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二氧化钛 编辑

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什么是二氧化钛

二氧化钛,是一种无机化合物,化学式为TiO2.用作颜料时,称为钛白、颜料白6(PW6)或CI77891。它是一种白色的不溶于水的固体,尽管矿物形式可能呈现黑色。作为一种颜料,它的应用范围很广,包括油漆、防晒霜食用色素。当用作食用色素时,它的E编号为E171。2014年世界产量超过900万吨。据估计,三分之二的颜料使用二氧化钛,基于这种氧化物的颜料价值132亿美元

二氧化钛的结构

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在所有三种主要的二氧化钛中,钛都呈现八面体几何形状,与六个氧化物阴离子键合。氧化物依次与三个Ti中心键合。金红石的整体晶体结构是四方对称的,而锐钛矿和板钛矿是正交的。氧亚结构都是密堆积的轻微扭曲:在金红石中,氧化物阴离子排列成扭曲的六方密堆积,而在锐钛矿中它们接近立方密堆积,而在板钛矿中则为“双六方密堆积”。金红石结构广泛用于其他金属二氧化物和二氟化物,例如RuO2和ZnF2。

熔融二氧化钛具有局部结构,其中每个Ti平均与约5个氧原子配位。这与Ti与6个氧原子配位的结晶形式不同。

锐钛矿的结构。与金红石和板钛矿一起,是TiO2的三种主要多晶型物之一。

二氧化钛的产生

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合成二氧化钛主要由钛铁矿制成。金红石和锐钛矿,天然存在的TiO2也广泛存在,例如金红石作为海滩沙中的“重矿物”。Leucoxene是一种由钛铁矿自然蚀变形成的细粒锐钛矿,是另一种矿石。星光蓝宝石和红宝石的星光来自金红石针的定向内含物。

矿物学和罕见的多晶型物

二氧化钛在自然界中以矿物金红石和锐钛矿的形式存在。此外,两种高压形式是已知的矿物:一种单斜斜锰矿样形式,称为akaogiite,另一种具有斜方晶α-PbO2结构的轻微单斜畸变,称为riesite。两者都可以在巴伐利亚的里斯火山口找到。主要来源于钛铁矿,这是世界上分布最广的含二氧化钛矿石。金红石是第二丰富的,矿石中含有约98%的二氧化钛。当加热到600–800°C(1,110–1,470°F)以上的温度时,亚稳态锐钛矿和板钛矿相不可逆地转变为平衡金红石相。

二氧化钛的应用

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最重要的应用领域是油漆和清漆以及纸张和塑料,它们约占世界二氧化钛消费量的80%。其他颜料应用如印刷油墨、纤维橡胶化妆品食品占另外8%。其余的用于其他应用,例如生产工业纯钛、玻璃玻璃陶瓷、电陶瓷、金属光泽、催化剂、电导体和化学中间体。

颜料

1916年首次大规模生产,二氧化钛是最广泛使用的白色颜料,因为它的亮度和非常高的折射率,只有少数其他材料能超越它(参见折射率列表)。二氧化钛晶体尺寸理想地约为220nm(通过电子显微镜测量),以优化可见光的xxx反射。然而,在二氧化钛中经常观察到异常晶粒生长,特别是在其金红石相中。异常晶粒生长的发生导致少量微晶偏离平均晶体尺寸并改变了TiO2的物理行为.成品颜料的光学特性对纯度高度敏感。低至百万分之几(ppm)的某些金属(Cr、V、Cu、Fe、Nb)会严重干扰晶格,以至于可以在质量控制中检测到这种影响。全世界每年使用大约460万吨颜料型TiO2,随着使用量的不断增加,预计这一数字还会增加。

TiO2也是一种有效的粉末状遮光剂,用作颜料为油漆、涂料、塑料、纸张、油墨、食品、药物(即药丸和片剂)和大多数牙膏等产品提供白度和不透明度;2019年,它出现在法国市场上三分之二的牙膏中。在油漆中,它通常被随意地称为“明亮的白色”、“完美的白色”、“最白的白色”或其他类似术语。通过优化二氧化钛颗粒的尺寸来改善不透明度。

薄膜

某些等级的改性钛基颜料用于闪亮的油漆、塑料、饰面和化妆品——这些是人造颜料,其颗粒具有两层或多层各种氧化物——通常是二氧化钛、氧化铁或氧化铝——以具有闪光,虹彩和/或珠光效果类似于碎云母或鸟嘌呤产品。除了这些影响之外,在某些配方中可能会发生有限的颜色变化,具体取决于成品的照射方式和角度以及颜料颗粒中氧化层的厚度;一种或多种颜色通过反射出现,而其他色调则由于透明二氧化钛层的干扰而出现。在一些产品中,二氧化钛层通过在800°C左右煅烧钛盐(硫酸盐、氯酸盐)与氧化铁一起生长珠光颜料的一个例子是Iriodin,基于涂有云母的二氧化钛或氧化铁(III)。

