二氧化鈦發展應用及工藝技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 而把在搪瓷、電焊條、陶瓷、電子、冶金等工業部門以純度為主要使用目的的二氧化鈦稱為二氧化鈦或非顏料級鈦白粉、非涂料用鈦白粉。TiO2是一種性能最為優異的白色顏料，廣泛應用于國民經濟的各個領域。迄今為止，凡是著白色或淺色的工業制品中都缺少不了TiO2，有些非著色的產品中也含有TiO2，TiO2幾乎應用于各種工業部門。但是從世界范圍來說，其最主要的應用領域是涂料、塑料和紙張。涂料（coating）是以有機溶劑為溶劑的油漆（paint）和以水為溶劑的水性漆以及無溶劑型的粉末和光固化涂料等的總稱，它是由顏料、油料、漆料（樹脂）、溶劑和催干劑等組成的粘稠懸浮液，涂布在物體表面受空氣的氧化和溶劑的揮發而形成一層堅韌的涂膜而對物體起到裝飾和防護的作用。就涂料而言，人們一般泛指的是油漆，嚴格地講油漆是指加入了顏料的色漆，而涂料是指涂在表面后能形成連續膜的任何一種材料，當然包括油漆在內。涂料是鈦白粉的最大用戶，全球涂料工業所消費的TiO2占二氧化鈦顏料總消費量的58%～60%，我國的此項消費比例更高一些，約為60%～65%左右，鈦白粉是涂料工業中用量最多的一種顏料，占涂料著色劑成本的一半，在涂料工業中的消費量占涂料工業消費各種顏料總量的90%。在涂料用白色顏料中，以鈦白粉的性能最好，用鈦白粉生產出的涂料不僅色彩鮮艷、遮蓋力高、著色力強、耐候性好、耗油量也比較低，并能增強涂膜的附著力和機械強度、延長涂料的使用壽命。鈦白粉在涂料中的最重要的作用是它的高遮蓋力使涂膜不透明。工業涂料的服務范圍很廣，包括汽車、船舶、建筑、木器和金屬家俱、家用電器、卷材涂裝、玩具、日用品等。涂料中50%為建筑涂料，而建筑涂料中乳膠漆約占30%～40%。近年來由于我國交通業的高速發展，汽車漆和路標漆的用量也較大。根據國家統計局發布的最新統計數據，%，再創歷史新高，并繼續保持了全球涂料最大生產國的地位?，F價工業總產值為2934..60億元，%。去年中國涂料是1200多萬噸，預測十年以后僅僅就木器漆這個項目可能是250萬噸以上，建筑涂料接近400萬噸，涂料行業數千家企業產品進入這個市場中，這個市場還在擴容。三、四線城市也在迅猛發展。今后中國涂料市場還將迎來更加大的發展空間，一方面是舊房的重涂，一方面是已建房屋的重涂，既有室外空間的重涂，也有室內空間的重涂。最近中國涂料行業都會把中國重涂市場堪稱中國涂料發展的第二次飛躍空間的增加。我們國家現在每年商品房住宅去年999萬套，今年會超過1000萬套，農村房不少于200萬套，如果把數字上推十年，以十年為一個周期來看，有一個機構調查從2004年開始，中國一線城市市場每年不少于300萬套住房會有重涂需求，300萬套住房重涂將涉及到外墻、木器漆，VU地板漆、輔料、防水，這個市場的開啟是一個新的產業鏈，并且預測了每年以50%增長比例去擴容。塑料是二氧化鈦顏料的第二大用戶，占世界二氧化鈦總需求量的18%～20%。二氧化鈦在塑料中的加入量隨其品種和應用場合而異，%～5%之間。鈦白粉在塑料制品中的應用，除了利用它的高遮蓋力、消色力以及與其他顏料拼用性能好外，它還能提高塑料制品的耐熱、耐光、耐候性能以使塑料制品免受UV光的侵襲，改善塑料制品的機械強度和電性能。