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    可以用來做顏料

    化學式是二氧化鈦

    二氧化鈦

    titanium dioxide

    白色固體或粉末狀的兩性氧化物。又稱鈦白。化學式TiO2,熔點1830~1850℃ ,沸點2500~3000℃。自然界存在的二氧化鈦有三種變體:金紅石為四方晶體;銳鈦礦為四方晶體;板鈦礦為正交晶體。二氧化鈦在水中的溶解度很小,但可溶於酸,也可溶於鹼,反應的化學方程式如下:

    二氧化鈦和酸的反應:TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O

    二氧化鈦和鹼的反應:TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O

    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。二氧化鈦性質穩定,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永續性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑,可以產生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

    鈦的氧化物——二氧化鈦,是雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開採鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

    二氧化鈦是世界上最白的東西, l克二氧化鈦可以把 450多平方釐米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調製白油漆的最好顏料。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裡,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外,為了使塑膠的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要新增二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。

    一、二氧化鈦的結晶特徵及物理常數:

    物性 金紅石型 銳鈦型

    結晶系 四方晶系 四方晶系

    相對密度 3.9~4.2 3.8~4.1

    折射率 2.76 2.55

    莫氏硬度 6-7 5.5-6

    電容率 114 31

    熔點 1858 高溫時轉變為金紅石型

    晶格常數 A軸0.458,c軸0.795 A軸0.378,c軸0.949

    線膨脹係數25℃/℃

    a軸 7.19X10-6 2.88?10-6

    c軸 9.94X10-6 6.44?10-6

    熱導率 1.809?10-3

    吸油度 16~48 18~30

    著色強度 1650~1900 1200~1300

    顆粒大小 0.2~0.3 0.3

    二、鈦白粉的分級:

    Ⅰ類:二氧化鈦幹磨和未處理,Ⅰ類二氧化鈦具有低表面積和低吸油值。

    Ⅱ類:為Ⅰ類二氧化鈦經過處理,並進行溼法研磨,去除大顆粒,並用4%量的矽-鋁包覆,它具有最低表面積和最低吸油值。

    Ⅲ類:為典型的超細包覆級,並有有機包覆。

    Ⅳ類:大包覆量,又可分為Ⅳa和Ⅳb,其包覆量在5~10%之間。Ⅳb主要應用新增量高的二氧化鈦中,因其不透明性優於Ⅳa

    效能 型別

    Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

    a b

    TiO2%(最小) 97 93 92 91 82

    密度/(g/cm3) 4.20 4.05 4.05 4.00 3.70

    表面積/(m2/g) 6.6-7.7 12.0-12.8 11.0-18.0 17.7 28.8

    吸油值/(g/100g二氧化鈦) 15 19 15-19 24 30

    含水/(g/100g二氧化鈦) 40 30 30 35 55

    分散性 高 中等 中等 高 低

    包覆%(鋁/矽) 無 3.5 3.6 4.9 13.0

    三、金紅石型在高能 (較短波長)吸收輻射能較銳鈦型大,換句話說,對於金紅石型鈦白粉,在具有很強殺傷力的UV-波長段內(350-400nm),它對紫外線的反射率要遠遠低於銳鈦型鈦白粉,在這種情況下,它對周圍的成膜物、樹脂等身上所要分擔的紫外光線就要少得多,那麼這些有機物的使用壽命就長,這就是說,為什麼通常所說的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦型好之原因所在

    四、相對密度:

    在常用的白色顏料中,二氧化鈦的相對密度最小,同等質量的白色顏料中,二氧化鈦的表面積最大,顏料體積最高。

    顏料名稱 相對密度/(g/cm3) 顏料名稱 相對密度/(g/cm3)