这些二氧化钛颗粒中的虹彩效果与通常通过采矿获得的研磨二氧化钛颜料获得的不透明效果不同,在这种情况下,仅考虑颗粒的特定直径并且该效果仅归因于散射。

防晒霜和防紫外线颜料

在化妆品和护肤品中,二氧化钛用作颜料、防晒剂和增稠剂。作为防晒霜,使用了超细TiO2,​​值得注意的是,它与超细氧化锌结合使用,被认为是一种有效的防晒霜,可降低晒伤的发生率,并xxx限度地减少与长期过量相关的过早光老化、光致癌和免疫抑制日晒。有时,这些紫外线阻断剂与防晒霜中的氧化铁颜料结合使用,以增加对可见光的保护。

通常认为二氧化钛和氧化锌对珊瑚礁的危害低于含有氧苯酮、奥克立林和辛氧酸盐等化学物质的防晒霜。

纳米二氧化钛存在于大多数物理防晒霜中,因为它具有很强的紫外线吸收能力,并且在紫外线下不易变色。这一优势增强了其稳定性和保护皮肤免受紫外线伤害的能力。纳米级(粒径为20–40nm)二氧化钛颗粒主要用于防晒乳液,因为它们比二氧化钛颜料散射可见光要少得多,并且可以提供紫外线防护。为婴儿或皮肤敏感的人设计的防晒霜通常基于二氧化钛和/或氧化锌,因为这些矿物紫外线阻断剂被认为比其他吸收紫外线的化学物质对皮肤的刺激更小。Nano-TiO2可阻挡用于防晒霜和其他化妆品的UV-A和UV-B辐射。使用安全,比有机紫外线吸收剂更环保。

防晒霜中不同二氧化钛纳米材料风险评估目前正在发展,因为纳米级TiO2不同于众所周知的微粉化形式。金红石形式通常用于化妆品和防晒产品,因为它在正常条件下不具有任何观察到的损伤皮肤的能力并且具有更高的紫外线吸收。2016年消费者安全科学委员会(SCCS)测试得出结论,使用纳米二氧化钛(95%-100%金红石,≤5%锐钛矿)作为紫外线过滤剂可被认为不会造成任何不利影响的风险在人类健康皮肤上的应用后,除非应用方法会导致大量吸入风险(即粉末或喷雾剂型)。该安全意见适用于浓度高达25%的纳米TiO2。

二氧化钛

初步研究表明,纳米TiO2颗粒可以穿透皮肤,引起人们对使用纳米TiO2的担忧。这些研究后来被驳斥,因为发现测试方法无法区分穿透的颗粒和简单地被困在毛囊中的颗粒,而真皮病变或物理损伤可能是屏障保护不足的真正原因。

SCCS研究发现,当纳米颗粒具有某些光稳定涂层(例如氧化铝、二氧化硅、十六烷基磷酸酯、三乙氧基辛基硅烷、二氧化锰)时,光催化活性减弱,并且没有观察到明显的皮肤渗透;本研究中的防晒霜用量为10mg/cm2,暴露时间为24小时。用氧化铝、二氧化硅、锆石或各种聚合物涂覆TiO2可以xxx限度地减少阿伏苯宗的降解并通过添加额外的光衍射机制来增强紫外线吸收。

二氧化钛2广泛用于塑料和其他应用中,作为白色颜料或遮光剂,以及其抗紫外线特性,其中粉末分散光线-与有机紫外线吸收剂不同-并减少紫外线损伤,主要是由于颗粒的高折射率。

二氧化钛的其他用途

它被用作纹身颜料和止血铅笔。生产的二氧化钛具有不同的粒径,可在油和水中分散,并以某些等级用于化妆品行业。它也是牙膏中的常见成分。

土星五号火箭的外部涂有二氧化钛;这后来让天文学家确定J002E3是阿波罗12号的S-IVB阶段,而不是小行星。


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词条目录
  1. 二氧化钛的结构
  2. 二氧化钛的产生
  3. 矿物学和罕见的多晶型物
  4. 二氧化钛的应用
  5. 颜料
  6. 薄膜
  7. 防晒霜和防紫外线颜料
  8. 二氧化钛的其他用途

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