دی اکسید تیتانیوم
تیتانیوم فلزی است که معمولاً در گیاهان و حیوانات یافت می شود. به طور طبیعی با اکسیژن تعامل می کند و اکسیدهای تیتانیوم را تشکیل می دهد که معمولاً در سنگ معدن، گرد و غبار، ماسه ها و خاک یافت می شود. بسیاری از مردم با دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده فعال در ضد آفتاب آشنا هستند، جایی که به عنوان یک ماده فیلتر کننده UV برای کمک به مسدود کردن نور فرابنفش خورشید که می تواند باعث آفتاب سوختگی شود و با سرطان پوست مرتبط است، عمل می کند. در ادامه این مطلب به معرفی و بررسی ویژگی های مختلف این ماده می پردازیم.
دی اکسید تیتانیوم چیست؟
دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، یک ماده معدنی سفید، مات و طبیعی است که در تعدادی اشکال کریستالی وجود دارد که مهمترین آن ها روتیل و آناتاز هستند. این اشکال اکسیدی طبیعی را می توان استخراج کرد و به عنوان منبعی برای تیتانیوم تجاری استفاده کرد. این ماده معدنی بی بو و جاذب است. مهمترین عملکرد آن به صورت پودر به عنوان یک رنگدانه پرکاربرد برای ایجاد سفیدی و شفافیت است.
دی اکسید تیتانیوم یک ماده معدنی است که به عنوان رنگ سفید در محصولات مختلفی از جمله کرم های ضد آفتاب، لوازم آرایشی، رنگ ها و پلاستیک ها استفاده می شود. درجه رنگدانه به عنوان، سفید تیتانیوم، رنگدانه سفید 6 یا CI 77891 نیز شناخته می شود. این سفیدترین و درخشان ترین رنگدانه شناخته شده است. این ماده به دلیل جذب خوب و همچنین پراکنده نور می تواند رنگ ها را تقویت و روشن کند. در مواد غذایی و داروها، این افزودنی به نام E171 شناخته می شود و به تعریف واضح رنگ ها کمک می کند و می تواند از تخریب (ترک خوردن و تجزیه مواد) در اثر قرار گرفتن در معرض نور خورشید جلوگیری کند.
کاربرد دی اکسید تیتانیوم در صنایع
دی اکسید تیتانیوم به دلیل خواص منحصر به فردش به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و در علم نانو و فناوری نانو به خوبی شناخته شده است. این ماده یکی از اولین موادی بود که در محصولات نانوتکنولوژی استفاده شد. با این حال، سمیت بالقوه نانوذرات دی اکسید تیتانیوم موضوعی بحث برانگیز است. بسیاری از شرکت های آرایشی و بهداشتی از نانوذرات این ماده استفاده می کنند. به دلیل سفیدی روشن، در محصولاتی مانند رنگ، پوشش، کاغذ، جوهر، خمیر دندان، پودر صورت و رنگ خوراکی استفاده می شود. در ادامه با کاربرد بیشتر این ماده آشنا می شویم:
- رنگ ها و پوشش ها: این ماده شفافیت و دوام را فراهم کرده و در عین حال به اطمینان از ماندگاری رنگ و محافظت از سطح رنگ شده کمک می کند.
- پلاستیک ها، چسب ها و لاستیک: دی اکسید تیتانیوم می تواند به کاهش شکنندگی، محو شدن و ترک خوردگی که در پلاستیک و سایر مواد در نتیجه قرار گرفتن در معرض نور رخ می دهد، کمک کند.
- لوازم آرایشی: دی اکسید تیتانیوم رنگدانه ای در برخی از لوازم های آرایشی برای کمک به پنهان کردن لکه ها و روشن کردن پوست استفاده می شود. این ماده امکان استفاده از پوشش های نازک تری از مواد آرایشی را برای همان اثر دلخواه فراهم می کند.
- کاغذ: این ماده برای پوشش دادن کاغذ استفاده می شود و آن را سفیدتر، روشن تر و مات تر می کند.
- مواد و ترکیبات در تماس با غذا: تیرگی در برابر نور مرئی و فرابنفش ارائه شده توسط دی اکسید تیتانیوم از مواد غذایی، نوشیدنی ها، مکمل ها و داروها در برابر تخریب زودرس محافظت می کند و طول عمر محصول را افزایش می دهد. کلاس های خاصی از دی اکسید تیتانیوم با درجه خلوص رنگدانه بالا نیز در قرص های دارویی و پوشش های کپسول استفاده می شود.
- ضد آفتاب: این ماده معدنی در مقیاس نانو در مقابل نور مرئی شفاف می شود در حالی که به عنوان یک جاذب کارآمد نور UV عمل می کند. از آنجایی که اندازه ذرات بسیار کوچک است، نانو دی اکسید تیتانیوم نور مرئی را منعکس نمی کند، اما نور ماوراء بنفش را جذب می کند و مانع شفافی می شود که از پوست در برابر اشعه های مضر خورشید محافظت می کند. به گفته بنیاد سرطان پوست، استفاده از ضد آفتاب های حاوی این ماده می تواند به جلوگیری از بروز سرطان پوست کمک کند.