幾乎所有熱固性和熱塑性的塑料中都使用它，聚烯烴類（主要是低密度的聚乙烯）、聚苯乙烯、ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯的共聚物）、聚氯乙烯等。它既可以與樹脂粉末干混合，也可以與含增塑劑的液體相混合，還有一些是把鈦白粉先經過中間工廠制成色母料后再使用。因此，對用于塑料的二氧化鈦的性質要求主要是粒徑細、粒徑分布均勻，以增強對短波長光線的反射能力和制取色相更好的塑料制品。另外，二氧化鈦顏料必須具有良好的耐熱性能以及高分散性。所以用于塑料的二氧化鈦一般都經過無機包膜和有機包膜處理，與涂料系統一樣，戶外塑料用二氧化鈦應為金紅石型，其它可以用銳鈦型。從世界范圍來說，紙張是二氧化鈦顏料的第三大用戶，在美國是第二大用戶。紙張中添加二氧化鈦的目的主要是賦予紙張不透明度和白度，其次是改進紙張的平滑度和機械性能，增強彈性、減少吸濕性，提高光澤和可印刷性能。高級紙張和薄型紙（字典、畫報、雜志封面、計算機、鈔票、復印機紙和裝飾用紙等）中一定要使用鈦白粉，使用鈦白粉的紙張白度好、強度高、有光澤、薄而光滑、印刷時不穿透，在相同條件下不透明度比碳酸鈣、滑石粉高10倍，重量也能減輕15%～30%，有些包裝紙加入鈦白粉后甚至可以不漂白。紙張用二氧化鈦應以銳鈦型為主，因為它具有色調明顯偏蘭底相。戶外紙張應使用金紅石型產品。造紙工業用的二氧化鈦主要品質要求細粒徑，具有高度的水分散性和良好的遮蓋力以及與紙張纖維的結合力，雜質含量少(特別是鐵含量)，白度等。銳鈦型二氧化鈦一般不需經過表面處理。裝飾紙也稱為鈦白紙，主要用于制作家具、地板、壁紙等的原材料。對于有抗老化的要求的紙張，必須使用金紅石。更多的金紅石是使用在高灰份的紙張中，這種高灰份的紙張必須使用金紅石，因為銳鈦型鈦白的遮蓋力達不到要求。銳鈦型鈦白均用在低灰份的紙張中，如圣經紙和紙幣等，圣經紙要求紙張有很好的不透明度，一般使用銳鈦型鈦白即可滿足。造幣紙也要求很好的不透明度，主要也使用銳鈦型。在國內，裝飾紙使用的鈦白量遠遠高于其它兩個品種，這種形勢是由我國的消費水平決定的。由于對房屋裝修、高檔家具的大量需求，裝飾紙的用量逐漸上升。圣經紙由于使用鈦白作原料，成本遠遠高于普通紙，鑒于國內的消費水平，圣經紙的市場很有限。而造幣紙的制造使用更是受到國家的控制，用量相對平穩，不會對鈦白市場產生影響。據不完全估計，裝飾紙中鈦白用量20～40%，其它紙中鈦白1～5%。由于傳統的文化紙生產廠紛紛轉型生產裝飾紙，裝飾紙產量增加很快，裝飾紙的價格近年來呈下降趨勢。造紙工業中使用的二氧化鈦有兩種方式，一種是以填充劑的形式直接加到紙漿中，另一種是做成涂料后涂在紙張上面。無論哪種紙（原紙），其制作流程是相同的?！　〗鸺t石用于耐候、高灰份的紙張，銳鈦型用于對耐候要求不高、低灰份的紙張，決定造紙廠選用何種鈦白的主要原因是造紙的成本，也就是鈦白的性價比。由于鈦白在造紙中的成本比例高達30～50%，因此造紙廠在滿足用戶要求的情況下，對選擇鈦白可以說是斤斤計較，能使用銳鈦型決不使用金紅石。造紙行業對鈦白質量的要求，按重要性的順序為：　　　　1）遮蓋力（不透明度）：含相同鈦白的紙張能夠遮蓋住底色的能力，這個指標決定了鈦白的性價比。