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二氧化鈦
    發(fā)布時間: 2023-08-16 16:04    
二氧化鈦
二氧化鈦（化學(xué)式：TiO?），白色固體或粉末狀的兩性氧化物，分子量：79.9，是一種白色無機顏料，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認(rèn)為是現(xiàn)今世界上性能最好的一種白色顏料。鈦白的粘附力強，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。它的熔點很高，也被用來制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
同時，二氧化鈦有較好的紫外線掩蔽作用，常作為防曬劑摻入紡織纖維中，超細(xì)的二氧化鈦粉末也被加入進(jìn)防曬霜膏中制成防曬化妝品。
二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取，或由四氯化鈦分解得到。二氧化鈦性質(zhì)穩(wěn)定，大量用作油漆中的白色顏料，它具有良好的遮蓋能力，和鉛白相似，但不像鉛白會變黑；它又具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑，可以產(chǎn)生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
二氧化鈦一般分銳鈦礦型（Anatase，簡稱A型）和金紅石型（Rutile，簡稱R型）。
 

表面性質(zhì)

1、表面超親水性
研究認(rèn)為在光照條件下，TiO2表面的超親水性起因于其表面結(jié)構(gòu)的變化。在紫外光照射下，TiO2價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，電子和空穴向TiO2表面遷移，在表面生成電子空穴對，電子與Ti反應(yīng)，空穴則與表面橋氧離子反應(yīng)，分別形成正三價的鈦離子和氧空位。此時，空氣中的水解離吸附在氧空位中，成為化學(xué)吸附水（表面羥基），化學(xué)吸附水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分，形成物理吸附層。
2、表面羥基
相對于其它半導(dǎo)體半金屬材料的金屬氧化物，TiO2中Ti-O鍵的極性較大，表面吸附的水因極化發(fā)生解離，容易形成羥基。這種表面羥基可提高TiO2作為吸附劑及各種單體的性能，為表面改性提供方便。
3、表面酸堿性
TiO2在改性時常加入Al、Si、Zn等氧化物，Al或Si的氧化物單獨存在時無明顯的酸堿性，但與TiO2復(fù)合，則呈現(xiàn)強酸堿性，可以制備固體超酸。
4、表面電性
TiO2顆粒在液態(tài)（尤其是極性的）介質(zhì)中因表面帶有電荷就會吸附相反的電荷而形成擴散雙電層，使顆粒有效直徑增加，當(dāng)顆粒彼此接近時，因各具同性電荷而相斥，有利于分散體系的穩(wěn)定。如經(jīng)Al2O3包膜的TiO2表面具有正電荷，而用SiO2處理的TiO2帶負(fù)電荷。

 

 
 

應(yīng)用領(lǐng)域


 

工業(yè)應(yīng)用

二氧化鈦是一種重要的白色顏料和瓷器釉料。用于油漆、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖、水彩顏料等行業(yè)。
二氧化鈦是世界上最白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂
用途
得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍，因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。
為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。
在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
半導(dǎo)體二氧化鈦的光化學(xué)性能已使其可用于許多領(lǐng)域，如空氣、水和流體的凈化。以碳或其他雜原子摻雜的光催化劑也可用于具有散射光源的密封空間或區(qū)域。用于建筑、人行石板、混凝土墻或屋頂瓦上的涂料中時，它們可以明顯增加對空氣中污染物如氮氧化物、芳烴和醛類的分解。
此外還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)防曬霜，無毒性，對人體無害。
超細(xì)二氧化鈦具有優(yōu)異紫外光屏蔽性和透明性。被廣泛用在化妝品、木器保護(hù)、食品包裝塑料、耐久性家用薄膜、人造纖維和天然纖維、透明涂料中。在金屬閃光涂料中的特殊光學(xué)效應(yīng)，使之在高級轎車漆中得到重視和應(yīng)用。 [5] 
 

食品應(yīng)用

美國食品藥品管理局規(guī)定二氧化鈦可以作為所有的食品白色素，最大的使用量為1g/kg Sec. 73.575二氧化鈦。色素添加劑二氧化鈦可以安全用于一般著色食品中，服從下列規(guī)定：
（1） 二氧化鈦的數(shù)量不超過食物重量的1%。
（2） 按照法令的401條所公布的特殊標(biāo)準(zhǔn)，不得使用的著色食品，除非有類似的標(biāo)準(zhǔn)允許添加色素。
（3）對于著色食品，食用的色素添加劑二氧化鈦可以含有適當(dāng)?shù)南♂寗?，作為安全的色素添加劑，如下：二氧化硅，作為分散助劑，含量不超過2%。
產(chǎn)品適應(yīng)：涼果類、果凍、油炸食品、可可制品、巧克力、巧克力制品、硬制糖果、拋光糖果、膠基糖果、膨化食品、糖果巧克力制品包衣、蛋黃醬、沙拉醬、果醬、固體飲料、魔芋凝膠食品等。
 

