دی اکسید تیتانیوم چیست:

دی اکسید تیتانیوم که با نام های دیگری همانند تیتانیوم دی اکسید، تیتانیوم اکسید، روتیل،روتایل، آنتاز، تیتان، تیتانیا و معادل لاتین آن Titanium Dioxide شناخته می شود نوعی ترکیب شیمیایی می باشد که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. تولید صنعتی این ماده اولین بار در سال 1923 انجام شد. این ماده از سنگ معدن های متفاوتی همچون ایلمنیت که در واقع تیتانیت دو ظرفیتی می باشد و در کشورهایی همچون نروژ، کانادا، سوئد و هندوستان یافت می گردد تولید می شود، که در سه نوع روتایل، آنتاز و بروکیت تامین می گرد و در ساختار آنها تتراگونال وجود دارد. رنگدانه تیتان یکی از قدیمیترین موارد مورد استفاده به عنوان رنگدانه پوششی می باشد.

نوع روتایل دی اکسید تیتانیوم در واقع فرم طبیعی این ماده می باشد که برای جداسازی از سایر مواد از کلراید استفاده

می گردد. این ماده از قرارگیری دو عنصر تیتانیوم و اکسیژن در کنار یکدیگر تولید می شود به نحوی که عنصر تیتانیوم مابین دو عنصر اکسیژن قرار می گیرد. فرمول شیمیایی این ماده TIO2 است که به عنوان یک عامل رنگ دهنده در مجموعه وسیعی از محصولات مورد استفاده قرار می گیرد. تیتیانیوم از عمده عناصر موجود بر روی کره زمین می باشد، این عنصر به طور کلی در سنگ معدن ماسه و خاک یافت می گردد.

تیتانیوم به طور طبیعی در سنگ معدنی شکل می گیرد. دی اکسید تیتانیوم با داشتن رنگ سفید بالا، قدرت پخش نور و مقابله بالایی در برار اشعه ماورا بنفش از خود دارد و مزیت بالایی بر کیفیت زندگی دارد. از این ماده به عنوان عامل فوتوکاتالیست در رنگ ها، سیمان و کاشی مورد استفاده قرار می گردد.

حجم بازار دی اکسید تیتانیوم طی 5 سال آینده شامل افزایش بیش از 7 درصدی می باشد. کاربرد این ماده در محصولات مراقبت شخصی می تواند باعث افزایش میزان درخواست این محصول گردد. این ماده کیفیت بالایی به عنوان پوشش دهنده از خود داشته و یکی از گرانترین مواد مورد استفاده در پوشش های رنگ امولوسیون می باشد. طی دوره های متفاوت در بهینه سازی مصرف این ماده و مقرون به سازی آن تلاش بسیاری شده است.

مشخصات فیزیکی دی اکسید تیتانیوم خوراکی:

این ماده به صورت جامد و از جمله ترکیبات شیمیایی کاربردی می باشد. فرم فیزیکی دی اکسید تیتانیوم به شکل پودر و سفید رنگ بوده و دارای نقظه ذوب معادل 1843 درجه سانتی گراد و نقظه جوش معادل 2972 درجه سانتی گراد می باشد. دی اکسید تیتانیوم به عنوان ماده ای اشتعال پذیر شناسایی می گردد و قابلیت انحلال پذیری پایین دارد که از همین خاصیت آن در محصولات آرایشی بهداشتی به عنوان عاملی جهت محافظت از پوست استفاده می گردد. از عمده خصوصیات دی اکسید تیتانیوم می توان به پایداری آن در مقابل حرارت ، غیر سمی و بی خطر بودن آن اشاره نمود. این ماده تمایل بالایی به اکسیده گردیدن از خود دارد.

به همین علت در صورت قرارگیری این ماده در مجاورت اکسیژن وارد واکنش با آن گردیده و اکسید می شود. این ماده یک ماده خنثی است به نحوی که با سایر مواد شیمیایی وارد واکنش نمی شود و از همین خاصیت آن در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

دی اکسید تیتانیوم نانو حاوی ذرات ریز به میزان کمتر از 100 نانومتر بوده و این گرید شفاف و از ویژگی های مناسبی به منظور جذب اشعه ماورا بنفش در قیاس با مدل های دیگر آن برخوردار است. این ماده از ضریب شکست بالایی برخوردار است به نحوی که این ضریب از الماس نیز بالاتر می باشد و درخشندگی بالایی دارد. درخشندگی دی اکسید تیتانیوم همانند ماده دیگری نمی باشد و پایداری آن در برار نور، گرما بالا بوده به نحوی که از تخریب رنگ، فیلم و پلاستیک با توجه به توانایی این ماده در جذب اشعه ماورا بنفش جلوگیری می نماید و مناسب استفاده در کرم ضد آفتاب می باشد.