    銳鈦型二氧化鈦 3.8~3.9 硫酸鉛 6.4~6.6

    金紅石型二氧化鈦 4.2~4.3 氧化鋅 5.5~5.7

    板鈦型二氧化鈦 4.12~4.23 鋅鋇白 4.2~4.3

    鹼式碳酸鉛 6.8~6.9 硫化鋅 4.0

    五、熔點和沸點:

    由於銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型,因此板鈦型和銳鈦型二氧化鈦的熔點和沸點實際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點和沸點,金紅石型二氧化鈦的熔點為1850℃、空氣中的熔點 (1830土15)℃、富氧中的熔點1879℃,熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為 (3200±300)K,在此高溫下二氧化鈦稍有揮發性。

    六、介電常數:

    由於二氧化鈦的介電常數較高,因此具有優良的電學效能。在測定二氧化鈦的某些物理性質時,要考慮二氧化鈦晶體的結晶方向。例如,金紅石型的介電常數,隨晶體的方向不同而不同,當與C軸相平行時,測得的介電常數為180,與此軸呈直角時為90,其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數比較低只有48 。

    七、電導率:

    二氧化鈦具有半導體的效能,它的電導率隨溫度的上升而迅速增加,而且對缺氧也非常敏感。例如,金紅石型二氧化鈦在20℃時還是電絕緣體,但加熱到420℃時,它的電導率增加了107倍。稍微減少氧含量,對它的電導率會有特殊的影響,按化學組成的二氧化鈦(TiO2)電導率<10-10s/cm,而TiO1.9995的電導率只有10-1s/cm。

    金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質對電子工業非常重要,該工業領域利用上述特性,生產陶瓷電容器等電子元器件。

    八、硬度:

    按莫氏硬度10分制標度,金紅石型二氧化鈦為6~6.5,銳鈦型二氧化鈦為5.5~6.0,因此在化纖消光中為避免磨損噴絲孔而採用銳鈦型 。

    九、吸溼性:

    二氧化鈦雖有親水性,但吸溼性不太強,金紅石型較銳鈦型為小。

    二氧化鈦的吸溼性與其表面積的大小有一定關係,表面積大,吸溼性高。

    二氧化鈦的吸溼性也與表面處理及性質有關。

    十、熱穩定性:

    二氧化鈦屬於熱穩定性好的物質

    CAS 編號:13463-67-7

    一般用量為0.01%~0.12%。

    十一、食品應用研究:

    二氧化鈦(俗稱鈦白粉)是一種允許使用的食用色素,JECFA中沒有規定ADI值。1969年JECFA.得出此項結論的依據是在大量的物種研究包括對人類的研究中,並沒有發現二氧化鈦被大量的吸收和組織的存積。在歐盟,二氧化鈦(俗稱鈦白粉)作為允許的食用色素被列入歐共體94/36/條例的附錄I中。生產出的二氧化鈦有兩種晶型結構——銳鈦礦型和金紅石型。在94/36/條例中規定二氧化鈦僅允許使用銳鈦型。而JECFA規定允許使用兩種形式。

    專家委員會認為金紅石型和銳鈦礦型兩種晶型的二氧化鈦(俗稱鈦白粉)具有相近的化學性質,但它們的晶型結構及光反射度是不同的。評審員認同新生物利用率所研究顯示:這兩種形式的生物利用率本質上是相同的,近而毒理學資料適用於任何一種形式。評審員還提出雖然評論只顯示了請求者使用這種片狀的金紅石型二氧化鈦的提議,但這種型式的二氧化鈦可能會代替銳鈦礦二氧化鈦應用於目前的各個使用領域。

    二氧化鈦毒理資料

    JECFA論述了二氧化鈦的安全性包括吸收,分佈,新陳代謝,排洩以及急性短期和長期的毒性。JECFA斷定:“二氧化鈦為難溶化合物。對包括人在內的幾個物種進行研究,顯示攝取二氧化鈦後既沒有大量的吸收也沒有組織的沉積。關於可溶性鈦化合物的研究至今還沒有結論。有價值的記載論述吸收少量的鈦離子沒有毒性影響。這樣就沒有必要規定人類每日攝取量。”

