二氧化鈦


二氧化鈦,化學式為TiO2,俗稱鈦白粉,多用于光觸媒、化妝品,能靠紫外線消毒及殺菌,現正廣泛開發,將來有機會成為新工業。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取,或由四氯化鈦分解得到。二氧化鈦性質穩定,大量用作油漆中的白色顏料,它具有良好的遮蓋能力,和鉛白相似,但不像鉛白會變黑;它又具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑,可以產生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

二氧化鈦簡介

管制信息

  該品不受管制。

名稱

  中文名稱:二氧化鈦   中文別名:二氧化鈦,鈦酐,氧化鈦(IV)   英文別名:Titanium(IV) oxide,Titanium dioxide,Titanic anhydride,Titunic acid anhydride,Titania,Titanic acid anhydride,Titania,Unitane,Pigment white 6,C.I. 77891

化學式

  TiO2

相對分子質量

  79.88

性狀

  白色無定形氫粉末。溶于氟酸和熱濃硫酸,不溶于水、鹽酸、 硝酸和稀硫酸。與硫酸氫鉀或與氫氧化堿或碳酸堿共同熔融成鈦酸堿后可溶于水。相對密度約4.0。熔點 1855℃。

儲存

  密封儲存。

用途

  制備一定濃度的鈦化合物標準、顏料、陶瓷工業、聚乙烯著色劑、研磨劑、電容介質、高純鈦鹽制備、耐高溫合金、耐高溫海綿鈦制造。

具體介紹

  白色固體或粉末狀的兩性氧化物。又稱鈦白。化學式TiO2,分子量79.9,熔點1830~1850℃ ,沸點2500~3000℃。自然界存在的二氧化鈦有三種變體:金紅石為四方晶體;銳鈦礦為四方晶體;板鈦礦為正交晶體。二氧化鈦在水中的溶解度很小,只溶于氫氟酸和熱濃硫酸。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取,或由四氯化鈦分解得到。二氧化鈦性質穩定,大二氧化鈦量用作油漆中的白色顏料,它具有良好的遮蓋能力,和鉛白相似,但不像鉛白會變黑;它又具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑,可以產生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。   鈦的氧化物——二氧化鈦,是雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開采鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高,被用來制造耐火玻璃,釉料,琺瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。   二氧化鈦是世界上最白的東西, l克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙裡,使紙變白并且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外,為了使塑膠的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要增加二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。是目前主要的光催化劑,在工業生產中,有著很重要的作用。

結晶特征及物理常數

  物性 金紅石型 銳鈦型   結晶系 四方晶系 四方晶系二氧化鈦相對密度 3.9~4.2 3.8~4.1   折射率 2.76 2.55   莫氏硬度 6-7 5.5-6   電容率 114 31   熔點 1858 高溫時轉變為金紅石型   晶格常數 A軸0.458,c軸0.795 A軸0.378,c軸0.949   線膨脹系數25℃/℃   a軸 7.19X10-6 2.88?10-6   c軸 9.94X10-6 6.44?10-6   熱導率 1.809?10-3   吸油度 16~48 18~30   著色強度 1650~1900 1200~1300   顆粒大小 0.2~0.3 0.3   功函式5.58eV

級別性能

分級

  Ⅰ類:二氧化鈦干磨和未處理,Ⅰ類二氧化鈦具有低表面積和低吸油值。二氧化鈦Ⅱ類:為Ⅰ類二氧化鈦經過處理,并進行濕法研磨,去除大顆粒,并用4%量的硅-鋁包覆,它具有最低表面積和最低吸油值。   Ⅲ類:為典型的超細包覆級,并有有機包覆。   Ⅳ類:大包覆量,又可分為Ⅳa和Ⅳb,其包覆量在5~10%之間。Ⅳb主要套用增加量高的二氧化鈦中,因其不透明性優于Ⅳa
性能/類型ⅣaⅣb
TiO2%(最小)9793929182
密度/(g/cm3)4.204.054.054.003.70
表面積/(m2/g)6.6-7.712.0-12.811.0-18.017.728.8
吸油值/(g/100g二氧化鈦)151915-192430
含水/(g/100g二氧化鈦)4030303555
分散性中等中等
包覆%(鋁/硅)3.53.64.913.0

