I. Introduzzjoni
Diossidu tat-titanju (TiO₂)huwa pigment abjad inorganiku li l-komponent ewlieni tiegħu huwa d-dijossidu tat-titanju. Skont l-istruttura tal-kristall tiegħu, TiO₂ jista 'jiġi kklassifikat f'tipi anatase, brookite, u rutile. Minħabba l-indiċi refrattiv għoli tiegħu, is-saħħa qawwija tal-lewn, il-bjuda eċċellenti, in-nuqqas ta'-tossiċità, u l-istabbiltà tajba, id-dijossidu tat-titanju huwa użat ħafna f'kisi, plastiks, manifattura tal-karta, u linka, li fosthom l-industrija tal-kisi tirrappreżenta l-akbar konsum-madwar 60%.
Kemm jekk f'kisi b'bażi ta' solvent-jew ilma-, TiO₂ jipprovdi mhux biss qawwa ta' ħabi u effetti dekorattivi iżda wkoll itejjeb b'mod sinifikanti l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-kisi. Ittejjeb l-istabbiltà kimika, il-qawwa tal-ħabi, is-saħħa tal-lewn, ir-reżistenza għall-korrużjoni, ir-reżistenza għad-dawl u t-temp; iżid is-saħħa mekkanika tal-film u l-adeżjoni; jipprevjeni l-qsim; u jimblokka r-radjazzjoni UV u l-penetrazzjoni tal-umdità-itdewwem it-tixjiħ u testendi l-ħajja tal-kisi. Jista 'wkoll inaqqas il-konsum tal-materjal u jappoġġja d-diversifikazzjoni tal-prodott.
II. Influwenza tad-daqs tal-partiċelli tad-dijossidu tat-titanju fuq il-qawwa tal-ħabi tal-kisi
Varjazzjonijiet fil-forma u d-daqs tal-partiċelli TiO₂ jaffettwaw ħafna l-grad ta 'tifrix tad-dawl u huma fatturi ewlenin li jinfluwenzaw il-qawwa tal-ħabi. Ir-riċerka turi li taħt kundizzjonijiet identiċi, meta d-daqs tal-partiċelli TiO₂ ikun bejn160–350 nm-madwar0.4–0.5 darbiet il-wavelength tad-dawl viżibbli-l-abbiltà tat-tifrix hija l-aktar b'saħħitha, u ttejjeb direttament il-prestazzjoni tal-ħabi tal-kisi.
Jekk materjali li jiffurmaw il-film-jonqsu milli jiksu bis-sħiħ il-partiċelli TiO₂, jistgħu jseħħu kuntatt u agglomerazzjoni tal-partiċelli, u b'mod effettiv iżidu d-daqs tal-partiċelli u jnaqqsu l-qawwa tal-ħabi.
III. Influwenza tad-dispersibilità tad-dijossidu tat-titanju fuq il-qawwa tal-ħabi tal-kisi
Fl-industrija tal-kisi, il-grad ta 'dispersjoni tal-partiċelli tat-trab jiddetermina fil-biċċa l-kbira tal-prestazzjoni tal-prodott. Matul il-produzzjoni, it-tixrid tat-TiO₂ jinvolvi tixrib, tħin u tixrid.
Sospensjoni stabbli ta 'TiO₂ ittejjeb il-qawwa tal-ħabi, iżda minħabba l-attività u s-sensittività ta' TiO₂ għall-ambjent tal-formulazzjoni, jistgħu jseħħu kwistjonijiet bħal flokulazzjoni, sedimentazzjoni u instabbiltà. Għalhekk, il-kwalità tad-dispersjoni taffettwa b'mod sinifikanti l-qawwa tal-ħabi.
IV. Influwenza tad-Dożaġġ ta 'Dispersant fuq il-Qawwa tal-Ħbi tal-Kisi
Minħabba li l-partiċelli TiO₂ huma iżgħar mill-biċċa l-kbira tal-mili u għandhom tendenza li jaggregaw, l-għażla u d-dożaġġ ta 'dispersanti jaffettwaw bil-qawwa t-tixrid tat-TiO₂ u b'hekk il-qawwa tal-ħabi tal-kisi. Studji juru li hekk kif tiżdied id-doża ta 'dispersant, it-tixrid tal-pigment/filler titjieb, id-distribuzzjoni tad-daqs tal-partiċelli tidjieq, u d-daqs effettiv tal-partiċelli jonqos-li jirriżulta f'qawwa ta' ħabi ogħla.
