高钛渣、或人造金红石、或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛,经精馏提纯,然后再进行气相氧化;在速冷后,经过气固分离得到TiO2。该TiO2因吸附一定量的氯,需进行加热或蒸气处理将其移走。该工艺简单,但在1000℃或更高条件氯化,有许多化学工程问题如氯、氯氧化物、四氯化钛的高腐蚀需要解决,再加上所用的原料特殊,较之硫酸法成本高。氯化法生产为连续生产,生产装置操作的弹性不大,开停车及生产负荷不易调整,但其连续工艺生产,过程简单,工艺控制点少,产品质量易于达到最优的控制。再加上没有转窑煅烧工艺形成的烧结,其TiO2原级粒子易于解聚,所以在表观上人们习惯认为氯化法钛白粉产品的质量更优异。氯化法优点是流程短,生产能力易扩大,连续自动化程度高,能耗相对低,“三废”少,能得到优质产品。其缺点是投资大,设备结构复杂,对材料要求高,要耐高温、耐腐蚀,装置难以维修,研究开发难度大。



替代品


为了解决价格高昂的成本,后来发明了立德粉,锻白粉等产品,但是综合性能远不如钛白粉,只能部分替代钛白粉。




成分结构



它有金红石型(Rutile R型)和锐钛型(Anatase 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。



工业发展



我国钛白粉工业始于20世纪50年代中期。



中文名称:钛白粉 英文名称:titanium oxide主要成分为二氧化钛(TiO2)的白色颜料。钛白粉学名为二氧化钛( titanium dioxide),分子式为TiO2是一种多晶化合物,其质点呈规则排列,具有格子构造。随着钛白粉行业的不断发展越来越多的品牌被人类认识,《2013-2017年中国钛白粉行业产销需求与投资预测分析报告》数据显示,我国钛白粉总产能占世界的30%,是世界最大的钛白粉生产国,2011年全国钛白粉总产能为约260万吨。


此外,我国也已成为世界最大的钛白粉消费国,1999-2011年,我国钛白粉消费量从24.8万吨/年增长至165万吨/年,年复合增长率达17.11%,远超GDP增速。



在涂料体系中使用GR复合钛白颜料可限得与钛白粉相同或相近的性能指标;GR复合钛白颜料可广泛应用于涂料体系中,改善涂料的性能,较大幅度的降低材料的使用成本2011年中国钛白粉行业进出口总额为18.58亿美元,其中进口额为7.04亿美元,同比增长9.22%;出口额为11.55亿美元,同比增长122.58%;2011年钛白粉国际贸易首次出现贸易顺差,顺差额4.51亿美元2011年,全国钛白粉进口总量20万吨,较上一年减少了6.9万吨,增长率为-25.65%;钛白粉出口总量为38万吨,较上一年增加了11.4万吨,增长率为42.86%。


净出口量达18万吨。这表明,国产钛白粉的质量有所提高,能满足国内大部分下游产品的需求,在替代一部分进口产品的同时,也增加了出口量。




应用领域



钛白粉的主要应用领域:涂料、塑料、油墨、造纸,其中涂料占60%,塑料占20%、造纸占14%,其它(含化妆品、化纤、电子、陶瓷、搪瓷、焊条、合金、玻璃等领域)占6%。



钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂,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,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量,常加入一定量的金红石型产品,以增强抗臭氧和抗紫外线能力。


钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒,远比铅白优越,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、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。


一、化妆品级二氧化钛分为油性和水性钛白粉。由于它化学性质稳定,折射率高、不透明度高、遮盖力高、白度好、且无毒害,被广泛应用于化妆品领域,起美容美白的功效。


性能特点:



    白度高,遮盖力强。


    亲水、亲油产品它克服了一般钛白粉在各自的分散体系中不易分散、易沉淀等缺陷,显著改善了它的分散性和抗沉淀性,使您的产品更加稳定和满意。


    耐候性强。


    与化妆品其他原料配伍性好。



用途


钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。


钛白粉(二氧化钛)化学性质稳定,在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶:板钛型、锐钛和金红石型。板钛型是不稳定的晶型,无工业利用价值,锐钛型(Anatase)简称A型,和金红石型(Rutile)简称R型,都具有稳定的晶格,是重要的白色颜料和瓷器釉料,与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性,特别是没有毒性。


