)二氧化钛
摘要：
二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
编辑摘要
二氧化钛化学品中文名称：二氧化钛
化学品英文名称：titanium(IV)oxide
中文名称2：钛白粉
英文名称2：titanium dioxide
别名：钛白，Titanin White。
分子式：TiO2
分子量：79.9
主要成分：含量:≥98％。
外观与性状：白色粉末。
熔点(℃)：1560
相对密度(水=1)：3.9
溶解性：不溶于水，不溶于稀碱、稀酸，溶于热浓硫酸、盐酸、硝酸。
主要用途：是一种重要的白色颜料和瓷器釉料。不溶于水。
二氧化钛反应的化学方程式如下：
二氧化钛和酸的反应：TiO2＋H2SO4=TiOSO4＋H2O
二氧化钛和碱的反应：TiO2＋2NaOH=Na2TiO3＋H2O
钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
二氧化钛是世界上最白的东西，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。
二氧化钛物理结构：金红石型、锐钛型；结晶系、四方晶系、四方晶系。
相对密度：3.9~4.2、3.8~4.1
折射率：2.76~2.55
莫氏硬度：6-7、5.5-6
电容率：114~31
晶格常数：A轴0.458,c轴0.795 A轴0.378,c轴0.949
线膨胀系数：25℃/℃
a轴：7.19X10-6 2.88~10-6
c轴：9.94X10-6 6.44~10-6
热导率：1.809~10.3
吸油度：16～48、18～30
颗粒大小：0.2~0.3、0.3
相对密度：在常用的白色颜料中，二氧化钛的相对密度最小，同等质量的白色颜料中，二氧化钛的表面积最大，颜料体积最高。
| 颜料名称 | 相对密度/(g/cm3) | 颜料名称 | 相对密度/(g/cm3) |
| 锐钛型二氧化钛 | 3.8~3.9 | 硫酸铅 | 6.4~6.6 |
| 金红石型二氧化钛 | 4.2~4.3 | 氧化锌 | 5.5~5.7 |
| 板钛型二氧化钛 | 4.12~4.23 | 锌钡白 | 4.2~4.3 |
| 碱式碳酸铅 | 6.8~6.9 | 硫化锌 | 4.0 |
介电常数：由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。在测定二氧化钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如，金红石型的介电常数，随晶体的方向不同而不同，当与C轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角时为90，其粉末平均值为114。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有48。
电导率：二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。例如，金红石型二氧化钛在20℃时还是电绝缘体，但加热到420℃时，它的电导率增加了107倍。稍微减少氧含量，对它的电导率会有特殊的影响，按化学组成的二氧化钛(TiO2)电导率<10-10s/cm，而TiO1.9995的电导率只有10-1s/cm。
金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。
二氧化钛硬度：按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6~6.5，锐钛型二氧化钛为5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。
熔点和沸点：由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点 (1830土15)℃、富氧中的熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 (3200±300)K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。
吸湿性：