簡單說，遮蓋力高的鈦白，一般價格高，但使用量少，因此每噸紙張中鈦白的成本可能較低。遮蓋力低的鈦白，雖然價格低，但用量大，導致每噸紙張中鈦白的成本升高。 2）白度：鈦白的白度決定紙張成型后的外觀。鈦白粉在橡膠中除了用作著色劑外，還有補強、填充、防老化的作用，并可使其在硫化過程中不泛黃，不龜裂，伸屈率大，并具有耐酸堿的性能。在硅橡膠中加入鈦白，還可以改變橡膠的耐熱性和穩定性。橡膠用二氧化鈦必須具備一定的耐熱性，硫化加熱時不泛黃，不與其它配合劑、促進劑、防老劑反應，穩定性好。對二氧化鈦的雜質如Cu、Mn、Si、Ca、Mg含量須嚴加控制。 橡膠工業用的鈦白粉，主要用于汽車輪胎（特別是轎車胎的白色外側），以及膠鞋（旅游鞋、球鞋、跑鞋等）、橡膠地板、手套、雨衣運動器材（如批秒千毫微、網球高爾夫球的外層都含有鈦白粉）等。使用鈦白粉比立德粉可少用2/3～3/4。鈦白粉（特別是銳鈦型）的另一個重要的應用領域是化學纖維行業?；瘜W纖維特別是合成纖維，由于其分子排列整齊，纖維表面較光滑，具有刺眼的光澤并呈半透明狀態，所以在紡絲前要加入消光劑消光。由于顏料與纖維的折射率相差越大其消光效果越明顯，而二氧化鈦在所有白色顏料里的折射率最高，所以鈦白粉是合成纖維最理想的消光材料。雖然金紅石型的折射率比銳鈦型高，但它沒有銳鈦型那樣軟，金紅石型的顆粒硬容易磨損噴絲孔和切絲刀，因此一般都使用銳鈦型。鈦白粉在纖維中消光時，可分為內消光和外消光兩種，內消光是把鈦白粉在紡絲前加到原液里或聚合時加到樹脂中；外消光是把鈦白粉分散在某種有機粘合劑種，作為包覆劑和鈍化劑用于部分紡織品種，如人造纖維、塔夫綢等。大部分化纖鈦白粉是在內消光中用，%～2%之間，%（半消光）。油墨是由色料（包括顏料合染料）、填料、助劑和展色劑等組成的一種粘性流體。在油墨生產中，顏料對油墨的質量起到關鍵的作用。因為油墨在使用時的厚度比一般涂料的涂層薄得多，對鈦白粉的要求是既要有高的遮蓋力，又要顏料體積濃度高（PVC有時高達55%），在這種情況下，白色顏料中只有鈦白粉具有遮蓋力大、消色力高、顆粒細、耐稀酸稀堿、耐光、耐熱、不易泛黃、憎水性好、流動性小、不溶于展色劑且能均勻分散在展色劑中，所以是高級白色油墨和淺色油墨不可缺少的色料。目前印刷報紙、書籍、畫片和印鐵、印金屬、印瓷、印橡膠、印塑料和印無線電半導體的電路板等都要用它，其它如畫線筆、油彩、美術顏料、蠟筆、打字修改液用的鈦白粉也屬于油墨用鈦白粉的范疇。由于鈦白粉無毒，遠比鉛白優越，所以各種香粉幾乎都用鈦白粉來代替鉛白和鋅白。香粉中只須加入58%的鈦白粉就可以得到永久白色，使香料更滑膩，有附著力、吸收力和遮蓋力。在水粉和冷霜中鈦白粉可減弱油膩及透明的感覺。其他各種香料、防曬霜、皂片、白色香皂、剃鬚膏和牙膏中往往也用鈦白粉鈦白粉作為藥用白色顏料，具有優異顏料性能有害雜質的含量低，適合制造不透明膠囊、片劑薄膜包衣、霜劑、藥用包裝材料、藥用油墨，具有粒度均勻，分散性好的優點，去粒子水和明膠中分散良好，無絮凝沉淀物。 藥物制劑中，可作為白色著色劑制備薄膜包衣混懸液，糖包衣和明膠膠囊劑，也可與其它著色劑混合使用，應用于皮膚用制劑，也可取代淀粉用做藥物的賦型劑。在食品和醫藥中使用鈦白粉同樣是利用了其不透明性，以提高食品和醫藥制品的裝飾增白著色效果。食用白色顏料，具有顏料性能好，有害雜質含量低等優點，是食品著色的添