I. Įvadas
Titano dioksidas (TiO₂)yra neorganinis baltas pigmentas, kurio pagrindinis komponentas yra titano dioksidas. Pagal savo kristalinę struktūrą TiO₂ galima suskirstyti į anatazės, brookito ir rutilo tipus. Dėl didelio lūžio rodiklio, stipraus atspalvio stiprumo, puikaus baltumo, netoksiškumo ir gero stabilumo titano dioksidas plačiai naudojamas dangose, plastikuose, popieriaus gamyboje ir rašaluose, iš kurių dangų pramonė sunaudoja daugiausiai -apie 60 proc.
Nepriklausomai nuo to, ar tai yra tirpiklio{0}}ar vandens{1}} pagrindo dangos, TiO₂ suteikia ne tik slėpimo galią ir dekoratyvinį efektą, bet ir žymiai pagerina fizines ir chemines dangų savybes. Tai padidina cheminį stabilumą, slėpimo galią, atspalvio stiprumą, atsparumą korozijai, atsparumą šviesai ir atsparumą oro sąlygoms; padidina plėvelės mechaninį stiprumą ir sukibimą; apsaugo nuo įtrūkimų; ir blokuoja UV spinduliuotę bei drėgmės prasiskverbimą, -uždelsdamas senėjimą ir prailgindamas dangos tarnavimo laiką. Tai taip pat gali sumažinti medžiagų suvartojimą ir skatinti produktų įvairinimą.
II. Titano dioksido dalelių dydžio įtaka dangos slėpimo galiai
TiO₂ dalelių formos ir dydžio skirtumai labai veikia šviesos sklaidos laipsnį ir yra pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką slėpimo galiai. Tyrimai rodo, kad identiškomis sąlygomis, kai TiO₂ dalelių dydis yra tarp160–350 nm-apie0,4–0,5 karto didesnis už matomos šviesos bangos ilgį-išsklaidymo gebėjimas yra stipriausias, tiesiogiai pagerinantis dangos slėpimo efektyvumą.
Jei plėvelę formuojančios medžiagos visiškai nepadengia TiO₂ dalelių, gali įvykti dalelių sąlytis ir susikaupimas, efektyviai padidinant dalelių dydį ir sumažinant slėpimo galią.
III. Titano dioksido dispersijos įtaka dangos slėpimo galiai
Dangų pramonėje miltelių dalelių dispersijos laipsnis daugiausia lemia produkto eksploatacines savybes. Gamybos metu TiO₂ dispersija apima drėkinimą, šlifavimą ir dispergavimą.
Stabili TiO₂ suspensija pagerina slėpimo galią, tačiau dėl TiO₂ aktyvumo ir jautrumo preparato aplinkai gali kilti tokių problemų kaip flokuliacija, nusėdimas ir nestabilumas. Todėl dispersijos kokybė daro didelę įtaką slėpimo galiai.
IV. Dispersanto dozės įtaka dangos slėpimo galiai
Kadangi TiO₂ dalelės yra mažesnės nei dauguma užpildų ir linkusios agreguotis, dispergentų pasirinkimas ir dozės stipriai veikia TiO₂ dispersiją ir tokiu būdu dangos slėpimo galią. Tyrimai rodo, kad didėjant dispergentų dozei, pagerėja pigmento / užpildo dispersija, susiaurėja dalelių dydžio pasiskirstymas, o efektyvus dalelių dydis mažėja, todėl padidėja slėpimo galia.
V. Titano dioksido dangose darnaus vystymosi būdai
Kaip labai efektyvus šviesą{0}}sklaidantis pigmentas, TiO₂ pasižymi puikiu baltumu ir slepia galia. Sparčiai augant automobilių, statybų ir vandens{2} dangų pramonei, pasaulinė paklausa ir toliau auga.
Tačiau su išteklių vartojimu, energijos naudojimu ir poveikiu aplinkai susiję iššūkiai sustiprėjo. Didinti TiO₂ pramonės tvarumą tapo skubu.
Be naujų gamybos technologijų kūrimo, dangų gamintojai turi ieškoti būdų, kaip pagerinti TiO₂ panaudojimo efektyvumą arba nustatyti pakaitalus, kad sumažintų suvartojimą.
1. Titano dioksido panaudojimo efektyvumo gerinimas
Praktikoje TiO₂ aglomeracija ir flokuliacija gali užkirsti kelią optimaliai paslėpti net esant dideliam pigmento kiekiui. Todėl šviesos sklaidos efektyvumo didinimas tapo pagrindiniu mokslinių tyrimų akcentu.