二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛型为小。
二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。
二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。
热稳定性：
二氧化钛属于热稳定性好的物质，一般用量为0.01％～0.12％。
金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。
二氧化钛熔点和沸点：由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点 (1830土15)℃、富氧中的熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 (3200±300)K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。
吸湿性：
二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛型为小。
二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。
二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。
热稳定性：
二氧化钛属于热稳定性好的物质，一般用量为0.01％～0.12％。
二氧化钛Ⅰ类：二氧化钛干磨和未处理，Ⅰ类二氧化钛具有低表面积和低吸油值。
Ⅱ类：为Ⅰ类二氧化钛经过处理，并进行湿法研磨，去除大颗粒，并用4%量的硅-铝包覆，它具有最低表面积和最低吸油值。
Ⅲ类：为典型的超细包覆级，并有有机包覆。
Ⅳ类：大包覆量，又可分为Ⅳa和Ⅳb，其包覆量在5~10%之间。Ⅳb主要应用添加量高的二氧化钛中，因其不透明性优于Ⅳa。
性能：
金红石型在高能（较短波长）吸收辐射能较锐钛型大，换句话说，对于金红石型钛白粉，在具有很强杀伤力的UV-波长段内（350-400nm），它对紫外线的反射率要远远低于锐钛型钛白粉，在这种情况下，它对周围的成膜物、树脂等身上所要分担的紫外光线就要少得多，那么这些有机物的使用寿命就长，这就是说，为什么通常所说的金红石型钛白粉的耐候性要比锐钛型好之原因所在。
| 性能 | 类型Ⅰ | 类型Ⅱ | 类型Ⅲ | 类型Ⅳ | 类型a b |
| TiO2%(最小) | 97 | 93 | 92 | 91 | 82 |
| 密度/(g/cm3) | 4.20 | 4.05 | 4.05 | 4.00 | 3.70 |
| 表面积/(m2/g) | 6.6-7.7 | 12.0-12.8 | 11.0-18.0 | 17.7 | 28.8 |
| 吸油值/(g/100g二氧化钛) | 15 | 19 | 15-19 | 24 | 30 |
| 含水/(g/100g二氧化钛) | 40 | 30 | 30 | 35 | 55 |
| 包覆%(铝/硅) | 无 | 3.5 | 3.6 | 4.9 | 13.0 |
| 分散性 | 高 | 中等 | 中等 | 高 | 低 |
二氧化钛二氧化钛(俗称钛白粉)是一种允许使用的食用色素，JECFA中没有规定ADI值。1969年JECFA.得出此项结论的依据是在大量的物种研究包括对人类的研究中，并没有发现二氧化钛被大量的吸收和组织的存积。在欧盟，二氧化钛(俗称钛白粉)作为允许的食用色素被列入欧共体94/36/条例的附录I中。生产出的二氧化钛有两种晶型结构——锐钛矿型和金红石型。在94/36/条例中规定二氧化钛仅允许使用锐钛型。而JECFA规定允许使用两种形式。
专家委员会认为金红石型和锐钛矿型两种晶型的二氧化钛(俗称钛白粉)具有相近的化学性质，但它们的晶型结构及光反射度是不同的。评审员认同新生物利用率所研究显示：这两种形式的生物利用率本质上是相同的，近而毒理学数据适用于任何一种形式。评审员还提出虽然评论只显示了请求者使用这种片状的金红石型二氧化钛的提议，但这种型式的二氧化钛可能会代替锐钛矿二氧化钛应用于目前的各个使用领域。
二氧化钛除了JECFA (JECFA 1969)评论的毒物学数据库以外，)专家委员会已经展开了二氧化钛的额外的生物利用率(Colorcon, 2003),慢性毒性和致癌性研究(NCI, 1979; Bernard et al., 1990和评论。