پیگمنت دی اکسید تیتانیوم به صورت پودری سفید و غیر قابل حل در رزین می باشد و قابلیت پخش به آسانی در رزین را از خود دارد. پیگمنت های سفید رنگ این ماده در واقع مواد غیر آلی همچون روی، تیتانیوم و سرب می باشند و قابلیت انعکاس موج قابل دید را از روی خود دارد. به عنوان نمونه، مدل روتایل این ماده بر روی خاصیت کنترل گچ و خاک حاصل بر سطح بیرونی تاثیر داشته و تا 30 درصد عملکرد بهتری به نسبت مدل آنتاز از خود دارد.

مدل آنتاز این ماده در عین حال که میزان سفیدی بالاتری به نسبت نوع روتایل آن دارد به خاطر میل گچ شوندگی آن استفاده نمی شود.

رنگدانه های این ماده غیرفعال و نامحلول در اسید، باز، حلال آلی و آب می باشد اما در فلوئدریک و اسید سولفوریک گرم حل می گردد. دی اکسید تیتانیوم مقاوت در برابر حرارت داشته و خنثی می باشد. نوع روتایل دی اکسید تیتانیوم به نسبت آنتاز آن از چگالی بالاتری برخوردار می باشد و این نوع از ثبات بالاتری برخوردار می باشد، نوع روتایل این ماده رنگ سفید مایل به زرد و نوع آنتاز آن رنگ سفید مایل به آبی دارد. از رنگدانه های سفید می توان به کربنات، سیلیکات بازی، سولفات، اکسید روی، اکسید آنتی مونی، لیتوپون و دی اکسید تیتانیوم نام برد.

فروش تیتانیوم دی اکسید

تفاوت این مواد در ماهیت فیزیکی این مواد می باشد. از عمده تفاوت ها می توان به اندازه ذرات، قدرت جذب روغن و ضریب شکست اشاره کرد. از میان این رنگدانه های سفید تنها اکسید روی و کربنات بازی قابلیت واکنش با اسید های بعضی از رزین ها را دارد و سایر رنگدانه ها سفید و خنثی هستند. حاصل واکنش این نوع رنگدانه ها با اسید چرب برخی از رزین ها، صابون و نمک سرب و روی می باشد که اثرات جانبی منفی از جمله افزایش وسیکوزیته، ته نشینی، کاهش طول عمر فیلم می باشد.

نحوه تولید دی اکسید تیتانیوم:

تولید این ماده بسته به ماده اولیه متفاوت می باشد. از رایج ترین منابع موجود در تولید این ماده می توان به ایملنیت اشاره نمود، این ماده معدنی پس از استخراج از معدن طی فرآیندهای سولفات و کلراید به فرم خاصی در می آید.

پروسه سولفات:

در طی این فرآیند ایلمنت به عنوان یک ماده اولیه در پروسه تولید مورد استفاده قرار می گیرد که با اسید سولفوریک واکنش می دهد و ماده حاصله تیتانیوم اکسیژن سولفات به دست می آید و در نهایت تبدیل به دی اکسید تیتانیوم می شود. این پروسه ماده معدنی ایلمنیت به طور کاملا ریز آسیاب گردیده و در اسید سولفوریک غلیط با دمای مابین 150 الی 200 درجه سانتی گراد حل گردیده به نحوی که تیتانیوم و سولفات آهن تولید می شود.