    除了JECFA (JECFA 1969)評論的毒物學資料庫以外,)專家委員會已經展開了二氧化鈦的額外的生物利用率(Colorcon, 2003),慢性毒性和致癌性研究(NCI, 1979; Bernard et al., 1990和評論。

    1. rutile titanium dioxide (thick platelet), 金紅石二氧化鈦(厚片)

    2. rutile titanium dioxide (thin platelet) 金紅石二氧化鈦(薄片)

    3. rutile titanium dioxide (amorphous) 金紅石二氧化鈦(不定形)

    4. anatase titanium dioxide (amorphous).銳鈦礦二氧化鈦(不定形)

    在服用含有片狀金紅石二氧化鈦、不定形金紅石和銳鈦礦二氧化鈦之後,雄性和雌性鼠的吸收速度和排洩過程以及鈦分佈。三個動物群每個性別每個時間點接受或者指定食物或者含有二氧化鈦四種類型之一的食物。四種形式的二氧化鈦放入食物中,表明的濃度為200 mg/kg(大約近似於體重每公斤30毫克)。當指定的食物代替了治療的食物之後,這些食物又連續餵給鼠類7天,當停止服用治療性食物後,二氧化鈦在組織(肝臟、腎、肌肉和血液)和尿以及面部收集超過72小時的容量誘導一對血漿原子發射光譜(ICP-AES) 而導致動物群分別在1小時、24小時和72小時死去。

    二氧化鈦主要的通道是經過面部。所有二氧化鈦涉及的組群排洩的排洩物每個收集間隔(0 - 24, 24 - 48, 48 – 72小時)是相同的。雄性鼠服用範圍為1.1-2.2mg,雌性鼠服用範圍為1.1-1.3mg,當停止服用二氧化鈦食物後,計算72小時內面部鈦排洩的總量。尿排洩的鈦量一般低於極限量(<0.04 mg/l)。所有組的血液中鈦濃度也低於0.04 mg/l,而肝臟、腎和肌肉中低於檢測極限(<0.1 - <0.2 mg/kg wet weight)或者大多數動物服用含二氧化鈦的食物溼重範圍為0.1 - 0.3 mg/kg。

    實驗室動物進行慢性毒性和致癌性研究

    致癌性研究50組每組由不同性別的334只大鼠和小鼠組成,劑量為每kg 食物含0, 25000 and 50000 mg二氧化鈦,服用103周(NCI, 1979)。增加甲狀腺C-細胞的注射發現在雌性大鼠產生腺瘤或者癌,但是這些增加既不是統計的重要部分也不是值得考慮與試驗化合物有關的部分。在其他組中進行腫瘤注射,比控制者並沒有明顯提高。慢性飲食研究0, 1, 2 and 5%二氧化鈦塗在雲母上334只大鼠130周沒有顯示毒性或致癌影響(Bernard et al., 1990)。

    評價:

    既然不同形式的二氧化鈦在生物利用率上沒有明顯的不同,所以應該對比毒性剖面,並且推斷不同形式。專家委員會目前採用JECFA對二氧化鈦的評價,並指出它得到更多近來慢性毒性和致癌性研究的支援。

    結論和建議

    專家委員會認為到二氧化鈦金紅石和銳鈦礦兩種形式化學性質接近而晶形結構和折光性不同。專家委員會一致認為新的生物利用率研究顯示這兩種形式的生物利用率本質相同,所以毒理性資料可以用於任意一種形式。專家委員會指出雖然評論顯示提議者提供片狀金紅石二氧化鈦的使用,但是金紅石二氧化鈦的片狀或不定形都能在目前任何應用領域代替銳鈦礦二氧化鈦。專家委員會斷定金紅石二氧化鈦片狀或不定型的應用不會引起任何安全性的關注。

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