- کاتالیزورها: دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو به عنوان یک ماده پشتیبانی برای کاربردهای کاتالیست استفاده می شود. کاربردهای عمده آن در صنعت خودروسازی برای حذف انتشار گازهای خروجی مضر و در نیروگاه ها برای حذف اکسیدهای نیتروژن است.
خواص دی اکسید تیتانیوم
دی اکسید تیتانیوم خالص یک پودر ریز و سفید است که رنگدانه روشن و سفیدی را ایجاد می کند و به مدت یک قرن است که در طیف وسیعی از محصولات صنعتی و مصرفی، از جمله رنگ، پوشش، چسب، کاغذ، پلاستیک و لاستیک، جوهر چاپ، پارچه و منسوجات پوشش داده شده، و همچنین سرامیک، پوشش کف، مواد سقف، لوازم آرایشی و بهداشتی، خمیر دندان، صابون، عوامل تصفیه آب، داروها، رنگ های غذایی، محصولات خودرو، ضد آفتاب و کاتالیزورها استفاده شده است.
دی اکسید تیتانیوم دارای تعدادی ویژگی منحصر به فرد است که آن را برای بسیاری از کاربردهای مختلف مناسب می کند. این ماده دارای نقطه ذوب بسیار بالا 1843 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 2972 درجه سانتیگراد است، بنابراین به طور طبیعی به صورت جامد وجود دارد و حتی در شکل ذرات آن در آب نامحلول است. TiO2 نیز یک عایق است.
TiO2 نور UV را جذب می کند. این خاصیت باعث می شود که در زیر نور سفید روشن به نظر برسد، برخلاف سایر مواد سفید که می توانند کمی زرد به نظر برسند. TiO2 همچنین دارای ضریب شکست بسیار بالایی است، حتی بالاتر از الماس. این ویژگی آن را به ماده ای فوق العاده روشن و ماده ای ایده آل برای استفاده در طراحی زیبایی تبدیل می کند. یکی دیگر از ویژگی های مهم TiO2 این است که می تواند فعالیت فوتوکاتالیستی را در زیر نور UV نشان دهد. این باعث می شود آن را برای تصفیه محیط، برای انواع مختلف پوشش های محافظ، استریل کردن و سطوح ضد مه، و حتی در درمان سرطان موثر باشد. سایر خواص تیتانیوم دی اکسید عبارت است از:
- مقاومت در برابر گرما، نور و هوا از تخریب رنگ و در لایه ها و شکنندگی پلاستیک ها جلوگیری می کند.
- به عنوان فوتوکاتالیست در پنل های خورشیدی استفاده می شود و همچنین می تواند آلاینده های موجود در هوا را کاهش دهد.
فرایند و روش تولید دی اکسید تیتانیوم
در فرآیند اسید سولفوریک از کنسانتره تیتانیوم یا سرباره تیتانیوم محلول در اسید و اسید سولفوریک برای واکنش با اسید سولفوریک برای انجام یک واکنش اسیدولیز برای به دست آوردن محلول سولفات تیتانیوم استفاده می شود. پس از هیدرولیز، رسوب اسید متاتیتانیک به دست می آید. سپس در یک کوره دوار برای تولید TiO2 کلسینه می شود. فرآیند اسید سولفوریک عمدتاً با روش متناوب انجام می شود و تجهیزات تولید دارای انعطاف پذیری بالایی هستند که برای راه اندازی، خاموش کردن و تنظیم بار مناسب است. با این حال، این فرآیند پیچیده است و به نزدیک به دوجین مرحله فرآیند نیاز دارد. هر مرحله فرآیند باید به شدت کنترل شود تا محصولات دی اکسید تیتانیوم با بهترین کیفیت تولید شود و عملکرد بهینه رنگدانه برآورده شود. روش اسید سولفوریک می تواند هر دو محصول آناتاز و روتیل تولید کند.
در فرآیند کلرزنی از مواد خام حاوی تیتانیوم برای واکنش با گاز کلر برای تولید تتراکلرید تیتانیوم استفاده شده که با سرباره کلردار با تیتانیوم بالا، روتیل مصنوعی یا روتیل طبیعی واکنش داده می شود و با تقطیر خالص شده و سپس در فاز گاز اکسید می شود. پس از سرد شدن سریع، TiO2 پس از جداسازی گاز از جامد به دست می آید. از آنجایی که TiO2 مقدار معینی کلر را جذب می کند، برای حذف آن باید حرارت داده یا بخارپز شود. فرآیند ساده است، اما هنگام کلرزنی در دمای 1000 درجه سانتیگراد یا بالاتر، بسیاری از مشکلات مهندسی شیمی وجود دارد که باید حل شوند، مانند خوردگی بالای کلر، اکسی کلرید و تتراکلرید تیتانیوم. ضمناً مواد اولیه مورد استفاده خاص بوده و نسبت به روش اسید سولفوریک گرانتر است.