性能

  金紅石型在高能 (較短波長)吸收輻射能較銳鈦型大,換句話說,對于金紅石型鈦白粉,在具有很強殺傷力的UV-波長段內(350-400nm),它對紫外線的反射率要遠遠低于銳鈦型鈦白粉,在這種情況下,它對周圍的成膜物、樹脂等身上所要分擔的紫外光線就要多得多,那么這些有機物的使用壽命就長,這就是說,為什么通常所說的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦型好之原因所在 物理性質

相對密度

  在常用的白色顏料中,二氧化鈦的相對密度最小,同等質量的白色顏料中,二氧化鈦的表面積最大,顏料體積最高。
顏料名稱相對密度/(g/cm3)顏料名稱相對密度/(g/cm3)
銳鈦型二氧化鈦3.8~3.9硫酸鉛6.4~6.6
金紅石型二氧化鈦4.2~4.3氧化鋅5.5~5.7
板鈦型二氧化鈦4.12~4.23鋅鋇白4.2~4.3
堿式碳酸鉛6.8~6.9硫化鋅4.0

熔點和沸點

  由于銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型,因此板鈦型和銳鈦型二氧化鈦的熔點和沸點二氧化鈦實際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點和沸點,金紅石型二氧化鈦的熔點為1850℃、空氣中的熔點 (1830土15)℃、富氧中的熔點1879℃,熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為 (3200±300)K,在此高溫下二氧化鈦稍有揮發性。

介電常數

  由于二氧化鈦的介電常數較高,因此具有優良的電學性能。在測定二氧化鈦的某些物理性質時,要考慮二氧化鈦晶體的結晶方向。例如,金紅石型的介電常數,隨晶體的方向不同而不同,當與C軸相平行時,測得的介電常數為180,與此軸呈直角時為90,其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數比較低只有48。

電導率

  二氧化鈦具有半導體的性能,它的電導率隨溫度的上升而迅速增加,而且對缺氧也非常敏感。例如,金紅二氧化鈦石型二氧化鈦在20℃時還是電絕緣體,但加熱到420℃時,它的電導率增加了107倍。稍微減少氧含量,對它的電導率會有特殊的影響,按化學組成的二氧化鈦(TiO2)電導率<10-10s/cm,而TiO1.9995的電導率只有10-1s/cm。   金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質對電子工業非常重要,該工業領域利用上述特徵,生產陶瓷電容器等電子元器件。

硬度

  按莫氏硬度10分制標度,金紅石型二氧化鈦為6~6.5,銳鈦型二氧化鈦為5.5~6.0,因此在化纖消光中為避免磨損噴絲孔而采用銳鈦型。

吸濕性

  二氧化鈦雖有親水性,但吸濕性不太強,金紅石型較銳鈦型為小。   二氧化鈦的吸濕性與其表面積的大小有一定關系,表面積大,吸濕性高。二氧化鈦二氧化鈦的吸濕性也與表面處理及性質有關。

熱穩定性

  二氧化鈦屬于熱穩定性好的物質   CAS 編號:13463-67-7   一般用量為0.01%~0.12%。

食品套用研究

  金紅石型二氧化鈦代替目前允許使用的銳鈦型二氧化鈦的安全性。二氧化鈦二氧化鈦(俗稱鈦白粉)是一種允許使用的食用色素,JECFA中沒有規定ADI值。得出此項結論的依據是在大量的物種研究包括對人類的研究中,并沒有發現二氧化鈦被大量的吸收和組織的存積。在歐盟,二氧化鈦(俗稱鈦白粉)作為允許的食用色素被列入歐共體94/36/條例的附錄I中。生產出的二氧化鈦有兩種晶型結構——銳鈦礦型和金紅石型。在94/36/條例中規定二氧化鈦僅允許使用銳鈦型。而JECFA規定允許使用兩種形式。   金紅石型和銳鈦礦型兩種晶型的二氧化鈦(俗稱鈦白粉)具有相近的化學性質,但它們的晶型結構及光反射度是不同的。這兩種形式的生物利用率本質上是相同的,近而毒理學資料適用于任何一種形式。這種型式的二氧化鈦可能會代替銳鈦礦二氧化鈦套用于目前的各個使用領域。