環(huán)境保護(hù)

凈化空氣
二氧化鈦，作為光涂料顏料的催化劑，不僅是一種環(huán)境安全的清潔劑，而且可以起到節(jié)省能量還有保護(hù)環(huán)境資源的作用。
早期日本和英國的科學(xué)家將二氧化鈦涂覆在城市馬路的鋪路石表面，用以清洗路面空氣。二氧化鈦可以與瀝青混合，減少空氣中的污染物。當(dāng)汽車經(jīng)過時，含二氧化鈦的混凝土或瀝青可以凈化空氣，消除車輛排放物中25%到45%的氮氧化物。將二氧化鈦涂覆在混凝土面上，其清洗空氣的效果同樣顯著。
給地球降溫
2012年5月，英國科學(xué)家提出了一個大膽設(shè)想，他們認(rèn)為可通過向平流層噴灑足夠的二氧化鈦來反射太陽光，從而達(dá)到為地球降溫的目的，這么做能夠有效抵消因全球變暖而導(dǎo)致的各種不利氣候因素。
由于二氧化鈦能夠有效反射太陽光的直射，并且其性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的遮蓋能力，如若噴灑在平流層能夠長期發(fā)揮作用。英國科學(xué)家提出，可利用高空氣球?qū)⑦@一化學(xué)物質(zhì)帶入到平流層，然后進(jìn)行釋放，一旦二氧化鈦均勻分布在地球平流層之后，能夠有效反射太陽光，從而為地球降溫。
英國咨詢公司戴維森科技的總裁、化學(xué)工程學(xué)家彼得·戴維森是這個項目的負(fù)責(zé)人，他介紹稱，只需要往地球平流層運送300萬噸的二氧化鈦，就能夠在地球平流層形成一層厚度為1毫米的保護(hù)層，而它能夠起到的作用卻是巨大的-足夠抵消兩倍當(dāng)前大氣中二氧化碳含量所導(dǎo)致的溫室效應(yīng)。
 

防曬化妝品

由于紫外線對人體有很大的危害性，發(fā)達(dá)國家近些年來比較重視防曬產(chǎn)品的研究、開發(fā)，相繼推出了多種多樣的抗紫外纖維、塑料、薄膜、涂料，以及防曬膏霜、粉底、口紅、摩絲、焗油膏等防曬化妝品。我國近年來也加大了防曬化裝品的研究和生產(chǎn)。
但以往防曬劑多為二苯甲酮類、鄰氨基苯甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、肉桂酸酯類等有機化合物，因而不穩(wěn)定、壽命短，并且副作用較大，具有一定的毒性和刺激性，如果添加過量，會產(chǎn)生化學(xué)性過敏，甚至可能導(dǎo)致皮膚癌。而納米二氧化鈦為無機成分，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及非遷移性和較強的消色力、遮蓋力，較低的腐蝕性，良好的易分散性，并且無毒、無味、無刺激性，使用安全，還兼有殺菌除臭的作用。更為重要的是，如前所述，納米二氧化鈦既能吸收紫外線，又能發(fā)射、散射紫外線，因此抗紫外線的能力強，與同樣劑量的有機抗紫外劑相比，它在紫外區(qū)的吸收峰更高;而且納米二氧化鈦對中波區(qū)和長波區(qū)紫外線均有阻隔作用，不象有機抗紫外劑只是單一對中波區(qū)或長波區(qū)紫外線有屏蔽作用。特別是由于其顆粒較細(xì)，制成品透明度高，能透過可見光，加入化妝品使用時皮膚白度自然，克服了有的有機物或顏料級二氧化鈦不透明，使皮膚呈現(xiàn)不自然的蒼白色的缺點。正因為如此，納米二氧化鈦很快被廣泛重視并逐步取代一些有機抗紫外劑，成為當(dāng)今防曬化妝品中性能優(yōu)越一種物理屏蔽型抗紫外劑。
隨著人們生活水平的提高和國際競爭的加劇，安全、高效防曬型化妝品的研究、開發(fā)力度將逐步加大。現(xiàn)今，發(fā)達(dá)國家的防曬型化妝品市場已顯現(xiàn)出強大的生命力。1999-2000年，美國的年銷售額已分別達(dá)7.37、7.65億美元，英國達(dá)2.45、2.70億美元，而且近年來分別以20%、10%以上的速度增長，其中納米二氧化鈦的用量也逐年大幅度增長。日本抗紫外化妝品中納米二氧化鈦的年需求量在1000t以上，紡織、塑料、橡膠制品中的用量更大。
從防曬化妝品的發(fā)展趨勢來看，一是無機防曬劑代替有機防曬劑，二是仿生防曬。后者成本較大，現(xiàn)今難以推廣，前者價格適中，且防曬性能優(yōu)越，因而被普遍看好。尤其是納米二氧化鈦，由于具有較為優(yōu)越的性能和應(yīng)用前景，因而發(fā)展勢頭和市場潛力較好。


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