خرید دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
دی اکسید تیتانیوم یک ماده معدنی است که به صورت پودر در طیف گسترده ای از محصولات، عمدتا به عنوان سفید کننده استفاده می شود. در حالی که در اروپا به عنوان یک افزودنی غذایی ممنوع شده است، FDA می گوید که در مواد غذایی، لوازم آرایشی و ضد آفتاب بی خطر است. با توجه به دامنه گسترده مصرف این محصول، تقاضا رو به افزایش است. اکثر کارخانجات و شرکت شیمی پل به عنوان تامین کننده مواد شیمیایی سعی برآن دارند که بهترین و باکیفیت ترین محصولات را در اختیار مصرف کنندگان قرار دهند.
قیمت دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
قیمت دی اکسید تیتانیوم با توجه به نوع، روش تولید، کاربردهای متنوع و همچنین نوع بسته بندی آن متفاوت می باشد. این ماده شیمیایی که با نام تایتان نیز شناخته می شود توسط شرکت اینترنتی شیمی پل در برندهای مختلف تهیه و به صورت خرد و عمده به متقاضیان عرضه می گردد.
مضرات دی اکسید تیتانیوم چیست؟
اگر چه این ماده به صورت کلی برای انسان ایمن در نظر گرفته می شود اما در برخی افراد سبب ایجاد برخی حساسیت ها می شود مانند خارش و تورم پوستی. برخی گزارشات حاکی از آن است که دی اکسید تیتانیوم منجر به سرطان های تنفسی می گردد. کارگران کارخانه های تولید این ماده و کارخانه های تولید زنجیره ای که این ماده در آن ها استفاده می شود، می توانند در معرض گرد و غبار آن قرار بگیرند.
اداره ایمنی و بهداشت شغلی وزارت کار ایالات متحده (OSHA) یک حد مجاز قرار گرفتن در معرض (PEL) برای گرد و غبار کل این ماده ایجاد کرده است و کارفرمایان را ملزم می کند که قرار گرفتن در معرض محیط کار را کمتر از آن PEL کنترل کنند. قرار گرفتن مصرف کننده در معرض گرد و غبار این ماده معمولاً بسیار کم فرض می شود.
سوالات متداول
- تفاوت دی اکسید تیتانیوم رنگدانه دار و نانو مواد آن چیست؟
دی اکسید تیتانیوم رنگدانه دار در توزیع اندازه ذرات خاص برای بهینه سازی پراکندگی نور مرئی و افزایش کدورت سطح تولید می شود. این ماده عمدتاً به شکل رنگدانه ای تولید می شود (بیش از 98 درصد از کل تولید) که از خواص پراکندگی نور عالی آن برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می کند که به کدورت و روشنایی بستگی دارد.
نانومواد دی اکسید تیتانیوم به طور هدفمند در توزیع اندازه ذرات بسیار کوچکتر از ذرات رنگدانه ساخته می شوند و شفاف هستند و معمولاً به عنوان جاذب UV یا فوتوکاتالیست موثرتر می باشند. شفافیت و جذب اشعه ماوراء بنفش امکان استفاده موثر به عنوان یک ماده محافظ برای ضد آفتاب را فراهم می کند.
- چرا از دی اکسید تیتانیوم در خمیر دندان استفاده می شود؟
از این ماده اغلب برای ایجاد سفیدی در محصولات غذایی، لوازم آرایشی و بهداشتی و اقلام مراقبت شخصی مانند خمیر دندان استفاده می شود. سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) ایمنی دی اکسید تیتانیوم را به عنوان یک افزودنی رنگ ارزیابی کرده و مقرراتی را برای تایید این ماده برای این منظور صادر کرده است.
- آیا دی اکسید تیتانیوم باعث سرطان می شود؟
برخی از افراد در مورد ایمنی این ماده به دلیل گزارش هایی که آن را با سرطان مرتبط می کند، نگرانی دارند. اما این موضوع بستگی به نحوه استفاده از این ماده و نحوه تماس شما با آن دارد. آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) بر اساس مطالعاتی که نشان می دهد، تومورهای ریوی بیشتری در موش ها با تنفس در دی اکسید تیتانیوم مرتبط است، این ماده را به عنوان احتمالاً سرطان زا برای انسان طبقه بندی کرده و این نگرانی عمدتاً برای کارگران صنعتی است.
FDA و برخی دیگر می گویند دی اکسید تیتانیوم برای استفاده در غذاها و محصولات مراقبت شخصی بی خطر است. FDA دستورالعمل های دقیقی در مورد میزان مصرف در غذا ارائه می دهد.