在鼠类中进行研究新生物利用率，评论提议者对不同级别的二氧化钛吸收、分布和排泄进行描述。
1. rutile titanium dioxide (thick platelet), 金红石二氧化钛（厚片）
2. rutile titanium dioxide (thin platelet) 金红石二氧化钛（薄片）
3. rutile titanium dioxide (amorphous) 金红石二氧化钛（不定形）
4. anatase titanium dioxide (amorphous).锐钛矿二氧化钛（不定形）
1. rutile titanium dioxide (thick platelet), 金红石二氧化钛（厚片）
2. rutile titanium dioxide (thin platelet) 金红石二氧化钛（薄片）
3. rutile titanium dioxide (amorphous) 金红石二氧化钛（不定形）
4. anatase titanium dioxide (amorphous).锐钛矿二氧化钛（不定形）
二氧化钛二氧化钛主要的通道是经过面部。所有二氧化钛涉及的组群排泄的排泄物每个收集间隔（0 - 24, 24 - 48, 48 – 72小时）是相同的。雄性鼠服用范围为1.1-2.2mg，雌性鼠服用范围为1.1-1.3mg，当停止服用二氧化钛食物后，计算72小时内面部钛排泄的总量。尿排泄的钛量一般低于极限量(<0.04 mg/l)。所有组的血液中钛浓度也低于0.04 mg/l，而肝脏、肾和肌肉中低于检测极限(<0.1 - <0.2 mg/kg wet weight)或者大多数动物服用含二氧化钛的食物湿重范围为0.1 - 0.3 mg/kg。
这些结果表明当服用含二氧化钛200 mg/kg食物后，在组织中并没有钛的积累，对照早期研究报道：大鼠服用高浓度的二氧化钛(100000 mg/kg diet)至少30天(West and Wyzan 1963)，在肌肉中只累积少量钛。
实验室动物进行慢性毒性和致癌性研究:
致癌性研究50组每组由不同性别的334只大鼠和小鼠组成，剂量为每kg 食物含0, 25000 and 50000 mg二氧化钛，服用103周(NCI, 1979)。增加甲状腺C-细胞的注射发现在雌性大鼠产生腺瘤或者癌，但是这些增加既不是统计的重要部分也不是值得考虑与试验化合物有关的部分。在其他组中进行肿瘤注射，比控制者并没有明显提高。慢性饮食研究0, 1, 2and5%二氧化钛涂在云母上334只大鼠130周没有显示毒性或致癌影响(Bernard et al., 1990)。
医药级二氧化钛1、挥散法
若某个试样中二氧化硅的含量在98%以上，应用氢氟酸挥发重量差减法（即挥散法）来测定SiO2含量。具体测定步骤如下：
将铂坩埚中测定过烧失量的试样，用少量水润湿，加入4～5滴硫酸及5～7mL氢氟酸，放在电炉上低温加热，挥发至近干时，取下放冷，再加2～3滴硫酸及3～4mL氢氟酸，继续加热挥发至干，然后升高温度，至三氧化硫白烟完全逸尽。将铂坩埚置于高温炉中，于950℃温度下灼烧30分钟，取出放在干燥器中冷至室温，称重。如此反复灼烧，直至恒重。
SiO2=×100
G1——测烧失量时灼烧后试样和坩埚的重量,g；
G2——残渣和坩埚的重量,g；
G——试样的重量，g；
若试样中SiO2含量在98%以下，采用上述方法测定SiO2将引起较大的误差。这种情况下，宜采用重量法或氟硅酸钾容量法来测定。
将铂坩埚中测定过烧失量的试样，用少量水润湿，加入4～5滴硫酸及5～7mL氢氟酸，放在电炉上低温加热，挥发至近干时，取下放冷，再加2～3滴硫酸及3～4mL氢氟酸，继续加热挥发至干，然后升高温度，至三氧化硫白烟完全逸尽。将铂坩埚置于高温炉中，于950℃温度下灼烧30分钟，取出放在干燥器中冷至室温，称重。如此反复灼烧，直至恒重。
SiO2=×100
G1——测烧失量时灼烧后试样和坩埚的重量,g；
G2——残渣和坩埚的重量,g；
G——试样的重量，g；
若试样中SiO2含量在98%以下，采用上述方法测定SiO2将引起较大的误差。这种情况下，宜采用重量法或氟硅酸钾容量法来测定。
2、重量法
