دی اکسید تیتانیم و سایر پیگمنت های سفید

بازدید: ۷۲۶

دی اکسید تیتانیم و سایر پیگمنت های سفید

پیگمنت های سفید، بسته به میزان کدورت آنها به گونه های پوششی یا غیر پوششی تقسیم یندی می شوند. مهم ترین پیگمنت کدر سفید، دی اکسید تیتانیوم (پیگمنت 6 C.I. و TiO2) است که در سطح وسیعی در نقاشی، پلاستیک، مرکب چاپ، کائوچو، کاغذ، الیاف مصنوعی، سرامیک و مواد آرایشی به کار می رود. علت کاربرد وسیع دی اکسید تیتانیوم در صنعت را می توان، درجه ی بالای کدورت، رنگ سفید (یعنی حداکثر پخش نور با حداقل جذب نور) و همچنین دوام عالی و غیر رسمی بودن آن دانست. این پیگمت به دو صورت چند شکلی (پلی مورفی) روتایل و آنتاز ساخته می شود که حالت اول از نظر تجاری اهمیت بیشتری دارد.

روتایل، ضریب انعکاسی بزرگتری ( 70/2) نسبت به فرم آناتاز ( 55/2) دارد که ناشی از آرایش خاص و فشرده اتم ها در شکل کریستالی آن می باشد و این مساله باعث کدورت بیشتر آن می شود. بعلاوه شکل روتایل با دوام تر است. فرایند سولفات و فرایند کلرید، دو فرایندی هستند که برای ساخت پیگمنت های دی اکسید تیتانیم استفاده می شونددر شمای زیر مراحل شیمیایی فرایند سولفات شرح داده شده است. این فرایند بین دو روش مذکور از قدمت بیشتری برخودار است. در این فرایند سنگ معدن ایلمنیت خام که از مخلوط اکسید تیتانیم و مقادیر اضافی اکسیدهای آهن ساخته شده است در اسید سولفوریک غلیظ می شود و محلولی از سولفات های Fe(II)، Fe(III) و Ti(IV) بدست می آید.

 

 

 

شمای 1 فرایند سولفات برای تولید TiO2

از مجاورت این محلول با فلز آهن طی فرایند احیایی آهن (III) محلول فقط دارای آهن (II) خواهد بود. در این مرحله محلول تغلیظ می شود و کریستال های FeSO4 , 7H2O (کوپراز) به عنوان عمده ترین محصول فرعی این فرایند ته نشین می شود و سپس از طریق صاف کردن جدا سازی می شود. در مرحله بحرانی، محلول جوشانده می شود و دی اکسید تیتانیم هیدراته شده به دلیل هیدولیز محلول آبی سولفات تیتانیم (IV) رسوب می کند. اکسید هیدراته شده حاصله در oC 800-1000 آهکی می شود تا آب و سولفات باقیمانده (یعنی H2SO4) زدوده شود و دی اکسید تیتانیم بی آب حاصل گردد. در صورتیکه در مرحله ترسیب از هسته های مناسب مواد استفاده شود از فرایند سولفات می توان هر دو پیگمنت روتایل و آناتاز را تهیه نمود. در فرایند پیشرفته تر کلرید از سنگ معدن دی اکسید تیتانیم روتایل در حضور کربن به عنوان عامل احیا کننده در دمای oC 800-1000  با محلول کلر، تتراکلرید تیتانیم تشکیل می شود. پس از خالص سازی از طریق تقطیر و طی اکسایش فاز گازی در دمای oC 1500 با هوا و یا اکسیژن، ذرات پیگمنت ریز دی اکسید تیتانیم روتال با خلوص بالا بدست می آیند.

در این مرحله کلر تولید شده، دوباره قابل استفاده می باشد. هر دوی این فرایندها کاملا ً مهم و اساسی هستند. اگرچه، فرایند کلرید نسبت به روش سولفات، مفیدتر است. زیرا این فرایند به روش پیوسته قابل اجرا است و خواص پیگمنت حاصله بخوبی قابل کنترل می باشد همچنین محصولات فرعی کمی را تولید میکند، از طرف دیگر ایجاد پساب در فرایند سولفات، مشکل عمده ای است.

سولفات روی (پیگمنت سفید 7C.I. ZnS,) و اکسید آنتیموان (III) (پیگمنت سفید 11 C.I. Sb2O3,) پیگمنت های پوششی سفیدی هستند که کاربردهای خاصی دارند، اما ضریب انعکاسی کم آنها نشان می دهد که نسبت به TiO2 کدورت کمتری دارند. کربنات سرب بازی، (پیگمنت سفید 1 C.I.) از قدیم به عنوان پیگمنت پوششی سفید مرسوم بوده است، اما امروزه به دلیل سمیت و خواص تکنیکی پایین کاملا ً ممنوع شده است.

پیگمنت های سفید غیر پوششی، در برخی موارد به عنوان بسط دهنده و یا پرکننده های ارزان قیمت بویژه در صنعت پلاستیک استفاده های زیادی دارند. این پیگمنت ها، پودرهای سفیدی هستند که ضریب انعکاسی پایینی دارند و به همین دلیل کدورت کمی دارند. اگرچه این پیگمنت ها در موارد مختلف قابل استفاده هستند. برای مثال، برای بهبود سیالیت رنگ های نقاشی، جوهر و اصلاح خواص مکانیکی پلاستیک های ارزان ارزان قیمت، استفاده می شوند. به عنوان پیگمنت های سفید غیر پوششی معمول می توان به کربنات کلسیم (CaCO3)، سولفات باریم (BaSO4)، تالک (سیلیکات منیزیم هیدراته)، خاکستر چینی (سیلیکات آلومینیم هیدراته) و سیلیکا اشاره کرد.

دی اکسید تیتانیم و سایر پیگمنت های سفید

محصولات