Рутильный и анатазный диоксид титана: в чем разница

Диоксид титана существует в нескольких кристаллических модификациях. Наибольшее промышленное значение имеют рутильная и анатазная формы TiO₂.

Разберем, чем рутильный диоксид титана отличается от анатазного и какую форму выбирают для производства лакокрасочных материалов (ЛКМ), пластмасс и других материалов.

Что такое рутильный и анатазный диоксид титана

Диоксид титана — неорганическое соединение с формулой TiO₂. В кристаллическом состоянии он встречается прежде всего в трех формах: рутил, анатаз и брукит. Для промышленного применения пигментного TiO₂ основное значение имеют первые две.

• Рутил — более стабильная кристаллическая форма TiO₂. Для него характерен более высокий показатель преломления, поэтому рутильный диоксид титана широко используют как белый пигмент в лакокрасочных материалах, пластмассах и других покрытиях.

• Анатаз — менее стабильная форма TiO₂, которая при определенных условиях может переходить в рутил. Он отличается более высокой фотохимической активностью во многих системах и применяется не только как пигмент, но и в специальных материалах, в том числе фотокаталитических.

Таким образом, рутильный и анатазный диоксид титана — это не разные химические вещества, а две кристаллические модификации одного соединения TiO₂.

Чем рутильный диоксид титана отличается от анатазного

Химический состав у них одинаковый, но отличается строение кристаллической решетки. Из-за этого различаются физические и оптические свойства материала: плотность, показатель преломления, способность рассеивать свет и фотохимическая активность.

У рутильного диоксида титана выше показатель преломления, поэтому он эффективнее рассеивает видимый свет и обычно обеспечивает более высокую укрывистость. По этой причине рутильные пигменты широко применяют в лакокрасочных материалах и пластмассах.

Анатазный TiO₂ во многих системах проявляет более высокую фотохимическую активность. Это полезно в фотокаталитических материалах, но для покрытий и полимеров может быть нежелательно, поскольку активные процессы на поверхности частиц способны ускорять разрушение органической основы.

Для наружных ЛКМ поэтому чаще используют рутильные марки с поверхностной обработкой, которая помогает повысить атмосферостойкость и снизить нежелательную фотохимическую активность.

При этом свойства конкретного пигмента зависят не только от кристаллической формы. На укрывистость, стойкость и диспергируемость также влияют размер частиц, их распределение, поверхностная обработка и рецептура готового материала.

Как получают рутильный и анатазный TiO₂

Сульфатный способ

Сульфатная технология позволяет производить как анатазный, так и рутильный TiO₂. 

Титаносодержащее сырье обрабатывают серной кислотой. После нескольких стадий очистки и гидролиза соединения титана преобразуют в гидратированный оксид, который затем прокаливают.

Хлоридный способ

Хлоридный процесс используется для получения рутильного пигмента.

При хлоридной технологии титаносодержащее сырье преобразуют в тетрахлорид титана TiCl₄. После очистки его окисляют при высокой температуре с получением TiO₂.

Сам способ производства при этом нельзя использовать как единственный показатель качества. Конечные свойства определяются также контролем размера частиц, очисткой, измельчением, неорганической и органической поверхностной обработкой.

Рутильный диоксид титана в ЛКМ

В лакокрасочной промышленности рутильная форма получила наиболее широкое распространение.

Рутильные марки используют при производстве:

• интерьерных и фасадных красок,

• водно-дисперсионных покрытий,

• промышленных эмалей,

• порошковых красок,

• защитных и декоративных покрытий,

• покрытий для металла, древесины и строительных материалов.

→ Подробнее о применении диоксида титана в ЛКМ читайте в нашей статье.

Основные причины выбора рутила — высокая светорассеивающая способность, возможность получить хорошую белизну и укрывистость, а также наличие специально разработанных атмосферостойких марок.

Но при подборе сырья для конкретной рецептуры недостаточно проверить только надпись Rutile TiO₂. Необходимо учитывать характеристики конкретной марки.

Где применяется анатазный диоксид титана

Анатаз также используется как белый пигмент, хотя в крупнейших рынках — прежде всего в покрытиях и пластмассах — рутильная форма получила более широкое распространение.

Анатазный TiO₂ встречается в отдельных марках для производства:

• бумаги,

• синтетических волокон,

• резины,

• керамических материалов,

• специальных пигментных систем.

Отдельное направление — фотокатализ. Анатазные и смешанные анатазно-рутильные материалы используют в фотокаталитических системах, предназначенных для разложения органических загрязнений, очистки воды и воздуха и создания самоочищающихся поверхностей. 