对可溶于酸的试样，可直接用酸分解。对不能被酸分解的试样，多采用Na2CO3作熔剂，用铂坩锅于高温炉中熔融或烧结之后酸化成溶液，再在电炉上用蒸发器皿蒸发至干，然后加酸煮沸，并置于水浴锅上在温度60℃～70℃的范围内，加入动物胶，使硅酸凝聚，然后加水溶解可溶性盐类，过滤分离出硅酸沉淀物。在瓷坩埚内于电炉上灰化，最后于高温炉中950℃灼烧至恒重。冷却，称重，即得到SiO2的含量。
二氧化钛重量法的准确度较高。但对于一些特殊样品，如萤石CaF2，由于含有较大量的氟，会使试样中的Si以SiF4形式挥发掉，不能用重量法测定。还有重晶石以及锆含量较高的样品、钛含量较高的样品，在重量法的条件下形成硅酸的同时，生成其它沉淀，夹杂在硅酸沉淀中。所以这些特殊样品不能用重量法来测定。这种情况下可用氟硅酸钾容量法来测定SiO2的含量。
二氧化钛3、容量法
对可溶于酸的试样，直接用硝酸分解，不能被酸分解的试样多采用KOH在镍坩埚中熔融，然后用硝酸分解熔融物。加酸后生成游离的硅酸，在过量的氟离子和钾离子存在下，硅酸与氟离子作用形成氟硅酸离子，进而与钾离子作用生成氟硅酸钾沉淀，该沉淀在热水中水解生成相应量的氢氟酸，用氢氧化钠标准溶液滴定，由消耗氢氧化钠标准溶液的体积计算二氧化硅的含量。由于该法的测定条件要求较高，影响因素又多。所以本法与操作者掌握操作的熟练程度有很大关系，但只要熟练掌握此法，检测结果准确，费时较少。
4、比色法
4、比色法
二氧化钛化学分析总之，这四种测定SiO2含量的方法各有优缺点，要根据待测试样的具体特点来分析，制定出合适的测定方法。
二氧化钛着色结论和建议：
专家委员会认为到二氧化钛金红石和锐钛矿两种形式化学性质接近而晶形结构和折光性不同。专家委员会一致认为新的生物利用率研究显示这两种形式的生物利用率本质相同，所以毒理性数据可以用于任意一种形式。专家委员会指出虽然评论显示提议者提供片状金红石二氧化钛的使用，但是金红石二氧化钛的片状或不定形都能在任何应用领域代替锐钛矿二氧化钛。专家委员会断定金红石二氧化钛片状或不定型的应用不会引起任何安全性的关注。
专家委员会认为到二氧化钛金红石和锐钛矿两种形式化学性质接近而晶形结构和折光性不同。专家委员会一致认为新的生物利用率研究显示这两种形式的生物利用率本质相同，所以毒理性数据可以用于任意一种形式。专家委员会指出虽然评论显示提议者提供片状金红石二氧化钛的使用，但是金红石二氧化钛的片状或不定形都能在任何应用领域代替锐钛矿二氧化钛。专家委员会断定金红石二氧化钛片状或不定型的应用不会引起任何安全性的关注。
白色素(食品级二氧化钛)性质：
（1）色素添加剂二氧化钛是从其他物质共存的混合物中分离精制合成得到的。
规定：
二氧化钛应满足以下规定：
铅（以Pb计），不超过10ppm。
砷（以As计），不超过1ppm。
锑（以Sb计），不超过2ppm。
汞（以Hg计），不超过1ppm。
食品稳定剂水溶性物质不超过0.3%。
酸溶性物质不超过0.5%。
使用和限量：
色素添加剂二氧化钛可以安全用于一般着色食品中，服从下列规定：
(1) 二氧化钛的数量不超过食物重量的1%。
免除证明：为了维护公众的健康而对这种色素进行证明是不必要的，此法令的721部分其中有一批免除了证明。
二氧化钛食用白色素世界公认的食品添加剂权威的部门FDA，也是世界各国和我国食品添加剂的重点采标对象，对二氧化钛在食品中的使用规定得出的结论是，二氧化钛是一种十分安全的食品添加剂（GRAS）。
国际癌症研究机构(IARC)已做出二氧化钛是一种无毒无害的物质的结论，是被世界许多国家广泛使用的食品添加剂，关于二氧化钛已有明确结论。二氧化钛是一种没有任何毒性，不会在人体蓄积，不会对人体产生危害的惰性物质。
GB2760-1996中也规定了二氧化钛在油炸制品、膨化食品等食品中的最大添加量,说明二氧化钛是一种十分安全可的食用添加剂。
二氧化钛在面包、面条、馒头等改良剂中作为稀释剂使用，其目的是为了使面包、面条、馒头改良剂所使用的酶制剂（如真菌α-淀粉酶、面条褐变抑制酶等）能够均匀地加入面粉中，提高产品的分散性，可以替代中国已经允许在面粉中使用的稀释剂碳酸钙（石灰石）、硫酸钙（石膏）等。二氧化钛一般在改良剂中的使用量在30％左右。二氧化钛的使用不仅使面粉具有很好的流散性，同时还具有很好的安全性。这样的改良剂添加到面粉中二氧化钛的含量一般不超过1/万，远远低于国家规定 (GB2760-1996规定的二氧化钛在油炸制品、膨化食品等食品中的最大添加量为1%)。
根据以上规定及实践足以说明二氧化钛是一种安全无毒无害的食品添加剂。
