تیتانیوم دی اکسید

تیتانیوم دی‌اکسید یک ترکیب غیرآلی با فرمول شیمیایی TiO₂ است و با نام تیتانیوم IV اکساید یا تیتانیا (تیتان) شناخته می‌شود. این ماده نهمین عنصر کشف شده در سطح زمین است. ساختار بلور این ماده به شکل مکعب مستطیل بوده و به عنوان یک رنگ‌دانه درخشنده شناخته می‌شود. تیتان به دلیل داشتن رنگدانه‌های سفید و شفاف در تولید رنگ‌های مصنوعی (مثل رنگ‌های ساختمانی) کاربرد زیادی دارد.

در واقع این ماده یک رنگدانه جامد سفید با کاربردهای زیاد است که در صنایع مختلف استفاده گسترده‌ای از آن می‌شود. این ماده در صنایع غذایی، دارویی، لوازم آرایشی و ساخت مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر قصد خرید عمده تیتانیوم دی‌اکسید را دارید می‌توانید از طریق شماره 91008866 – 021 و یا تکمیل فرم پایین صفحه با کارشناسان ما در شرکت رسام گستر راویس در ارتباط باشید.

دی‌اکسید تیتانیوم چیست ؟

تیتانیوم دی‌اکسید به دلیل داشتن رنگ‌دانه‌های سفید و شفاف باعث درخشندگی بیشتر محصولات می‌شود به همین جهت در صنایع مختلف که نیاز به ایجاد پوشش (در قسمت‌های داخلی و خارجی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. پیگمنت یا رنگ‌دانه دی‌اکسید تیتانیوم قدرت پوشش‌دهی بالایی دارد؛ حتی می‌توان گفت: این ماده از رنگدانه‌های سفید رنگ هم شفاف‌تر است. این ماده به دلیل قیمت پایین و قدرت پوشانندگی بالا (نسبت به سایر پیگمنت‌ها) طرفداران زیادی دارد. به طوری که در بازار فروش مواد اولیه تنها ماده مورد استفاده با این منظور است.

از حالت‌ها یا گرید‌های مختلف تیتان در صنایع مختلف استفاده می‌شود. به طور کلی اگر بخواهیم کاربرد انواع تیتان را برسی کنیم باید بگوییم که: این ماده در 3 حالت کریستالی: تیتانیوم دی‌اکسید آناتاز، روتیل و بروکیت در طبیعت یافت می‌شود. از بین این سه حالت گرید آناتاز با داشتن 94 درصد تیتانیوم دی اکسید مقاوم‌ترین نوع آن است. اما به دلیل میل به گچ شوندگی برای استفاده به عنوان پوشش‌های خارجی توصیه نمی‌شود. ماده بعدی روتیل است که با داشتن  92 درصد تیتان خالص در رتبه دوم قرار می‌گیرد. با این حال قدرت پوشانندگی آن 20 تا 30 درصد بیشتر از آناتاز است. ضعیف‌ترین گرید این ماده طبیعی بروکیت نام دارد که کاربرد آن نسبت به دو نوع قبلی بسیار کمتر است. در واقع نوع آناتاز و روتیل مهم‌ترین انواع تیتان در بازار هستند.

مراحل تولید دی‌اکسید تیتانیوم

روش تولید دی‌اکسید تیتانیوم بستگی به مواد خام موجود دارد. رایج ترین منبع دی‌اکسید تیتانیوم ماده معدنی ایلمنیت با فرمول FeTiO₃ است. برای تولید دی اکسید تیتانیوم باید بعد از این که سنگ معدن این ماده استخراج شد طی دو فرایند ”سولفات” و “کلراید” به شکل خالص آن تبدیل شود.

تولید با استفاده از روش سولفات: دراین فرایند ایلمنیت (FeTiO₃) یک منبع مفید برای تولید محصول مورد نظر است که با اسید سولفوریک غلیظ واکنش داده و ماده تیتانیوم اکسیژن سولفات (TiOSO₄) استخراج می‌شود. ادامه این فرایند در نهایت باعث تبدیل تیتانیوم اکسیژن سولفات به TiO₂ می‌شود. برای تولید تیتان با استفاده از این روش ابتدا سنگ معدن را خرد کرده و تیتان آن را جداسازی می‌کنند. بعد از این مراحل ماده به دست آمده آسیاب و خشک می‌شود. در مرحله آخر اسید سولفوریک دودکننده یا اولئوم را به ماده اضافه می‌کنند.