V. Mogħdijiet ta' Żvilupp Sostenibbli għad-Diossidu tat-Titanju fil-Kisjiet
Bħala pigment effiċjenti ħafna li jxerred id-dawl-, TiO₂ joffri bjuda eċċellenti u qawwa tal-ħabi. Bit-tkabbir mgħaġġel tal-industriji tal-kisi tal-karozzi, tal-kostruzzjoni, u tal--ilma, id-domanda globali qed tkompli tiżdied.
Madankollu, l-isfidi relatati mal-konsum tar-riżorsi, l-użu tal-enerġija, u l-impatt ambjentali intensifikaw. It-titjib tas-sostenibbiltà tal-industrija tat-TiO₂ sar urġenti.
Minbarra l-iżvilupp ta 'teknoloġiji ta' produzzjoni ġodda, il-manifatturi tal-kisi għandhom jesploraw modi biex itejbu l-effiċjenza fl-użu tat-TiO₂ jew jidentifikaw sostituti biex jitnaqqas il-konsum.
1. Titjib fl-Effiċjenza ta 'Użu tad-Diossidu tat-Titanju
F'applikazzjonijiet prattiċi, l-agglomerazzjoni u l-flokulazzjoni ta 'TiO₂ jistgħu jipprevjenu l-aħjar qawwa tal-ħabi anke f'kontenut għoli ta' pigment. Għalhekk, it-titjib tal-effiċjenza tat-tifrix tad-dawl sar fokus ewlieni tar-riċerka.
Michael uża simulazzjonijiet ta’ Monte Carlo biex juri li s-sostituzzjoni tal-mili oħxon b’mili fini żżid l-ispazjar bejn il-partiċelli TiO₂, u ttejjeb il-ħabi permezz ta’effett ta' "spazjar tal-pigment" jew "dilwizzjoni tal-pigment".. Fillers iżgħar jisseparaw aħjar il-partiċelli TiO₂, itejbu l-effiċjenza tat-tifrix u jnaqqsu l-ammont ta 'TiO₂ meħtieġ għal ħabi ekwivalenti.
Madankollu, partiċelli ta' TiO₂ spazjati għad għandhom tendenza li jerġgħu jgħollu-agglomerazzjoni.
Fl-2013,Dow Chemicalirċieva l-Premju Presidenzjali tal-Isfida tal-Kimika Ekoloġika tal-Istati Uniti għall-iżviluppTeknoloġija tal-polimeru EVOQUE™ pre-kompost. Dawn il-polimeri jorbtu ma 'uċuħ TiO₂, u jipprovdu spazjar li jtejjeb id-distribuzzjoni tal-partikuli u l-effiċjenza tat-tifrix. Dan itejjeb il-qawwa tal-ħabi u jnaqqas il-kontenut ta 'TiO₂ sa20%, tnaqqas l-ispiża filwaqt li żżomm jew ittejjeb il-prestazzjoni. It-teknoloġija ttejjeb ukoll ir-reżistenza għat-tebgħa, ir-reżistenza għall-korrużjoni, tnaqqas il-konsum tal-enerġija, u-skond LCA indipendenti-inaqqas l-emissjonijiet tal-karbonju billiaktar minn 22%u l-użu tal-ilma minn30%.
Fl-1997,Virtanenintroduċa TiO₂ "pre-inkapsulament" teknoloġija, li ħolqot pigmenti tal-qalba-qoxra b'qalba TiO₂ u qxur tal-karbonat tal-kalċju. Il-qoxra tipprovdi spazjar, ittejjeb it-tifrix u tnaqqas il-marka tal-karbonju b'madwar 70%. FP Pigments ikkummerċjalizza din it-teknoloġija.