سپس با تبخیر محلول و سرد کردن آن مقدار زیادی از سولفات آهن 2 متبلور می گردد که پس از فیلتراسیون مجدد با استفاده از بخار مابین 95 الی 110 درجه سانتی گراد گرم گردیده تا سولفات تیتانیوم به دی اکسید تیتانیوم هیدراته تبدیل و رسوب گردد. همچنین با افزایش میزان پودر دی اکسید تیتانیوم به عنوان جوانه زا می توان باعث افزایش سرعت رسوب دهی شد. با استفاده از فرآیند تکلیس در دمای 1000 درجه سانتی گراد تیتانیوم شکل می گیرد. شایان ذکر است که روتایل در اسید سولفوریک غیر قابل حل می باشد و به منظور تخلیص می بایست روش دیگری اعمال نمود.

پروسه کلراید:

این فرآیند نیاز به ماده معدنی روتایل بوده که فوق العاده کم یاب می باشد. ماده خام این پروسه می بایست حداقل به میزان 70 درصد روتایل داشته باشد. در این پروسه تیتانیا در واکنش با کربن اکسایش گردیده و این پروسه در مرحله بعد به وسلیه کلر تکرار می گردد. پس از این پروسه مایع TICL4 حاصل گردیده که توسط حرارت تا دما 1700 درجع سانتی گراد تقطیر و به دی اکسید تیتانیوم تبدیل می گردد.

انوع مختلف دی اکسید تیتانیوم:

این ماده به دو شکل رایج رنگدانه و نانو و با دانه بندی های مختلف طبقه بندی می گردد و از مواد اولیه مختلفی همچون روتیل، آناتیز و بروکیت تولید می گردد. دو نوع رایج این ماده به شرح زیر تولید و عرضه می گردد:

دی اکسید تیتانیوم رنگدانه:

بالاترین میزان تولید دی اکسید تیتانیوم فرم رنگدانه ای آن می باشد که به منظور سفید سازی و شفاف کردن انواع مواد مورد استفاده قرار گرفته و کاربردهای فراوانی از خود دارد.

دی اکسید تیتانیوم نانو:

مقداری کمی از تولید این ماده به فرم نانو می باشد و شکل نانو این محصول در مواردی که نیاز به شفاف سازی می باشد استفاده می شود. از این ماده به علت خاصیت جذب نور ماورا بنفش آن در محصولات آرایشی و بهداشتی همچون کرم ضد آفتاب مورد استفاده قرار می گیرد. دی اکسید تیتانیوم نانو دارای اندازه ذرات فوق العاده ریز یوده و از سفیدی بالایی برخوردار است.

کاربردهای دی اکسید تیتانیوم:

این ماده یکی از مواد شیمیایی پر کاربرد در صنعت می باشد. این ماده به شکل پودر سفید بوده و کاربری فراوانی در رزین، رنگ، دارو، آرایشی بهداشتی و صنعت غذا دارد. این ماده پس از استخراج از معدن و تصفیه قابل استفاده بوده و در فرم طبیعی به شکل آنتاز، روتیل بوده و فرم فراوری شده آن به شکل پودر ریز می باشد و از عمده کاربری های آن می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

محصولات آرایشی و بهداشتی:

از دی اکسید تیتانیوم در رنج وسیعی از مواد آرایشی و بهداشتی همچون رژ گونه، پودر فشرده آرایشی، سایه چشم و انواع کرم ها از جمله کرم ضد آفتاب استفاده می شود. وجود این ماده در ساختار این نوع مواد آرایشی به روشن سازی پوست و از بین بردن لکه های پوستی کمک به سزایی می کند. از این ماده علاوه بر استفاده به عنوان رنگدانه، به عنوان غلیظ کننده کرم نیز استفاده می گردد. در کرم ضد آفتاب به علت توانایی بالای دی اکسید تیتانیوم در جذب اشعه ماورا بنفش و شفافیت بالا استفاده می شود. خاصیت سفیدکنندگی و تیکنر کنندگی این ماده باعث گردیده است در محصولاتی همچون لوسیون و کرم ها مورد استفاده قرار گیرد.

تیتانیوم دی اکسید

با اینکه ضد آفتاب ها شامل دو دسته UVA و UVB می باشند، در دوسته شیمیایی و فیزیکی (به صورت معدنی) طبقه بندی می گردد. ضد آفتاب هایی که حاوی دی اکسید تیتانیوم یا اکسید روی می باشد نوع شیمیایی آن حاوی مواد شیمیایی بوده که عمل غیر فعال سازی نور خورشید را انجام داده و نور ماورا بنفش را تبدیل به گرما و سپس آزاد می سازد. نوع فیزیکی این محصول که از مواد معدنی تشکیل شده است نور را جذب و منحرف می سازد. این نوع همانند آینه عمل می کند و از نفوذ جلوگیری می کند.

