TiO2 và tính chất đặc trưng

Titanium dioxide (TiO2) là một chất màu trắng sáng được sử dụng chủ yếu như một chất màu sinh động trong một loạt các sản phẩm phổ biến. Nó cũng có một số phẩm chất ít được biết đến khiến nó trở thành một thành phần cực kỳ hữu ích và quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và ngăn ngừa ung thư da.

Được đánh giá cao về màu siêu trắng, khả năng tán xạ ánh sáng và chống tia cực tím, TiO2 là một thành phần phổ biến, xuất hiện trong hàng trăm sản phẩm chúng ta thấy và sử dụng mỗi ngày, mang lại lợi ích đáng kể cho nền kinh tế và chất lượng cuộc sống nói chung.

Tính chất vật lý của TiO2

Titanium dioxide có một số đặc điểm độc đáo làm cho nó phù hợp lý tưởng với nhiều ứng dụng khác nhau.

Điểm nóng chảy cực cao là 1.843ºC và điểm sôi là 2.972ºC, do đó xảy ra tự nhiên dưới dạng chất rắn, và thậm chí ở dạng hạt của nó, không tan trong nước. TiO2 cũng là một chất cách điện.

Không giống như các vật liệu trắng khác có thể có màu hơi vàng trong ánh sáng, do cách TiO2 hấp thụ ánh sáng tia cực tím, nó không có vẻ ngoài này và xuất hiện dưới dạng màu trắng tinh khiết.

Điều quan trọng, titan dioxide cũng có chỉ số khúc xạ rất cao (khả năng tán xạ ánh sáng), thậm chí cao hơn cả kim cương. Điều này làm cho nó trở thành một chất vô cùng tươi sáng và một vật liệu lý tưởng cho việc sử dụng thiết kế thẩm mỹ.

Một tính chất quan trọng khác của titan dioxide là nó có thể hiển thị hoạt động xúc tác quang dưới ánh sáng tia cực tím. Điều này làm cho nó hiệu quả để làm sạch môi trường, cho các loại lớp phủ bảo vệ khác nhau, khử trùng và chống mờ bề mặt, và ngay cả trong điều trị ung thư.

Độ sáng, độ bền màu, độ mờ và độ mờ không giống bất kỳ chất nào khác.

Tính ổn định của nhiệt, ánh sáng và thời tiết ngăn chặn sự xuống cấp của sơn, trong màng và sự hấp thụ của nhựa.

Khả năng bảo vệ: khả năng phân tán và hấp thụ bức xạ UV làm cho TiO2 trở thành một thành phần quan trọng cho kem chống nắng, bảo vệ da khỏi các tia UV gây hại, gây ung thư.

Được sử dụng làm chất xúc tác quang trong các tấm pin mặt trời cũng như làm giảm các chất ô nhiễm trong không khí.

Ứng dụng của TiO2

Các ứng dụng phổ biến cho TiO2 trong các ngành như: sơn, nhựa, giấy, dược phẩm, kem chống nắng và thực phẩm.

Là một chất xúc tác quang, titan dioxide có thể được thêm vào sơn, xi măng, cửa sổ và gạch để phân hủy các chất ô nhiễm môi trường.

Là một sắc tố trắng, TiO2 là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất cho sơn và sơn.

Ngoài sơn, sơn xúc tác, nhựa, giấy, dược phẩm và kem chống nắng, một số ứng dụng ít được biết đến bao gồm bao bì, mực in thương mại, mỹ phẩm khác, kem đánh răng và thực phẩm (được liệt kê là colourant thực phẩm E171).

Ngành sơn và nhựa

Khi được sử dụng đặc biệt như một sắc tố trong sơn, TiO2 được gọi là titan trắng, Pigment White 6 hoặc CI 77891. Nó còn được gọi là ’màu trắng hoàn hảo hay’ màu trắng nhất do chất lượng làm trắng tinh khiết, mạnh mẽ của nó.

