رنگدانه سفید
دی اکسید تیتانیوم مهمترین رنگدانه سفید در صنعت پلاستیک است که نسبت به دیگر رنگدانههای سفید ضریب شکست بالاتر و پایداری شیمیایی و حرارتی خوبی دارد، برای سلامتی خطرناک نیست و قابلیت پراکندگی بسیارخوبی دارد. این ماده به دو صورت تجاری روتایل و آناتاز وجود دارد؛ روتایل قدرت رنگدهی بیشتری ارائه میدهد و به طرز قابل توجهی فعالیت کمتری نسبت به آناتاز دارد. همچنین ضریب شکست کمی بالاتر دارد که قدرت پراکندگی نوری بهتری را ارائه میدهد. اصلاح سطح نوع روتایل راحتتر انجام میگیرد و بهتر از آناتاز پیوند برقرار میکند. آناتاز عمدتا در کاغذ و الاستومر کاربرد دارد. در سیستمهای ترموست، زمان ژل شدن را به تاخیر میاندازد و امکان این وجود دارد که مانع از پخت شود.
برای استحصال رنگدانهها، آنها را از سنگ معدن خام استخراج میکنند و ناخالصیهایی مانند اکسید آهن را از بین میبرند. از روتایل با متوسط اندازه ذرات 0.25 میکرون برای تولید رنگ سفید در پلیمرها استفاده میشود. دی اکسید تیتانیوم برای کاربردهایی که در معرض UV قرار میگیرند، باید اصلاح سطح شوند و زمانیکه اصلاح سطح صورت گرفت، با افزودنیهای آنتی اکسیدانی بر پایه فنولیک واکنش نمیدهند.
فرایند تولید tio2
فرآیندهای تولید برای تیتانیوم دی اکسید با استفاده از سولفات و کلرید انجام میگیرد که بدین صورت است:
- سولفات (حاوی 46% و کمتر تیتان خام): یک فرآیند شیمیایی چند مرحلهای که به صورت بچ یا پیوسته انجام میشود. در این فرآیند ابتدا سنگ معدن تیتانیوم را در اسید سولفوریک غلیظ حل میکنند و سولفات آهن تشکیل میدهند. به منظور خارج کردن سولفات آهن، محلول را تا دمای 15 درجه سانتی گراد سرد کرده و کریستالهای اکسید آهن تشکیل شده و از محلول خارج میکنند. سپس محلول را تا دمای 110 درجه سانتی گراد حرارت داده تا سولفات تیتانیوم دی اکسید هیدرولیز شوند. در این مرحله اسید سولفوریک و رسوب ژل مانند تیتانیوم دی اکسید هیدراته تشکیل میشود. در نهایت؛ تیتانیوم دی اکسید هیدراته را حرارت میدهند و یکی از دو نوع روتایل یا آناتاز شکل میگیرد.
- کلرید (حاوی 54% و بیشتر تیتان خام): یک فرآیند دو مرحلهای در دمای بالا است. سنگ معدن تیتانیوم با Coke و chlorine واکنش میدهند و تتراکلراید تیتانیوم را تولید میکنند که به صورت مایع است. سپس با اکسیژن خالص واکنش داده و دی اکسید تیتانیوم نوع روتایل تولید میشود. کلراید تولید شده دوباره به مرحله اول باز میگردد.
قدرت رنگدهی
از معیارهای مهم و کلیدی در رنگدانهها به ویژه رنگ سفید، قدرت رنگدهی است. قدرت رنگدهی در بخشهای نازک، جایی که رنگدانه مات حتی در غلظتهای کم میتواند به خوبی عمل کند، اهمیت دارد. در قسمتهای ضخیم، ممکن است از اهمیت کمتری برخوردار باشد. در حالیکه؛ غلظت کم رنگدانه تیتیانوم دی اکسید منجر به کاهش دوام و پایداری میشود. غلظت کمتر رنگدانه TiO2 ممکن است دوام محصول را کاهش دهد. قدرت رنگدهی (Tinting strength) تعیین میکند که یک مقدار مشخص از رنگدانه چقدر روی رنگبندی کلی محصول قالبگیری شده تاثیر میگذارد. در مورد TiO2 این بدان معناست که چقدر یک ترکیب رنگی را روشن میکند، یا سفیدی و روشنی را به یک سیستم سفید اضافه میکند. این نه تنها در ترکیبات سفید، بلکه در ترکیباتی که تاثیر رنگ سایر افزودنیها نیز باید پوشانده شود، مهم است.
در تیتانیوم دی اکسید، قدرت رنگ دهی به میزان پراکنش نور بستگی دارد. که با پارامترهایی مانند ضریب شکست، توزیع اندازه ذرات، مقدار تیتانیوم دی اکسید و پراکنش در پلیمر کنترل میشود. هر چقدر تفاوت ضریب شکست رنگدانه با محیط اطراف بیشتر باشد، قدرت پراکندگی نور و در نتیجه قدرت رنگدهی افزایش مییابد.
مقدار واقعی دی اکسید تیتان در رنگدانه عامل مهمی در میزان قدرت رنگدهی آن است. این مقدار، نوعاً دارای 88 تا 97% است.
به منظور دستیابی به بهترین پراکنش تیتانیوم دی اکسید، اصلاح سطح بر روی آن انجام میدهند. به طور کلی از اصلاح سطح به منظور بهبود پراکنش و در صورت نیاز پایداری نوری استفاده میشود. عموما اصلاح سطح معدنی بر ذرات پیگمنت در مراحل اولیه فرآیند ساخت انجام میگیرد ولی اصلاح آلی را میتوان بصورت عملیات اجرایی اضافی، در مراحل مختلف فرآیند افزود.