کاربرد در رنگ:

از دی اکسید تیتانیوم در تولید انواع رنگ ها استفاده می گردد. حضور این ماده به عنوان یک ماده ضروری در افزایش دوام و طول عمر رنگ بر روی سطوح استفاده گردیده و همچنین از تیرگی رنگ به مرور زمان جلوگیری می کند. رنگ سفید با استفاده از قابلیت انکسار بالای آن سالیان سال است که مورد استفاده قرار می گیرد و استفاده از دی اکسید تیتانیوم به عنوان عامل درخشندگی، انکسار بالا و مقاوم در برابر اشعه ماورا بنفش در این رنگها مورد استفاده قرار می گیرد.

پیش از سال 1920 تولیدکندگان رنگ از سرب سفید که یک ماده سمی می باشد به عنوان عامل سفید کننده در رنگ استفاده می کردند و علت عدم استفاده از دی اکسید تیتانیوم مقرون به صرفه نبودن آن می بود.

اما در حال حاضر دی اکسید تیتانیوم با توجه به تولید بالا و عملکرد مناسب جایگزین مناسب تری به نسبت سایر سفید کننده های از جمله اکسید روی می باشد که از عملکرد پایین تری به نسبت دی اکسید تیتانیوم می باشد. این ماده در حال حاضر از رایج ترین رنگ دانه های مورد استفاده است و پایه اکثر رنگ های موجود در بازار می باشد. از دی اکسید تیتانیوم همچنین در پلاستیک و پوشش نیز استفاده می گردد و مصرف بالای 50 درصد از این ماده مرتبط با این موارد است.

این محصول از ضریب شکست بالایی برخوردار است به نحوی که می تواند نور مرئی را پخش نماید، این قابلیت آن باعث نمایش رنگ ماتی می گردد و زمانی که بر روی محصول قرار داده میشود منجر به ایجاد ماده ای درخشان می شود.

کاتالیست:

از دی اکسید تیتانیوم با توجه به اندازه ذرات آن می تواند کاتالیست با سطح بالا تولید گردد. تحقیقات فراوانی در حال حاضر با توجه به تثبیت کاتالیزور و سطح بالای آن و جابگیزنی بر کاتالیزورهای ناهمگن انجام گردیده است. به خاطر بازده کم کوانتومی و توانایی پایین در جذب، هزینه بالا و دشوار بودن جداسازی این ماده در صنایعی بزرگ به عنوان جایگزین و کاتالیزور، استفاده از این ماده محدود گردیده است.

سلول های خورشیدی:

از این ماده با توجه به میزان سفیدی بالای آن و قدرت تابش بالا به عنوان یک لایه بستر در سلول های DSSC مورد استفاده قرار می گیرد.

صنایع غذایی:

دی اکسید تیتانیوم با توجه به آنکه به عنوان یک ماده بی خطر و غیر سمی شناخته شده است و ضرری برای انسان ندارد در مواد غذایی و خوراکی ها به عنوان یک ماده افزودنی رنگ استفاده می گردد. از این ماده در مواد غذایی به عنوان رنگدانه و با نام E171 کاربرد داشته که علاوه بر سفید کنندگی در تقویت بافت و رنگ نیز موثر می باشد.

تیتانیوم

کاربرد دی اکسید تیتانیوم در این صنعت اکثرا به عنوان سفید کننده و به منظور بهبود رنگ می باشد و در مواد غذایی که به نور ماورا بنفش حساس می باشد از این ماده به منظور جلوگیری از فاسد شدن و افزایش ماندگاری استفاده می شود. از این قابلیت ماده در مواد آرایشی بهداشتی نیز به جهت مانع نفوذ اشعه ماورا بنفش بر روی پوست استفاده می گردد.

کاربرد در صنایع شوینده:

از این ماده در محصولات بهداشتی و شوینده همچون صابون ها، پاک کننده بهداشتی و آرایشی و سایر موارد استفاده می گردد.

صنعت پلاستیک:

از این ماده در محصولات پلاستیکی خودرو و همچنین تولید لاستیک مورد استفاده قرار می گیرد.