Главная / Архив / Информационные статьи и описание продукции с прежнего сайта / Диоксид титана и пластики

Диоксид титана и пластики

Диоксид титана (TiO2) – одно из важнейших неорганических соединений, потребляемых промышленностью. Благодаря уникальным свойствам сферы его применения постоянно расширяются. Остановимся на некоторых из них, наиболее известных значимых для производства полимерных изделий.
Чистый диоксид титана (TiO2) – это бесцветные кристаллы, которые желтеют при нагревании, но обесцвечиваются после охлаждения. Существует несколько модификаций кристаллической структуры, так называемый рутил, анатаз и брукит. Известны также две модификации, полученные в результате кристаллизации при высоком давлении: ромбическая IV и гексагональная V. При нагревании анатаз и брукит необратимо превращаются в рутил, при 400-1000оС и -750оС, соответственно.
Диоксид титана – многофункциональный материал, давно и успешно используемый в полимерных изделиях. В течение длительного времени он применялся лишь в качестве основного белого красителя. Сегодня TiO2 привносит в полимерную промышленность нечто большее, чем яркий белый цвет. На элементарном уровне он является фоточувствительным материалом, особенность которого состоит в возможности взаимодействия со светом. Если говорить более точно, частички дисперсии, добавленные в объем полимера или в поверхностный слой, эффективно рассеивают видимое излучение, что приводит к непрозрачности полимера, а также поглощают УФ, защищая полимер от фотодеструкции. Исследователи находят всё новые применения TiO2, которые по- прежнему базируются на взаимодействии частиц дисперсии TiO2 со светом, однако наиболее востребованными по-прежнему остаются его пигментные и антиоксидантные свойства.
TiO2 химически инертен, нерастворим в полимерах и жаростоек в наиболее жёстких условиях производства полимерных изделий. Для промышленных целей он доступен в двух кристаллических формах – анатазной и рутильной. Рутильные красители наиболее предпочтительны, чем анатазные, по причине более эффективного рассеивания света, большей стабильности и меньшей каталитической фотодеструкции.
Лишь незначительная часть промышленных сортов диоксида титана – чистый TiO2. Большинство содержит неорганические, а в некоторых случаях – органические примеси, которые механически смешиваются с диоксидом, или молекулы которых специально размещаются на поверхности частиц. Поверхностная обработка частиц дисперсии улучшает некоторые свойства TiO2, такие как диспергируемость, устойчивость к погодным условиям или сопротивляемость обесцвечиванию.

Оптические свойства TiO2

Широкое использование TiO2 в качестве белого пигмента в полимерной промышленности обусловлено эффективным рассеиванием видимого света: при введении дисперсии в пластиковую массу создается эффект белизны и непрозрачности, обеспечивается яркость окраски.

Рис.1. Отражение света полимером, наполненным TiO2, и белым пигментом с меньшим коэффициентом отражения


В отличие от цветных красителей, придающих пластику непрозрачность за счет поглощения видимого света, TiO2 и другие белые красители делают это за счет рассеивания света. Рассеивание достигается благодаря преломлению и дифракции света при прохождении его сквозь или около частиц красителя. Если в системе достаточно пигмента, весь свет, попадающий на поверхность изделия, кроме небольшой части, поглощённой полимером или пигментом, будет рассеян в воздухе, а система – выглядеть непрозрачной и белой.
Оптические свойства исходного TiO2 обуславливают не только цвет, но и оттенок цвета, а также – степень окрашивания полимерной композиции.

Рис.2. Пропускание света плёнкой, содержащей TiO2 (слева, плёнка непрозрачная), и плёнкой, содержащенй белый пигмент в такой же концентрации


Выбирая коммерческий сорт диоксида титана для окрашивания или придания полимеру мутности, необходимо учитывать его базовые оптические свойства, такие как непрозрачность, интенсивность окраски и оттенок цвета. Мутность является результатом рассеивания световых волн любой длины. Интенсивность окраски зависит от способности белого пигмента эффективно рассеивать свет – обеспечивать белизну и яркость окрашенной полимерной системы.
Степень окрашивания наиболее просто измеряется и наиболее часто используется для описания эффективности рассеивания света или мутности белого красителя. Для измерения относительной степени окрашивания определенного сорта TiO2, его кристаллы диспергируют в черном мастербатче с заранее известным количественным содержанием углерода. Результирующий серый полимер формируется в однородный, непрозрачный лист или гранулы. Кристаллы TiO2, обладающие наибольшим коэффициентом отражения, будут обеспечивать более светлый серый цвет полимера.
Оттенок цвета – это также вклад TiO2, однако он не может быть определён исходя из внешнего вида сухой пудры TiO2 или результирующей белизны полимера. Оттенок – это функция размеров частиц дисперсии, которая представляет собой отношение величин коэффициентов отражения голубой и красной частей спектра белого света, падающего на поверхность крашенного полимера. Образцы для измерения могут быть виниловыми, подготавливаются они таким же образом, как и для определения степени относительного окрашивания. Для измерения на образцах серых оттенков используется колориметр с тремя фильтрами или спектрофотометр.
В некоторых случаях оптическая прозрачность полимера также очень важна. Свет, проходящий сквозь окрашенные (белые) плёнки, содержащие частицы TiO2 определённых размеров, будет тем более жёлтым, чем меньше размеры частицы дисперсии. Таким образом, в производстве многих продуктов необходимо учитывать создающуюся дисперсией TiO2 коррекцию цвета. В то же время этот оттенок очень сложно компенсировать, если он нежелателен, простым добавлением красящего пигмента. В каждом случае необходимо дополнительное исследование, а возможно, и замена дисперсии на другой сорт.
Следует отдельно сказать об изменении цвета пластиков, содержащих диоксид титана, под воздействием тепла или времени. В этом случае изменение оттенка (пожелтение) не зависит от вида красящего пигмента и является результатом химических реакций между диоксидом и молекулами полимеров, возможно, и между молекулами добавок. Образующиеся в результате деструкции полимерных цепей агломераты, содержащие в том числе и TiO2, иным образом преломляют или отражают свет.


Влияние степени диспергирования TiO2 на свойства полимеров

От размеров частиц дисперсии зависит:
~ Внешний вид полимерного материала
- Поверхностная структура
- Пятнистость
- Полосы
- Матовость/интенсивность окраски
~ Характеристики готового продукта
- Стоимость
- Производительность
- Жёсткость и пористость
- Устойчивость к погодным условиям

По материалам журнала "Полимеры - деньги"

ОДО "Поликонта" предлагает со склада в г.Минске 10 наименований суперконцентратов с разной степенью наполнения диоксидом титана, модифицированных различными добавками и немодифицированных.