Titanium(IV)oxide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Titanium(IV)oxide
Structuurformule en molecuulmodel
Titanium(IV)oxide-poeder
Titanium(IV)oxide-poeder
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
TiO2
IUPAC-naam titanium(IV)oxide
Andere namen titaanwit, E171, rutiel, dioxotitaan, titaniumdioxide
Molmassa 79,90 g/mol
SMILES
O=Ti=O
InChI
InChI=1/2O.Ti/rO2Ti/c1-3-2
CAS-nummer 13463-67-7
EG-nummer 236-675-5
PubChem 26042
Beschrijving Helder witte kristallen
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
P-zinnen S22
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vast
Kleur wit
Dichtheid 4,23 g/cm³
Smeltpunt 1855 °C
Kookpunt 2500 °C
Onoplosbaar in water
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHog -249 kJ/mol
ΔfHol -879 kJ/mol
ΔfHos -944 kJ/mol
Sos 51 J/mol·K
Nutritionele eigenschappen
Komt voor in gebruikt in o.a. tandpasta
Type additief witmaker
E-nummer E171
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Titanium(IV)oxide of titaandioxide (TiO2) is een oxide van titanium. Het komt in de natuur voor als de mineralen rutiel, anataas of brookiet. Titanium(IV)oxide wordt gebruikt als pigment en wordt dan titaanwit genoemd. Het is een niet giftig, goed dekkend pigment dankzij de hoge brekingsindex van de kristallen, het heeft sterke optische eigenschappen zoals witheid en helderheid, het wordt gemakkelijk opgenomen in water, kunststoffen en bindmiddelen en beschermt de kwaliteit van de producten tegen de schadelijke gevolgen van uv-straling.

Titanium(IV)oxide wordt gewonnen uit titaanerts. 95% van het gedolven erts wordt gebruikt om titaandioxide te maken, slechts 5% voor het metaal titanium.

Het erts komt in verschillende vormen voor, als rutiel (een zeer fijn poeder), als anataas (een vorm bestaande uit nanokristallen) en als brookiet. Zowel de anataas als de rutiel vorm worden in pigmenten gebruikt, maar anataas is de witste vorm.

Bij de productie van titanium(IV)oxide komt veel afval vrij. Teneinde te voorkomen dat dit afval in het milieu terecht komt is een speciale Europese richtlijn ingevoerd: Richtlijn 78/176/EEG van de Raad van 20 februari 1978 betreffende de afvalstoffen afkomstig van de titaniumdioxide-industrie.

Gebruik in verf[bewerken]

Titanium(IV)oxide heeft het oudere, ook goed dekkende maar zeer giftige, loodwit (2PbCO3·Pb(OH)2) geheel verdrongen. Een ander veel gebruikt wit pigment is zinkwit (ZnO).

Een ander verschil tussen titaniumdioxide en zinkwit is dat titanium(IV)oxide een enigszins gele gloed heeft, waardoor het wit wat warmer van kleur is. Zinkwit is een koelere kleur. De deeltjes in het pigment titanium(IV)oxide zijn relatief groot. Dit heeft tot gevolg dat onderliggende kleurlagen toch door de verf heen kunnen schemeren. Het teruggekaatste gekleurde licht kan zich namelijk voortplanten in de holtes tussen de pigmentdeeltjes. Om de reflectiecoëfficiënt verder te verhogen zal een verffabrikant daarom door het titanium(IV)oxide een ander, minder wit, maar fijner pigment heen mengen.

Titanium(IV)oxide wordt meestal geleverd als een suspensie in lijnolie. Lijnolie heeft echter de neiging om in de loop der jaren te vergelen. Om het wit zuiver te houden wordt titanium(IV)oxide in een duurdere versie wel geleverd in saffloerolie.

De anataas versie van titanium(IV)oxide wordt door kunstschilders gebruikt sinds ongeveer 1920. Als men dit oxide aantreft in vermeend oude documenten of schilderijen, gaat het ongetwijfeld over een vervalsing. Dit was onder andere het geval bij de Vinlandkaart.

Overige toepassingen[bewerken]

De stof vindt naast toepassingen in verf (ook in wegenverf) gebruik als vulstof in (speciaal) papier, keramisch materiaal, inkt, cement, correctievloeistof, rubber, glas, producten voor huidverzorging en kunststof.

In levensmiddelen wordt titanium(IV)oxide gebruikt onder E-nummer E171, met name in tandpasta en medicijnen. Het wordt ook gebruikt om zijn fotokatalytische eigenschappen. Het kan bij belichting met ultraviolet bijna alle organische verbindingen verbreken, zowel in lucht als in water. Titanium(IV)oxide is niet toegestaan in Duitsland voor het gebruik in levensmiddelen.

Door titanium(IV)oxide aan asfalt toe te voegen, worden de door het verkeer gecreëerde vervuilende stoffen afgebroken. Titaandioxide werkt als een katalysator. Als zonlicht op de titanium(IV)oxidekristallen schijnt, komt er energie vrij voor het afbreken van de vervuilende stoffen. Door de aanwezigheid van UV-licht en titanium(IV)oxide reageren alle stoffen in de nabijheid. De uitlaatgassen (waaronder benzeen, NOX en PAK's) worden omgezet in water en koolstofdioxide of zouten.

Productie[bewerken]

Er zijn twee productiemethoden voor titanium(IV)oxide:

  • sulfaatproces
  • chlorideproces

Bij het sulfaatproces laat men geconcentreerd zwavelzuur inwerken op het ijzerhoudend titaanerts waardoor de metalen omgezet worden in sulfaten. Aangezien men voornamelijk geïnteresseerd is in het titaniumsulfaat zal men de andere sulfaten verwijderen door clarificatie, kristallisatie en hydrolyse. Bij de hydrolyse wordt er titaniumdioxide-monohydraat gevormd dat door calcinatie wordt omgezet in titanium(IV)oxide. Ten slotte volgt er een gepaste nabehandeling naargelang de toepassing van het pigment. Voor zoverre bij het sulfaatproces het dunzuur (verdund zwavelzuur na reactie met de ertsen) gerecupereerd en terug opgewerkt wordt is het sulfaatproces milieuvriendelijker geworden.

Het chlorideproces vervangt het sulfaatproces echter steeds meer en meer. Bij het chlorideproces wordt het titaanerts met chloorgas omgezet tot titanium(IV)chloride (TiCl4). Hiervoor is desondanks de krachtige oxiderende werking van chloor een temperatuur van 900 tot 1000°C nodig, hetgeen wordt bereikt met cokes. Het titanium(IV)chloride wordt vervolgens gezuiverd en geoxideerd met zuurstof, met zuiver titanium(IV)oxide als eindproduct.

De grootste producent ter wereld van titanium(IV)oxide is DuPont de Nemours (enkel via het chlorideproces), belangrijke producenten zijn ook The National Titanium Dioxide Company Ltd. (Cristal), Tronox (KerrMcGee), Apollo/Tioxide, Kronos en Ishihara. De totale productie van titanium(IV)oxide bedroeg meer dan vijf miljoen ton in 2007 (ongeveer 10 miljard dollar). Rond 2005 ging 59,5% naar afnemers werkzaam in de verfindustrie, 22,9% naar de plasticindustrie en 9,2% van de totale productie naar de papierindustrie. [1]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. European Coatings Journal 01/2008, Vincentz Network GmbH, Hannover, Duitsland