钛白粉广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业。


涂料行业是钛白粉的最大用户,特别是金红石型钛白粉,大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料,色彩鲜艳,遮盖力高,着色力强,用量省,品种多,对介质的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。


塑料行业是第二大用户,在塑料中加入钛白粉,可以提高塑料制品的耐热性、耐光性、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。


造纸行业是钛白粉第三大用户,作为纸张填料,主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉,可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。但层压纸要求使用经过表面处理的金红石型钛白粉,以满足耐光、耐热的要求。


钛白粉还是高级油墨中不可缺少的白色颜料。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。


纺织和化学纤维行业是钛白粉的另一个重要应用领域。化纤用钛白粉主要作为消光剂。由于锐钛型比金红型软,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。


搪瓷行业是钛白粉的一个重要应用领域,搪瓷级钛白粉具有纯度高、白度好、颜色鲜、粒径均匀、很强的折射率和较高消色力,具有很强的乳浊度和不透明性,使涂搪后涂层薄、光滑和耐酸性强,在搪瓷制造工艺中能与其他材料混合均匀、不结块、易于熔制等优点。


陶瓷行业也是钛白粉的重要应用领域,陶瓷级钛白粉具有纯度高、粒度均匀、折射率高,有优良的耐高温性,在1200度高温条件下保持1小时不变灰的特性。不透明度高、涂层薄、重量轻,广泛应用于陶瓷、建筑、装饰等材料。



行业状况



一、涂料行业状况


1、数量多规模小


由于涂料生产具有投资少、见效快的特点,随着国民经济的发展,各地乡镇企业、民营企业和外企迅速进入涂料行业。据不完全统计,如今全国8000多家涂料企业主要集中在长三角、珠三角和环渤海地区。其中,“洋品牌”和国内较大规模的生产厂家,市场定位在中高档产品,处于市场领导地位,引导涂料消费趋势。其它国内众多中小涂料企业,则以生产中低档涂料产品为主,处于市场追随地位。


2、行业竞争大


3、国内品牌与国外品牌存在一定差距


4、高质量产品不足低质量产品过剩


5、涂料需求不减


二、塑料行业


金融危机的爆发对中国塑料业来讲几近致命。塑料玩具、人造革、包装、丝绳等塑料产品的出口急速萎缩,导致大量塑料生产的企业倒闭。中国塑料行业协会的2009年塑料行业报告显示:有四分之一的塑料企业亏损。而实际情况恐怕要比统计的糟得多,比如PVC(聚氯乙烯)生产企业是全行业亏损。种种迹象表明,当前中国的塑料行业正面临一场大考,如果不及格,后果将不堪设想。在其中,政府和企业的合力、合理“出牌”至关重要。


2010年6月,中国与海湾合作委员会在沙特首都利雅得进行的自由贸易区谈判结果让很多塑料企业松了一口气,中国最终没有加入海合组织,最让中国企业担忧的中东将新建的5大乙烯生产项目,也并没有实际投产。


据了解,2009年中东地区将有5个新的乙烯裂解项目试运行,主要为乙烷法生产的乙烯。此5大项目投产后,中东乙烯年产能将从2008年的1690万吨增至2012年的2810万吨。2009年中东乙烯产能将增加710万吨,其中沙特阿拉伯新增产能将超过400万吨/年,伊朗新增产能超过100万吨/年,科威特新增产能85万吨/年,卡塔尔新增产能97.5万吨/年。这5个乙烯裂解项目只是有初步意向,达成意向之后因为危机的影响一直没有实际投产,具体何时投产还没日期,所以中国进口的乙烯价格没有出现暴跌。然而,中东低成本的塑料产品仍是悬在中国企业头上的达摩克利斯之剑。


三、造纸行业


我国造纸行业正处于一个高速成长期。历年的统计数据表明,我国纸和纸板的总产量一直大幅低于总消费量,年人均纸张消费量远低于世界发达国家水平。在加工制造业生产能力普遍过剩的现阶段,造纸业是为数不多的需求量不断增长且供不应求的行业之一,属典型的需求拉动型行业。


从1997年-2010年国内纸张及纸板年消费量和生产量的增长率与GDP增长率的比较可以看出,纸张及纸板年消费量与生产量的增长率起伏较大,两者保持一个非常相似的增长趋势。与我国GDP的增长率相比,纸张及纸板年消费量与生产量的增长率从2002年开始一直都处于一个比较高的水平,可以说我国的造纸行业正处于一个高速成长期。


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