|
Чистый диоксид титана (TiO2) - это бесцветное твердое кристаллическое вещество. Несмотря на бесцветность, в больших количествах диоксид титана чрезвычайно эффективный белый пигмент, если он хорошо очищен.
TiO2 практически не поглощает никакого падающего света в видимой области спектра. Свет или передается, или преломляется через кристалл или же отражается на поверхностях. TiO2 - это стабильное (самый стабильное из всех известных белых пигментов), нелетучее, нерастворимое в кислотах, щелочах и растворах при нормальных условиях вещество.
Двуокись титана отличается высокой реакционной устойчивостью к различным соединениям, в том числе и к токсичным, содержащимся в воздушной среде. Из-за своей инертности, диоксид титана не токсичен и, в общем, считается очень безопасным веществом. Он может контактировать с продуктами в упаковке, а в определенных концентрациях его можно использовать и как пищевой краситель.
Рутил или анатаз?!
TiO2 - встречается в природе трех основных кристаллических формах: антаз , рутил и брукит, последний в природе встречаются редко и коммерческого интереса не представляет. Рутильный диоксид примерно на 30% лучше рассеивает свет (лучше укрывистость), чем анатазный, поэтому последний используется гораздо реже.
К тому же, анатаз менее атмосферостоек, чем рутил. Анатаз гораздо хуже работает в защите полимера (акрилата, пластмассы) от УФ лучей и приводит к фотокатализу (разрушению материала под воздействием солнечного света) и потере свойств полимера (происходит деструкция, выцветание, меление и т.д.).
Таким образом, именно рутильная форма диоксида титана является единственным и безальтернативным белым пигментом в стандартных областях промышленности (краски, пластмассы, бумага) для придания белизны, укрывистости (кол-во пигмента в граммах, чтобы укрыть 1 кв. м. контрастной поверхности) и стабильности системе пигмент + носитель.
Единственное обоснованное применение анатазного титана – это краски для дорожной разметки. В данном типе карски проявляются некоторые специфические свойства данной формы.
Производство хлорное или сульфатное?
Пигменты двуокиси титана производятся по двум технологическим схемам: сульфатный и хлорный способы. Обе, анатазная и рутильная формы диоксида титана, могут быть произведены любым из способов. Мировые мощности по производству диоксида титана хлорным способом превышают мощности сульфатного, и продолжают расти. Различия в техпроцессе заключаются в различных типах вещества для очистки титановой руды.
При очистке серной кислотой (сульфатный процесс), частички примесей титановой руды образуют с серной кислотой соли, которые сложно в дальнейшем вычистить. При очистке хлором происходит сгорание примесей и конечный продукт получается более белым при прочих равных условиях.
Оптические свойства
Главное свойство титана как пигмента – придавать яркий белый цвет носителю, куда он вносится. Цвет определяется в системе цветов Lab, где L – яркость цвета, а – краснота/зелень, b – желтизна/голубизна. В этой системе можно задать любой цвет.
Поскольку диоксид титана белый либо бело-жёлтый пигмент, то обычно указывается только координаты L и b. На цвет конечного продукта помимо основных параметров очистки также влияет размер частиц. Так, например, среднеразмерные и крупнорзамерные диоксиды титана (от 25 нм) показывают высокую укрывистость и кроющую силу при содержании пигмента в связующем 15-30%. Данная концентрация стандартная величина для большинства красок. При концентрации пигмента 10%, как например в пластиках, мелкие частицы диоксида титана обеспечивают хорошую укрывистость и кроющую силу.
Научное обоснование феномена. Так как рутиловые пигменты абсорбируют излучение в ультрафиолетовой и коротковолновой области света, то появляются незначительная нехватка отражённого коротковолнового синего света, что приводит к лёгкому жёлтому оттенку. Смещая гранулометрический состав пигмента в сторону более мелких частиц, можно компенсировать это эффект. Можно также получить голубоватый оттенок в серых и цветных красках за счёт создания более узкого диапазона размера частиц.
Дополнительная обработка
Для того чтобы обеспечить выполнение разнообразных специфических требований, предъявляемых к применению и технологическим свойствам диоксида титана, чистый пигмент подвергается поверхностной обработке. При обработке поверхности неорганическими веществами частицы пигмента обволакиваются обычно соединениями Al2O3 и SiO2.
Эта оболочка служит в первую очередь для сдерживания фотокаталистического разложения материала. Обычно добавляются вышеуказанные добавки в количестве около 1-5%. Высокие концентрации окислов уменьшают рассеивающую способность пигмента. Поэтому приходится искать компромисс между высокой рассеивающей способностью и уменьшением фотокаталитической активности.
Для адаптации пигмента к условиям переработки их покрывают второй оборочкой из полиолей (органическое вещ-во). Эта оболочка приводит к уменьшению полярности поверхности оболочки пигмента. В результате этого уменьшается смачиваемость частиц пигмента молекулами полимера, что приводит к хорошей диспергируемости. Кроме того, улучшается транспортабельность пигмента и уменьшается его влагопоглощение.
Разбеливающая способность (кроющая сила)
Способность белого пигмента увеличивать яркость цветной, серой или чёрной среды называется разбеливающей способностью и измеряется как изменение яркости, достигаемое за счёт испытуемого пигмента в стандартной рецептуре. Так как этот показатель зависит от многих факторов, его сравнивают с разбеливающей способностью эталонного пигмента. Т.о. получается относительная величина, рассчитываемая по сложной формуле. Определённая таким образом разбеливающая способность является мерилом оптической эффективности пигмента.
Меление
Никакой пигмент, даже стабилизированный наилучшим образом, не в состоянии полностью предотвратить фотохимическое разложение материала. Молекулы материала на границе с окружающей средой защищаются пигментом не на вечные времена. В конце концов наступает медленно прогрессирующая деполимеризация, выражающаяся в послойном обнажении пигмента, приводящем сначала к к потере блеска, а затем к мелению. Период отсутствия меления является показателем для определения атмосферостойкости.
Диспергируемость
Под диспергируемостью пигмента понимают его склонность к дезагломерированию под воздействием небольших усилий сдвига и тонкому распределению по материалу. Эти характеристики являются непременными условиями полного проявления свойств пигмента и предотвращения дефектов поверхности. Под диспергированием пигмента понимают процесс его перетира на различном оборудовании (диссольвер или бисерная мельница). Через регламентированное время перетира проверяют размер частиц.
Источник: http://www.glavsnab.com/
См. также:
Важнейшие марки диоксида титана, применение, производители
|