毒理資料

介紹

  二氧化鈦的安全性包括吸收,分布,新陳代謝,排泄以及急性短期和長期的毒性。二氧化鈦“二氧化鈦為難溶化合物。對包括人在內的幾個物種進行研究,顯示攝取二氧化鈦后既沒有大量的吸收也沒有組織的沉積。關于可溶性鈦化合物的研究至今還沒有結論。有價值的記載論述吸收少量的鈦離子沒有毒性影響。這樣就沒有必要規定人類每日攝取量。”   在鼠類中進行研究新生物利用率,評論提議者對不同級別的二氧化鈦吸收、分布和排泄進行描述。   1. rutile titanium dioxide (thick platelet),金紅石二氧化鈦(厚片)   2. rutile titanium dioxide (thin platelet) 金紅石二氧化鈦(薄片)   3. rutile titanium dioxide (amorphous) 金紅石二氧化鈦(不定形)   4. anatase titanium dioxide (amorphous).銳鈦礦二氧化鈦(不定形)二氧化鈦在服用含有片狀金紅石二氧化鈦、不定形金紅石和銳鈦礦二氧化鈦之后,雄性和雌性鼠的吸收速度和排泄過程以及鈦分布。三個動物群每個性別每個時間點接受或者指定食物或者含有二氧化鈦四種類型之一的食物。四種形式的二氧化鈦放入食物中,表明的濃度為200 mg/kg(大約近似于體重每公斤30毫克)。當指定的食物代替了治療的食物之后,這些食物又連續喂給鼠類7天,當停止服用治療性食物后,二氧化鈦在組織(肝臟、腎、肌肉和血液)和尿以及面部收集超過72小時的容量誘導一對血漿原子發射光譜(ICP-AES) 而造成動物群分別在1小時、24小時和72小時死去。   二氧化鈦主要的通道是經過面部。所有二氧化鈦涉及的組群排泄的排泄物每個收集間隔(0 – 24,24 – 48,48 – 72小時)是相同的。雄性鼠服用范圍為1.1-2.2mg,雌性鼠服用范圍為1.1-1.3mg,當停止服用二氧化鈦食物后,計算72小時內面部鈦排泄的總量。尿排泄的鈦量一般低于極限量(<0.04 mg/l)。所有組的血液中鈦濃度也低于0.04 mg/l,而肝臟、腎和肌肉中低于檢測極限(<0.1 – <0.2 mg/kg wet weight)或者大多數動物服用含二氧化鈦的食物濕重范圍為0.1 – 0.3 mg/kg。二氧化鈦這些結果表明當服用含二氧化鈦200 mg/kg食物后,在組織中并沒有鈦的積累,對照早期研究報道:大鼠服用高濃度的二氧化鈦(100000 mg/kg diet)至少30天(West and Wyzan 1963),在肌肉中只累積少量鈦。

實驗室動物進行慢性毒性和致癌性研究

  致癌性研究50組每組由不同性別的334只大鼠和小鼠組成,劑量為每kg 食物含0,25000 and 50000 mg二氧化鈦,服用103周(NCI,1979)。增加甲狀腺C-細胞的注射發現在雌性大鼠產生腺瘤或者癌,但是這些增加既不是統計的重要部分也不是值得考慮與試驗化合物有關的部分。在其他組中進行腫瘤注射,比控制者并沒有明顯提高。慢性飲食研究0,1,2 and 5%二氧化鈦涂在云母上334只大鼠130周沒有顯示毒性或致癌影響(Bernard et al.,1990)。

評估

  既然不同形式的二氧化鈦在生物利用率上沒有明顯的不同,所以應該對比毒性剖面,并且推斷不同形式。專家委員會目前采用JECFA對二氧化鈦的評估,并指出它得到更多近來慢性毒性和致癌性研究的支援。