Michaelas naudojo Monte Karlo modeliavimą, norėdamas parodyti, kad pakeitus stambius užpildus smulkiais užpildais, padidėja atstumas tarp TiO₂ dalelių, todėl pagerėja pasislėpimas per„pigmento atskyrimo“ arba „pigmento skiedimo“ efektas. Mažesni užpildai geriau atskiria TiO₂ daleles, padidindami sklaidos efektyvumą ir sumažindami TiO₂ kiekį, reikalingą lygiaverčiui paslėpti.
Tačiau tarpais išsidėsčiusios TiO₂ dalelės vis dar turi tendenciją iš naujo{0}}aglomeruotis.
2013 m.Dow Chemicalgavo JAV prezidento Green Chemistry Challenge apdovanojimą už kūrimąEVOQUE™ iš anksto{0}}kompozitinių polimerų technologija. Šie polimerai jungiasi prie TiO₂ paviršių, sudarydami tarpą, kuris pagerina dalelių pasiskirstymą ir sklaidos efektyvumą. Tai pagerina slėpimo galią ir sumažina TiO₂ kiekį iki20%, sumažinant išlaidas išlaikant arba gerinant našumą. Ši technologija taip pat pagerina atsparumą dėmėms, atsparumą korozijai, sumažina energijos sąnaudas ir-pagal nepriklausomą LCA-mažina anglies emisijądaugiau nei 22 proc.ir vandens suvartojimas iki30%.
1997 m.Virtanenpristatė TiO₂ „pre{0}}kapsuliavimo“ technologiją, kuriant šerdies-pigmentus su TiO₂ šerdimis ir kalcio karbonato apvalkalais. Apvalkalas suteikia tarpus, padidina sklaidą ir sumažina anglies pėdsaką maždaug 70%. „FP Pigments“ komercializavo šią technologiją.
Panašiai Chemours sukūrė apdorotą TiO₂ rūšį,TS-6300, kuris pasižymi patobulintu paviršiaus apdorojimu, kuris padidina dalelių atstumą ir sumažina aglomeraciją. Dėl padidėjusios alyvos absorbcijos sumažėja CPVC, todėl plėvelėje susidaro oro tuštumos, kurios dar labiau pagerina šviesos sklaidą.
2. Pristatome Air
Dengimo plėvelėje esantis oras sumažina dervos/oro mišinio lūžio rodiklį, padidindamas lūžio rodiklio kontrastą su TiO₂ ir pagerindamas šviesos sklaidą. Trijų tipų oro tuštumos prisideda prie slėpimo galios:
- Oras dervoje
- Oras užpildo dalelėse
- Oras pigmento ir dervos sąsajoje
Klasikinis pavyzdys yra tuščiavidurės polimerinės mikrosferos, kurias 1984 m. pirmą kartą sukūrė Kowalski ir pardavinėjo Rohmas ir Haasas.ROPAQUE™. Džiūvimo metu mikrosferų viduje esantis vanduo išgaruoja ir pakeičiamas oru, pagerindamas sausą pasislėpimą.
Kai TiO₂ iš dalies pakeičiamas tuščiavidurėmis mikrosferomis, pradinis drėgnas slėpimas gali sumažėti, tačiau sausas slėpimas pagerėja iki TiO₂-tik dangų lygio. Mikrosferos taip pat padidina atsparumą dėmėms, skalbimą ir išlaiko spalvą.
Mikroporuotas kalcinuotas kaolinas iš Omya taip pat turi uždarų oro tuštumų. Greitai deginant, dalelės plečiasi viduje dėl garų slėgio, sudarydamos uždaras poras, kurios pagerina šlapinimąsi ir sausumą. Iki20%Galimas TiO₂ sumažinimas.
Palyginimai rodo:
- Mikroporuotas kaolinas ir tuščiavidurės mikrosferos labai padidina pasislėpimą.
- Mikroporuotas kaolinas linkęs sukurti matinį efektą.
- Mikrosferos padidina blizgesį.
Virš CPVC mikroporuotas kaolinas veikia dar geriau, nes tiek vidinės, tiek išorinės tuštumos padeda pasislėpti, išlaikant mažą aliejaus sugėrimą ir gerą atsparumą šveitimui.
Nguyen ir kt. toliau išvystytos polimero – TiO₂ „sumuštinių“ nanostruktūros, sujungiančios TiO2, oro tuštumas ir tarpą tarp polimerų, kad būtų sudaryti keli sklaidos būdai.
Apibendrinant, gerinant TiO₂ sklaidą, sumažinus aglomeraciją ir įdiegus oro{0}} struktūras, galima žymiai padidinti slėpimo galią, įgalinti dalinį TiO₂ pakeitimą, sumažinti anglies emisiją ir palaikyti tvarią TiO₂ plėtrą.