Bl-istess mod, Chemours żviluppa grad TiO₂ ittrattat,TS-6300, li fih trattament tal-wiċċ imtejjeb li jżid l-ispazjar tal-partiċelli u jnaqqas l-agglomerazzjoni. Iż-żieda fl-assorbiment taż-żejt tagħha tbaxxi s-CPVC, u tippermetti li l-arja vojta fil-film tkompli ttejjeb it-tifrix tad-dawl.
2. L-introduzzjoni ta 'l-Ajru
L-arja fil-film tal-kisi tnaqqas l-indiċi refrattiv tat-taħlita tar-reżina/arja, iżid il-kuntrast tal-indiċi refrattiv ma 'TiO₂ u ttejjeb it-tifrix tad-dawl. Tliet tipi ta’ vojt ta’ l-arja jikkontribwixxu għall-ħbi tal-qawwa:
- Arja ġewwa reżina
- Arja fil-partiċelli tal-mili
- Arja fl-interface pigment-reżina
Eżempju klassiku huma mikrosferi tal-polimer vojta, żviluppati għall-ewwel darba fl-1984 minn Kowalski u kkummerċjalizzati minn Rohm u Haas bħalaROPAQUE™. Waqt it-tnixxif, l-ilma ġewwa l-mikrosferi jevapora u jiġi sostitwit bl-arja, u jsaħħaħ il-ħabi niexef.
Meta TiO₂ jiġi sostitwit parzjalment b'mikrosferi vojta minn ġewwa, il-ħabi imxarrab inizjali jista 'jonqos, iżda l-ħabi niexef jitjieb għal-livell ta' kisjiet TiO₂-biss. Il-mikrosferi jtejbu wkoll ir-reżistenza tat-tebgħa, il-ħasil, u ż-żamma tal-kulur fuq barra.
Kaolin kalċinat mikroporuż minn Omya fih bl-istess mod vojt ta 'arja magħluqa. Prodott permezz ta 'kalċinazzjoni rapida, il-partiċelli jespandu internament minħabba l-pressjoni tal-fwar, li jiffurmaw pori magħluqa li jtejbu kemm il-ħabi imxarrab kif ukoll niexef. Sa20%It-tnaqqis ta' TiO₂ jista' jintlaħaq.
It-tqabbil juri:
- Kaolin mikroporuż u mikrosferi vojta minn ġewwa t-tnejn iżidu ħafna l-ħabi.
- Kaolin mikroporuż għandu tendenza li joħloq effetti matte.
- Il-mikrosferi jżidu t-tleqqija.
Fuq is-CPVC, il-kawlina mikroporuża twettaq saħansitra aħjar, peress li kemm vojt interni kif ukoll esterni jikkontribwixxu għall-ħabi filwaqt li jżommu assorbiment baxx taż-żejt u reżistenza tajba għall-għorik.
Nguyen et al. nanostrutturi "sandwich" polimeru–TiO₂ żviluppati aktar, li jgħaqqdu TiO₂, vojt ta 'l-arja, u spazjar tal-polimeru biex jipprovdu mogħdijiet multipli tat-tifrix.
Fil-qosor, it-titjib tad-dispersjoni tat-TiO₂, il-minimizzazzjoni tal-agglomerazzjoni, u l-introduzzjoni ta' strutturi bbażati fuq l-arja- jistgħu jtejbu b'mod sinifikanti l-qawwa tal-ħabi, jippermettu sostituzzjoni parzjali tat-TiO₂, inaqqsu l-emissjonijiet tal-karbonju, u jappoġġaw l-iżvilupp sostenibbli tat-TiO₂.
VI. Applikazzjonijiet tad-dijossidu tat-titanju
TiO₂ huwa użat ħafna f'kisi, plastiks, gomma, linka, karta, fibri kimiċi, ċeramika, kimiċi ta 'kuljum, farmaċewtiċi u prodotti tal-ikel.
Kisi
L-industrija tal-kisi hija l-akbar utent aħħari-, partikolarment għar-rutile TiO₂. Il-kisi li fih TiO₂ joffri kuluri jleqqu, qawwa qawwija ta 'ħabi u lewn, saħħa u adeżjoni mtejba tal-film, reżistenza għall-UV u umdità, u ħajja ta' servizz estiża.