Cho đến khi luật thay đổi vào những năm 1920, hầu hết các nhà sản xuất sơn thương mại đã sử dụng chì trắng độc hại cao làm chất tẩy trắng và ban đầu không chuyển đổi sang sử dụng titan dioxide, một phần do chi phí cao hơn. Kẽm oxit (ZnO) cũng được sử dụng làm sắc tố trắng nhưng không hiệu quả.

Titanium dioxide hiện là một trong những sắc tố phổ biến nhất trong sử dụng toàn cầu, và là cơ sở cho hầu hết các màu sơn. Nó cũng được tìm thấy trong lớp phủ và nhựa. Những sử dụng titan dioxide chiếm hơn 50 phần trăm sử dụng toàn cầu của nó.

Chỉ số khúc xạ cao của nó có nghĩa là, như một sắc tố, nó có thể tán xạ ánh sáng khả kiến. Điều này dẫn đến màu đục và tạo ra chất lượng sáng, phản chiếu khi áp dụng lên bề mặt hoặc tích hợp vào sản phẩm.

Một ví dụ quan trọng về việc sử dụng nó trong các ứng dụng này là làm lớp phủ cho tuabin gió, cung cấp cả màu trắng phù hợp và bảo vệ khỏi sự xuống cấp của tia cực tím. Vì những lý do tương tự, nó cũng được tìm thấy trong các khung cửa sổ bằng nhựa.

Ngành thực phẩm

Trong thực phẩm, TiO2 được sử dụng ở cấp sắc tố và được gọi là E171. Trong nhiều sản phẩm thực phẩm, nó hoạt động như một chất làm trắng, nhưng cũng như một chất tăng cường màu sắc và kết cấu. E171 có thể cho độ mịn, khi được sử dụng trong một số sản phẩm như sôcôla, hoặc có thể giúp tạo hiệu ứng như được sử dụng trong một số đồ ngọt.

Ngành Mỹ phẩm và chăm sóc da

Trong các sản phẩm chăm sóc da và trang điểm, titan dioxide được sử dụng vừa là sắc tố vừa là chất làm đặc cho kem. Là một loại kem chống nắng, TiO2 siêu mịn được sử dụng vì tính trong suốt và khả năng hấp thụ tia cực tím.

Nguồn gốc TiO2

Titanium dioxide chính thức được đặt tên đầu tiên và được tạo ra trong phòng thí nghiệm vào cuối những năm 1800. Nó được sản xuất hàng loạt cho đến đầu thế kỷ 20, khi nó bắt đầu tiếp quản như một sự thay thế an toàn hơn cho các sắc tố trắng khác.

Nguyên tố titan và hợp chất TiO2 được tìm thấy trên khắp thế giới, được liên kết với các nguyên tố khác như sắt, trong một số loại cát đá và khoáng sản (bao gồm một thành phần của một số cát bãi biển). Titan thường xảy ra dưới dạng ilmenit khoáng (một khoáng chất oxit sắt-titan) và đôi khi là rutile khoáng, một dạng TiO2. Các hợp chất phân tử trơ này phải được tách ra thông qua một quá trình hóa học để tạo ra titan dioxide tinh khiết.

Titanium là một trong những kim loại phổ biến nhất trên trái đất, nhưng nó không xuất hiện tự nhiên ở dạng nguyên tố này. Titanium dioxide – còn được gọi là titan (IV) oxit hoặc Titania – là hợp chất tự nhiên được tạo ra khi titan phản ứng với oxy trong không khí. Là một oxit, titan được tìm thấy trong các khoáng chất trong lớp vỏ Trái đất. Nó cũng được tìm thấy với các yếu tố khác, bao gồm canxi và sắt.

Công thức hóa học của nó là TiO2, có nghĩa là nó bao gồm một nguyên tử titan và hai nguyên tử oxy (do đó là điôxít). Nó có số đăng ký CAS (Dịch vụ tóm tắt hóa học) là 13463-67-7.

TiO2 thường được coi là trơ về mặt hóa học, có nghĩa là nó không phản ứng với các hóa chất khác và do đó, là một chất ổn định có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau và cho nhiều ứng dụng khác nhau.