VI. Titano dioksido panaudojimas
TiO₂ plačiai naudojamas dangose, plastikuose, gumoje, rašaluose, popieriuje, cheminiuose pluoštuose, keramikoje, kasdienėje cheminėje medžiagoje, farmacijoje ir maisto produktuose.
Dangos
Dangų pramonė yra didžiausias galutinis{0}}naudotojas, ypač rutilo TiO₂. Dangos, kurių sudėtyje yra TiO₂, pasižymi ryškiomis spalvomis, stipria slėpimo ir atspalvio galia, pagerina plėvelės stiprumą ir sukibimą, atsparumą UV spinduliams ir drėgmei bei ilgesnį tarnavimo laiką.
Plastikai
Plastiko pramonė yra antra pagal dydį{0}}vartotoja. TiO₂ padidina plastikinių gaminių atsparumą karščiui, atsparumą šviesai, atsparumą oro sąlygoms, mechaninį stiprumą ir ilgaamžiškumą.
Popieriaus gamyba
Popieriaus gamyba yra trečia{0}}pagal dydį taikymas. TiO₂ pagerina baltumą, blizgesį, stiprumą, glotnumą ir neskaidrumą. Anatazė TiO₂ dažniausiai naudojama dėl melsvo atspalvio ir šviesinimo efekto. Laminuotam popieriui reikalingas rutilo TiO₂, kad būtų geresnis atsparumas karščiui ir šviesai.
Rašalai
TiO₂ yra pagrindinis aukštos kokybės{0}}rašalo baltas pigmentas, pasižymintis puikiu patvarumu, drėkinimu ir sklaidumu.
Pluoštas ir tekstilė
TiO₂ naudojamas kaip delustantas cheminiuose pluoštuose, dažniausiai anatazės pavidalu dėl savo minkštumo. Kai kurioms klasėms reikia apdoroti paviršių, kad būtų sumažintas fotokatalizinis pluoštų skilimas.
Emalio pramonė
Aukšto -grynumo emalio-rūšio TiO₂ užtikrina stiprų neskaidrumą, vienodą dalelių dydį, aukštą lūžio rodiklį, puikų baltumą ir gerą atsparumą rūgštims-, todėl emalio danga yra lygi, plona ir patvari.
Keramika
Keramikos -klasės TiO₂ pasižymi vienodu dalelių dydžiu, dideliu lūžio rodikliu ir puikiu terminiu stabilumu (atlaiko 1200 laipsnių 1 valandą be papilkėjimo). Jis plačiai naudojamas keramikoje, statybinėse ir dekoratyvinėse medžiagose.
Kinijos TiO₂ pramonė prasidėjo šeštojo dešimtmečio viduryje. Šiandien Kinija sudaro30% pasaulinės TiO₂ talposir yra didžiausia pasaulyje gamintoja ir vartotoja. Nuo 1999 iki 2011 m. Kinijos TiO₂ suvartojimas išaugo nuo 248 000 tonų iki 1,65 mln. tonų -CAGR 17,11 %.
Šiuo metu Kinija turi daugiau nei 50 TiO₂ gamintojų, daugelis iš jų rytiniame regione, nepaisant ribotų žaliavų išteklių. Tuo tarpu titano rūdos ištekliai daugiausia yra pietvakariuose. Pramonė išlieka gana susiskaidžiusi. Kinijos TiO₂ gamyba perėjo nuo daugiausia sulfato-anatazės į daugiausia rutilo rūšis, kurios dabar sudaro daugiau nei 70 % produkcijos. Tačiau aukščiausios klasės TiO₂ vis dar labai priklauso nuo importo.
Vidaus chloruoto TiO₂ gamyba išlieka labai ribota – apie 30 000 tonų, nors kelios įmonės planuoja išplėsti chloravimo pajėgumus iki daugiau nei 600 000 tonų. Šis laikotarpis yra kritinis produkto struktūros atnaujinimo, technologijų tobulinimo ir pažangių procesų pritaikymo etapas.
VII. Išvada
Didėjant aplinkos poveikiui ir didėjant supratimui apie tvarumą, TiO₂ pramonė-, kuriai būdinga didelė tarša ir didelis energijos suvartojimas-, susiduria su dideliais iššūkiais. Kaip esminis baltas pigmentas dangose, TiO₂ panaudojimo efektyvumo didinimas, suvartojimo mažinimas ir alternatyvių medžiagų kūrimas yra esminiai žingsniai siekiant tvaraus vystymosi.