Plastik
L-industrija tal-plastik hija t-tieni-l-akbar konsumatur. TiO₂ isaħħaħ ir-reżistenza tas-sħana, ir-reżistenza għad-dawl, it-temp, is-saħħa mekkanika, u l-ħajja tal-prodotti tal-plastik.
Produzzjoni tal-karta
Il-produzzjoni tal-karti hija t-tielet-l-akbar applikazzjoni. TiO₂ itejjeb il-bjuda, it-tleqqija, is-saħħa, l-intoppi u l-opaċità. Anatase TiO₂ huwa komunement użat għat-tonalità blu u l-effett li jdawwal tiegħu. Karti laminati jeħtieġu rutile TiO₂ għal reżistenza aħjar għas-sħana u għad-dawl.
Linka
TiO₂ huwa pigment abjad essenzjali f'linka ta'-grad għoli, li joffri durabilità, tixrib, u dispersibbiltà eċċellenti.
Fibri u Tessuti
TiO₂ jintuża bħala delustrant f'fibri kimiċi, ġeneralment f'forma anatase minħabba l-irtubija tiegħu. Xi gradi jeħtieġu trattament tal-wiċċ biex titnaqqas id-degradazzjoni fotokatalitika tal-fibri.
Industrija tal-enamel
TiO₂ ta'-purità għolja-TiO₂ jipprovdi opaċità qawwija, daqs tal-partiċelli uniformi, indiċi rifrattiv għoli, bjuda eċċellenti, u reżistenza tajba għall-aċidi-li jipproduċu kisjiet tal-enamel lixxi, irqaq u durabbli.
Ċeramika
Ċeramika -TiO₂ ta 'grad karatteristiċi daqs tal-partiċelli uniformi, indiċi rifrattiv għoli, u stabbiltà termali eċċellenti (jiflaħ 1200 grad għal siegħa mingħajr griż). Huwa użat ħafna fiċ-ċeramika, il-kostruzzjoni u l-materjali dekorattivi.
L-industrija tat-TiO₂ taċ-Ċina bdiet f'nofs is-snin ħamsin. Illum, iċ-Ċina tammonta għal30% tal-kapaċità globali TiO₂u huwa kemm l-akbar produttur kif ukoll konsumatur fid-dinja. Mill-1999 sal-2011, il-konsum taċ-Ċina TiO₂ kiber minn 248,000 tunnellata għal 1.65 miljun tunnellata-CAGR ta '17.11%.
Iċ-Ċina bħalissa għandha aktar minn 50 fabbrikant TiO₂, ħafna fir-reġjun tal-Lvant minkejja riżorsi limitati ta 'materja prima. Sadanittant, ir-riżorsi tal-mineral tat-titanju jinsabu prinċipalment fil-Lbiċ. L-industrija għadha relattivament frammentata. Il-produzzjoni tat-TiO₂ taċ-Ċina nbidlet minn anatase tal-proċess b'mod predominanti tas-sulfat-għal gradi prinċipalment ta' rutile, li issa jirrappreżentaw aktar minn 70% tal-produzzjoni. Madankollu, TiO₂ ta' livell għoli-għadu jiddependi ħafna fuq l-importazzjonijiet.
Il-produzzjoni domestika ta 'TiO₂ klorinat tibqa' limitata ħafna għal madwar 30,000 tunnellata, għalkemm bosta kumpaniji jippjanaw li jespandu l-kapaċità tal-klorinazzjoni għal aktar minn 600,000 tunnellata. Dan il-perjodu jirrappreżenta stadju kritiku għall-aġġornament tal-istruttura tal-prodott, it-titjib tat-teknoloġija, u l-adozzjoni ta 'proċessi avvanzati.
VII. Konklużjoni
Bi pressjonijiet ambjentali li qed jiżdiedu u kuxjenza dejjem tikber tas-sostenibbiltà, l-industrija tat-TiO₂-karatterizzata minn tniġġis għoli u konsum għoli ta' enerġija-tiffaċċja sfidi sinifikanti. Bħala pigment abjad essenzjali fil-kisi, it-titjib tal-effiċjenza fl-użu tat-TiO₂, it-tnaqqis tal-konsum, u l-iżvilupp ta 'materjali alternattivi huma passi kruċjali lejn l-iżvilupp sostenibbli.