結論和建議

  二氧化鈦金紅石和銳鈦礦兩種形式化學性質接近而晶形結構和折光性不同。專家委員會一致認為新的生物利用率研究顯示這兩種形式的生物利用率本質相同,所以毒理性資料可以用于任意一種形式。雖然評論顯示提議者提供片狀金紅石二氧化鈦的使用,但是金紅石二氧化鈦的片狀或不定形都能在目前任何套用領域代替銳鈦礦二氧化鈦。金紅石二氧化鈦片狀或不定型的套用不會引起任何安全性的關心。

食用規定

  二氧化鈦可以作為所有的食品白色素,最大的使用量為1g/kg Sec. 73.575二氧化鈦。

性質

  1.色素增加劑二氧化鈦是從其他物質共存的混合物中分離精制合成得到的。   2.對于著色食品,食用的色素增加劑二氧化鈦可以含有適當的稀釋劑,作為安全的色素增加劑,如下:二氧化硅,作為分散助劑,含量不超過2%。

規定

  二氧化鈦應滿足以下規定:   鉛(以Pb計),不超過10ppm。   砷(以As計),不超過1ppm。   銻(以Sb計),不超過2ppm。   汞(以Hg計),不超過1ppm。   800℃灼燒失重(105℃烘干3小時)不超過0.5%。   水溶性物質不超過0.3%。   酸溶性物質不超過0.5%。   (105℃烘干3小時)二氧化鈦含量不少于99.0%   10g二氧化鈦在50ml0.5N鹽酸中煮沸15分鐘,從溶液中可以得到鉛、砷和銻。

使用和限量

  色素增加劑二氧化鈦可以安全用于一般著色食品中,服從下列規定:   (1) 二氧化鈦的數量不超過食物重量的1%。   (2) 按照法令的401條所公布的特殊標準,不得使用的著色食品,除非有類似的標準允許增加色素。   標簽。色素增加劑和任何單獨混合物或者某部分為了著色都應該按照本章70.25的要求。   免除證明:為了維護公眾的健康而對這種色素進行證明是不必要的,此法令的721部分其中有一批免除了證明。

不危害健康

  一種安全無毒的食品增加劑——二氧化鈦(鈦白粉)國際上食品衛生及食品增加劑等主管組織(JECFA)、(CAC)、(FDA)、(EFSA)在食品增加劑使用法規中規定二氧化鈦可以廣泛用于食品,包括面粉和面制品中,對二氧化鈦在食品中使用的ADI值沒有做任何限制。這充分說明了二氧化鈦是一種對人體沒有毒性的、十分安全的食品增加劑。   二氧化鈦是一種十分安全的食品增加劑(GRAS)。   二氧化鈦是一種無毒無害的物質,是被世界許多國家廣泛使用的食品增加劑,關于二氧化鈦已有明確結論。二氧化鈦是一種沒有任何毒性,不會在人體蓄積,不會對人體產生危害的惰性物質。   二氧化鈦在油炸制品、膨化食品等食品中的最大增加量,說明二氧化鈦是一種十分安全可的食用增加劑。   二氧化鈦在面包、面條、饅頭等改良劑中作為稀釋劑使用,其目的是為了使面包、面條、饅頭改良劑所使用的酶制劑(如真菌α-淀粉酶、面條褐變抑制酶等)能夠均勻地加入面粉中,提高產品的分散性,可以替代中國已經允許在面粉中使用的稀釋劑碳酸鈣(石灰石)、硫酸鈣(石膏)等。二氧化鈦一般在改良劑中的使用量在30%左右。二氧化鈦的使用不僅使面粉具有很好的流散性,同時還具有很好的安全性。這樣的改良劑增加到面粉中二氧化鈦的含量一般不超過1/萬,遠遠低于國家規定 (GB2760-1996規定的二氧化鈦在油炸制品、膨化食品等食品中的最大增加量為1%)。   根據以上規定及實踐足以說明二氧化鈦是一種安全無毒無害的食品增加劑。