محصول این واکنش مواد مختلفی مثل: سیلیس، سولفات تیتانیوم و … است که برای جداسازی سیلیس و مواد دیگر از روش فیلتراسیون استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که در این مرحله برای تبدیل مولکول‌های Fe به آهن دوظرفیتی، از آهن قراضه استفاده می‌کنند. بعد از اتمام این مراحل برای جداکردن کریستال‌های سولفات پرو، مواد را به دستگاه تبخیر در خلا منتقل می‌کنند. در مرحله بعدی محلول به دست آمده را در دمای بالا قرار داده تا به جوش بیاید. با این کار سولفات تیتانیوم تجزیه شده و به هیدروکسید تیتانیوم تبدیل می‌شود.

این مرحله بسیار حساس است زیرا در صورت بروز خطا در این قسمت اندازه ذرات از حالت استاندارد خارج شده و ماهیت پیگمنت‌ها تغییر می‌کند؛ در نتیجه محصول نهایی کیفیت لازم را نخواهد داشت. برای جلوگیری از چنین اتفاقی باید شرایط آزمایش به خوبی کنترل شود و رسوب به دست آمده از تجزیه مواد شسته شود تا آهنی در آن باقی نماند. این روش برای تولید تیتانیوم دی‌اکسید آناتاز کاربردی است. برای تولید نوع روتیل تیتان کافی است قبل از مرحله هیدرولیز، به ماده نمک روی (Zn) اضافه شود.

تولید با استفاده از روش کلراید: این فرایند نیاز به خالص‌ترین سنگ معدن موجود و یا روتیل دارد که بسیار کمیاب است. مواد خام باید حاوی حداقل 70 درصد از روتیل باشند. تیتان در واکنش با کربن دچار اکسایش می‌شود. در مرحله بعد همین فرایند با کلر تکرار می‌شود. سپس مایع TiCl₄ به دست آمده با کمک شعله اکسیژن خالص یا پلاسما در دمای 1200 تا 1700 درجه سانتی‌گراد تقطیر شده و به TiO₂ تبدیل می‌شود.

نانو تیتانیوم دی‌اکسید چیست؟

ذرات خیلی ریز این ماده، تیتانیوم دی‌اکسید نانو نام دارد. قطر این ذرات کمتر از 100 نانومتر بوده و با نام تیتانیوم دی‌اکسید فوق‌العاده شناخته می‌شود. ساختار کریستالی این ماده روتیل است. می‌توان گفت تمام خواص این ماده در نانوذرات آن قرار دارند و از آنجا که مواد در حالت نانو واکنش‌پذیرتر هستند پس کارایی بهتری در واکنش‌ها یا تولید مواد مختلف خواهند داشت. مهم‌ترین ویژگی‌های نانو ذرات عبارتند از: غیرسمی بودن، مقرون‌به صرفه بودن برای مصرف‌کنندگان، ثبات شیمیایی بالا و قرارگیری در دسته محصولات سبز. منظور از محصولات سبز موادی هستند که کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد می‌کنند.

نانو تیتانیوم دی‌اکسید خواص فوق‌العاده‌ای دارد که برای مصارف صنعتی مختلف بسیار مفید است. این خواص شامل: آب‌دوست بودن (تمایل به حل‌شدن در آب)، نیمه‌رسانایی و خواص آنتی‌باکتریال می‌شود. این ویژگی‌ها باعث شده نانو تیتانیوم دی‌اکسید به یک ماده ویژه تبدیل شود. به عنوان مثال این ماده خاصیت ضدعفونی کنندگی دارد و در ساخت مواد self-clean (مثل پنجره‌های خودتمیزکن یا شیشه‌های ضدبخار) استفاده می‌شود. این ماده توسط پوست جذب نمی‌شود بنابراین در بین مواد اولیه ساخت لوازم آرایشی و بهداشتی کم‌ضررترین است. به همین دلیل در ساخت لوازم آرایشی و بهداشتی مثل کرم‌های ضدآفتاب کاربرد دارد.

کاربرد دی‌اکسید تیتانیوم در صنایع غذایی

کارخانه‌های تولیدکننده مواد غذایی برای افزایش جذابیت خوراکی‌ها باید از موادی استفاده کنند که رنگ خوبی داشته باشند. تیتانیوم دی‌اکسید ماده‌ای است  در کنار کم ضرر بودن، رنگدانه‌های شفافی دارد و باعث خوش‌رنگ شدن مواد غذایی می‌شود. در نتیجه برای استفاده در صنایع غذایی یک انتخاب مطمئن است. این ویژگی باعث شده تیتان به یکی از پرمصرف‌ترین مواد افزودنی در صنایع غذایی تبدیل شود. این ماده با درجه خلوص حدود 95 درصد به فرآورده‌ها اضافه می‌شود. تیتان در بازارهای فروش مواد اولیه با کد E171 شناخته می‌شود.

بعضی از موادغذایی مثل میوه‌ها بعد از مدتی گاز اتیلن تولید می‌کنند که حضور این ماده باعث پلاسیدگی یا خراب‌شدن میوه‌ها می‌شود. برای جلوگیری از چنین اتفاقی از بسته‌بندی‌هایی که در تولید آن‌ها از تیتان استفاده شده کمک می‌گیرند زیرا تیتان روند تولید گازهایی مثل اتیلن را کند می‌کند.

