1.1   二氧化钛的结构

　　某些天然的富钛矿石中含有丰富的二氧化钛，但它可能以三种晶型的一种晶相存在，即锐钛型（Anatase型，简称A型）、金红石型（Rutile型，简称R型），和Brookite型(简称B型)。

二氧化钛的晶型与生产所用的原料来源及制造工艺有关。如R型天然存在于金红石矿中，A型则天然存在于锐钛矿中，但是，在一定的条件下，A型可以转变成R型，即：

                 （大于700^oC）

            A型                 R型

　　也就是说，在生产过程中，当煅烧阶段的工艺温度超过700℃时，即使是A型的二氧化钛也会较变成R型的二氧化钛。

A型与R型二氧化钛的性能的主要区别在于：

1〉    密度：R型 〉A型

2〉    硬度（Mohs hardness）R型(6.5~7.0) 〉A型(5.5)

3〉    吸收光波长范围：R型（〈415nm） 〉A型（〈385）

4〉    白度：          A型 〉R型

5〉    遮盖力：        R型 〉A型

6〉    耐热性、耐候性：R型 〉A型

7〉    制造成本：      R型 〉A型

1.2        二氧化钛的特性

1.2.1  物理性能

    二氧化钛，分子式TiO₂，分子量79.9，白色粉末状固体，熔点1800℃。当温度超过400℃时，二氧化钛分子的晶格因受热而膨胀，使颜色明显泛黄；当温度高于1000℃时，二氧化钛的晶格会发生变化，形成低价的氧化钛，从而使颜色和导电性发生变化。二氧化钛的光吸收力弱，但能吸收紫外光。

1.2.2  化学性能

　　二氧化钛的化学性质非常稳定，与大多数无机物或有机物都不发生化学反应。二氧化钛是极弱的两性氧化物，因此在特定的条件既可能呈弱酸性，也可能呈弱碱性。

1.2.3  表面性能

　　二氧化钛粒子的表面积在0.5~300m²/g之间，根据不同的用途，可采用合适的制造工艺来生产具有特定表面积的产品。此外，二氧化钛粒子表面是被配价键的水分子所饱和，并形成羟基离子。当然，粒子表面的酸碱性取决于羟基对Ti的成键类型。因此，二氧化钛粒子表面总带有极性，其强弱及极性类型对二氧化钛颜料的分散性和光化学稳定性具有决定性的影响。

1.3        二氧化钛的制法

    制造方法分为硫酸法与氯化法两种。氯化法生产工艺复杂，设备要求高，所得二氧化钛的纯度较高，白度好，遮盖度高，耐光耐候性好。

　　用硫酸法可制得A型钛白粉和R-型钛白粉。用氯化法只能生产R-型钛白粉。

　　目前世界上的二氧化钛约三分之二是用硫酸法生产的，三分之一是用氯化法生产的。其中全球的二氧化钛的最大生产商美国杜邦（DuPont）公司全部采用氯化法。美国的SCM公司和德国的Kronos Titan公司则两种方法都有。

1.4        二氧化钛的表面处理

　　为了提高二氧化钛的光化学稳定性及分散性，行之有效的方法是对二氧化钛粒子进行表面处理。常用的方法是在二氧化钛生产的后处理工序中，添加特种化学品，使其包覆在二氧化钛粒子表面，以改变粒子的亲水或亲油性来提高二氧化钛的分散性或阻碍紫外线的吸收，防止二氧化钛与空气中的湿汽接触来提高其光化学稳定性。常用的无机处理剂是无水氧化铝、二氧化硅和氧化锆。主要有以下几种方式：

① Al、Si 、Zr系

② Al、Zr体系

③ Al、Si体系

④ Al

　　经Al处理后，可提高二氧化钛的光泽，但耐候性较差；经Si处理后，可提高二氧化钛的耐候性，但光泽较低，分散性较差；经Zr处理后，可提高二氧化钛的结晶稳定性。用这类添加剂处理，可明显地提高二氧化钛的光化学稳定性。

常用的有机处理剂是胺，醇或酯类，它们可改善二氧化钛的分散性。

当然，经表面处理后的二氧化钛会降低其光学性能，如白度降低，粒径变大，着色力会下降。

1.5        二氧化钛颜料的特性

1.5.1  白度

　　二氧化钛颜料的白度主要取决于晶型、纯度及粒子大小，因A型吸收较短波长的紫外线，故偏兰相（R型偏黄相），白度高于R型；二氧化钛的含量越高，白度也就越高，故氯化法二氧化钛颜料的白度高于硫酸法的产品；未经表面处理的二氧化钛颜料的白度高于表面处理过的颜料；颜料的粒子越细小，分布越均匀，平均粒径分布范围越窄，其白度也越高。

1.5.2  遮盖力

　　遮盖力的高低与粒子的粒径及光波波长有关。粒径大小与遮盖力呈非线性关系，即遮盖力随着粒径的减小而增加，当粒径达到某一值时，遮盖力达到最大；而粒径继续变小时，遮盖力也渐渐变小（此时透明性增加）。二氧化钛颜料的粒径为0.2μm时，其遮盖力达到最大。因此，在实用条件下，所用二氧化钛的粒子直径越小，其遮盖力就越高。

1.5.3  着色力

　　白颜料的着色力可用其opacity即不透明度来表示。Opacity越高，其着色力就越高。而opacity又与二氧化钛颜料的反射指数有关。反射指数越高，着色力就越高。如R型钛白粉的反射指数为2.70，A型的反射指数为2.55，因此，R型着色力高于A型。

1.5.4  分散性

　　二氧化钛颜料是否具有良好的分散性取决于其制造工艺。若分散介质为有机相，则经有机处理的二氧化钛因改善了其亲油性，提高了被有机相的润湿性，从而改善了分散性。在后续的应用加工中仅需较低的剪切力就可便其分散。

1.5.5  光化学稳定性（耐光与耐候性）

　　由于二氧化钛会吸收紫外线，故在其分子晶格中就会出现一个电子空穴和一个电子，自由电子会迁移至二氧化钛粒子的表面，与表面吸附的水分发生作用而产生活性氧自由基，从而诱导了聚合体（或连结料）的光化学降介作用，使聚合物变成“灰色”。因此，通过采用表面处理，特别是用无机处理剂，使二氧化钛粒子表面涂上一层致密的涂层（有机处理剂结构较疏松，效果不明显）而使颜料粒子表面隔绝空气，从而可提高其耐光与耐候性。

1.6        二氧化钛的用途

　　二氧化钛作为颜料，主要应用于涂料、塑料、橡胶、纸板及纸张、油墨等行业中。特别是在涂料和塑料中，二氧化钛不仅作为白颜料使用，而且还常与彩色着色剂并用，因其良好的光散射性和遮盖力，是彩色颜料的最佳稀释剂。

    二氧化钛作为填料，主要用于搪瓷、玻璃、陶瓷等生产中。

1.7        二氧化钛的主要生产商及其商品牌号

　　主要生产企业分布在南美、西欧及东南亚，产量较大的有：

　　杜邦（DuPont）、SCM、KronosTitan、Bayer、石原产业（日本），其商品牌号有数千种。典型的牌号列举如下：

Du Pont公司

Kronos Titan公司

SCM公司

石原产业

一般来说，同一系列中不同的牌号，均表明其制造工艺或产品性能有所不同。从而也有其最适的应用领域。因此，在选用二氧化钛颜料时，仔细了解其制造工艺，产品特性及适用范围，对更有效、更合理、更经济地使用二氧化钛颜料是大有益处的。

那是纳米级的。