《中國藥典》注解

  二氧化鈦   二氧化鈦   拼音名:Eryanghuatai   英文名:Titanium Dioxide二氧化鈦化學分析書頁號:2000年版二部-15   TiO<[2]>78.88   該品按干燥品計算,含TiO<[2]>不得少于98.0%。

性狀

  該品為白色粉末;無臭,無味。   該品在水、鹽酸、硝酸或稀硫酸中不溶。

鑒別

  取該品約0.5g,加無水硫酸鈉5g與水10ml,混勻,加硫酸10ml,加熱煮   沸至澄清,冷卻,緩緩加硫酸溶液 (25→100)30ml,用水稀釋至 100ml,搖勻,照下述   方法試驗。   (1) 取溶液 5ml,加過氧化氫試液數滴,即顯橙紅色。   (2) 取溶液 5ml,加鋅粒數顆,放置45分鐘后,溶液顯紫藍色。

檢查

  水中溶解物取該品10.0g ,加硫酸銨0.5g,加水150ml ,加熱煮沸 5   分鐘,冷卻,用水稀釋至200ml ,搖勻,用雙層定量濾紙濾過,精密量取續濾液100ml ,   蒸干,在600℃熾灼至恒重,遺留殘渣不得過12.5mg(0.25%)。白色素(食品級二氧化鈦)酸中溶解物取該品5.0g,加0.5mol/L鹽酸溶液100ml ,置水浴上加熱30分鐘,并   不時攪拌,用三層定量濾紙濾過,濾渣用0.5mol/L鹽酸溶液洗凈,合并濾液與洗液,蒸   干,在600 ℃熾灼至恒重,遺留殘渣不得過25mg(0.5%)。   鋇鹽取含量測定項下的供試品溶液 1ml,加稀硫酸 1ml,放置后不得發生渾濁或   沉淀。   干燥失重取該品,在 105℃干燥 3小時,減失重量不得過0.5 %(附錄Ⅷ L)。   熾灼失重取干燥品約 2g ,精密稱定,在約 800℃熾灼至恒重,減失重量不得過   0.5%。   重金屬取該品2.0g,加鹽酸 3ml,振搖 1分鐘,加水10ml,加熱煮沸,濾過,濾   渣用水洗凈,合并濾液與洗液,置20ml量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,精密量取10ml   滴加氨試液至對酚酞指示液顯中性,再加稀醋酸 2ml,用水稀釋成25ml,依法檢查(附   錄Ⅷ H第一法),含重金屬不得過百萬分之二十。   砷鹽取該品0.25g ,置250ml 錐形瓶中,加水35ml ,硫酸肼0.3g ,溴化鉀0.3g   氯化鈉13g 與硫酸17ml,裝上具有溫度計與導氣管的的塞子,將導氣管的另一端通入盛   有水23ml的測砷瓶中,將錐形瓶加熱至90~100℃反應15分鐘,取下測砷瓶,冷卻,加   鹽酸 5ml,依法檢查(附錄Ⅷ J第一法),應符合規定(0.0008%)。

含量測定

  取該品約1.0g,精密稱定,置鉑鉗鍋中,加碳酸鉀2g,混合均勻,在   900℃熾灼30分鐘,放冷,用水20ml和鹽酸30ml的混合液分次將殘渣移入100ml 量瓶中   置水浴上加熱至溶液澄清,放冷,用水稀釋至刻度,搖勻,精密量取10ml,加水200ml   與濃過氧化氫溶液4ml,混勻,精密加入乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05mol/L)50ml ,放置   5.分鐘,加甲基紅指示液1滴,用20%氫氧化鈉溶液中和,加烏洛托品5g,溶解后,加   0.1 %二甲酚橙溶液1ml,用鋅滴定液(0.05mol/L) 滴定至溶液自橙色變黃色最后轉為橙紅   色,即得,每 1ml的乙二胺四醋酸二鈉液(0.05mol/L) 相當于3.995mg 的TiO<[2]>。

類別

  賦形劑。

貯藏

  密閉,在干燥處儲存。