برای جلوگیری از عوارض تیتانیوم دی اکسید (در دستگاه گوارش) آن را با بعضی چربی‌ها و پروتئین‌ها ترکیب می‌کنند. انواع سس‌، کنسرو، آب‌نبات، شکلات، کیک و شیرینی از جمله معروف‌ترین خوراکی‌هایی هستند که در ترکیبات‌شان از دی‌اکسید تیتانیوم استفاده شده است.

کاربرد دی‌اکسید تیتانیوم در صنعت

پوشانندگی بالای تیتان باعث شده در صنایع مختلف کاربرد زیادی داشته باشد. این ماده یک ترکیب بسیار عالی برای حفاظت از پلاستیک است زیرا احتمال ترک ‌خوردن آن را کم کرده و باعث افزایش مقاومت لاستیک در برابر نور خورشید می‌شود. بنابراین برای تولید چسب‌های پلاستیکی و یا چسب‌های لاستیکی کاربرد زیادی دارد.

تولید محصولات آرایشی: از این ماده به عنوان رنگدانه یا عاملی برای افزایش پوشانندگی لوازم آرایشی استفاده می‌کنند. پوشانندگی بالای این ماده باعث جلوگیری از جذب اشعه خورشید توسط پوست شده و احتمال ابتلا به سرطان پوست را کاهش می‌دهد. به طور مثال تیتانیوم دی‌اکسید در کرم برای افزایش پوشانندگی و البته متنوع کردن رنگ آن استفاده می‌شود. ضدآفتاب‌ها از جمله محصولات آرایشی هستند که وجود تیتان در آن‌ها الزامی است.

تولید محصولات بهداشتی: تیتان یک افزودنی مهم در تولید محصولات بهداشتی نیست ولی در بعضی موارد برای تغییر رنگ آن‌ها استفاده می‌شود. به طور مثال برای سفیدکردن رنگ خمیردندان و صابون استفاده می‌شود. به طور کلی برای تولید محصولات بهداشتی که طیف رنگی آن‌ها نقش مهمی در کیفیت‌شان دارد تیتان یک ماده بسیار مهم است.

ساخت کف‌پوش: این ماده مقاومت بالایی در برابر خراش یا سایش دارد. به همین دلیل استفاده از آن در ساخت کف‌پوش‌ و سرامیک باعث افزایش درخشندگی و استحکام آن‌ها می‌شود. از طرفی استفاده از تیتان برای تولید چنین محصولاتی باعث کم‌ شدن وزن آن‌ها شده و درنتیجه حمل‌ونقل را آسان‌ تر می‌کند. تیتان به عنوان یک لایه سبک بر روی سطوح کشیده شده و وزن زیادی ندارد.

محافظت از سطوح: تیتانیوم دی‌اکسید مانع از عبور نورهای فرابنفش می‌شود. به همین دلیل برای جلوگیری از آسیب نور ‌ uv به انواع سطوح از این ماده در ساخت مواد پوشش‌دهنده سطوح استفاده می‌شود. به عنوان مثال لوله‌های پلاستیکی و خط لوله‌های واحدهای صنعتی از جمله ابزاری است که از تیتانیوم دی‌اکسید برای روکش آن‌ها استفاده شده است.

مضرات دی‌اکسید تیتانیوم

برخی از محققان معتقدند که دی‌اکسید تیتانیوم به دلیل اندازه کوچک مولکول‌هایش قادر به عبور از سد روده، کلیه‌ها و مغز است. به همین دلیل استفاده از آن را سمی می‌دانند. برخی دیگر بر این باورند که چون مقدار مصرف این ماده در محصولات غذایی کم است در نتیجه عوارض خاصی به همراه ندارد. با این حال استفاده از تیتانیوم دی‌اکسید به دلیل احتمال سرطان‌زا بودن در کشورهایی مثل فرانسه ممنوع اعلام شده است. لازم به ذکر است که تا به حال گزارشی مبنی بر عوارض تیتانیوم دی‌اکسید برای پوست منتشر نشده است زیرا این ماده قادر به عبور از پوست نیست. در واقع تماس پوستی با آن مشکلی ایجاد نمی‌کند. موارد زیر از جمله عوارضی است که به دلیل بلعیدن مقدار زیاد این ماده گزارش شده است:

• بروز واکنش‌های آلرژیک مثل: سرفه، عطسه، سوزش گلو و …
• بروز واکنش‌های التهابی و احساس خارش یا سوزش در بدن
• ایجاد تداخل در عملکرد مغز، کلیه‌ها و روده
• ابتلا به بیماری‌های مزمن مثل آب‌مروارید و انواع سرطان