Здесь от материала требуется уже не минимальная фотохимическая активность, как в долговечной фасадной краске, а способность эффективно участвовать в реакциях под действием света.

Поэтому нельзя говорить, что одна кристаллическая форма TiO₂ универсально лучше другой: требования зависят от задачи.

Рутильный или анатазный TiO₂: что выбрать

Выбор зависит от требований к готовому материалу.

Для большинства лакокрасочных материалов чаще применяются рутильные марки, когда требуются высокая укрывистость, декоративные свойства и долговечность покрытия. Для наружных покрытий необходимо дополнительно оценивать атмосферостойкость конкретной марки и тип поверхностной обработки TiO₂.

Для пластмасс также широко применяют рутильный TiO₂ благодаря эффективному светорассеянию и возможности подобрать пигмент под конкретный полимер и технологию переработки.

Для фотокаталитических материалов может быть предпочтителен анатаз или смесь. Здесь оценивают уже не только кристаллическую модификацию, но и площадь поверхности, размер частиц, дефекты структуры и другие параметры.

Для бумаги, волокон и специальных материалов возможно использование как анатазных, так и рутильных марок в зависимости от требований к белизне, абразивности, оптическим свойствам и технологии производства.

Можно ли заменить анатазный диоксид титана рутильным

Иногда такая замена технически возможна, но рутильный и анатазный TiO₂ нельзя считать прямыми аналогами только на основании одинаковой химической формулы.

При замене могут измениться:

• укрывистость,

• оттенок белого,

• красящая способность,

• плотность материала,

• диспергирование,

• содержание пигмента в рецептуре,

• фотохимическая стабильность,

• атмосферостойкость,

• свойства поверхности готового изделия.

Даже переход с одной рутильной марки на другую желательно подтверждать лабораторными испытаниями. Поверхностная обработка и распределение частиц способны существенно изменить поведение пигмента в конкретной рецептуре.

Какие характеристики TiO₂ проверять при выборе марки

Для промышленного применения выбор не стоит сводить к вопросу «рутил или анатаз». Для выбора подходящего пигмента необходимо сравнить технические характеристики конкретных марок. 

В зависимости от задачи оценивают:

• массовую долю TiO₂,

• тип кристаллической формы,

• поверхностную обработку,

• белизну и оттенок,

• красящую способность,

• диспергируемость,

• влагосодержание,

• содержание водорастворимых веществ,

• гранулометрические характеристики,

• маслоемкость,

• устойчивость к атмосферному воздействию,

• совместимость с конкретным связующим или полимером.

Где купить рутильный и анатазный диоксид титана

Купить оптом диоксид титана рутильных и анатазных марок можно у МАС Альбион — наша компания поставляет химическое сырье для промышленных предприятий в России и странах СНГ.

Как заказать

Чтобы узнать актуальную цену диоксида титана и условия поставки, сделать заказ или проконсультироваться по подбору марки, оставьте заявку на сайте или свяжитесь с менеджером удобным способом:

• по электронной почте: albionchem@albionchem.ru,

• по телефону: +7 (495) 134-33-16, +7 (800) 775-96-15.

Специалист уточнит необходимую информацию, после чего подготовит коммерческое предложение.

Часто задаваемые вопросы

В чем главные отличия рутила от анатаза?

Обе формы имеют одинаковую химическую формулу TiO₂, но различаются строением кристаллической решетки. Рутил имеет более высокий показатель преломления и обычно лучше подходит для получения укрывистых белых покрытий. Анатаз во многих системах проявляет более высокую фотохимическую активность. Рутил производится и сульфатным, и хлоридным способом, тогда как промышленный анатаз получают сульфатным методом.

Что лучше: рутильный или анатазный диоксид титана?

Однозначного ответа не существует. Выбор зависит от задачи и требований к готовому материалу.

Какой диоксид титана используют в красках?

В современных лакокрасочных материалах преимущественно применяют рутильный диоксид титана. Особенно это касается фасадных и промышленных покрытий, где важны укрывистость, светостойкость и атмосферостойкость.

Как определить форму диоксида титана?

Кристаллическую форму обычно указывают в технической документации производителя. При необходимости ее можно определить методом рентгенофазового анализа.

Где купить диоксид титана?

Купить диоксид титана можно у МАС Альбион. В ассортименте представлено 15 марок для различных промышленных применений. Продукция доступна к отгрузке с собственных складов компании.

Сколько стоит диоксид титана?

Цена диоксида титана зависит от марки, производителя, типа пигмента, объема партии и условий поставки. Поэтому стоимость рассчитывается индивидуально под конкретный запрос. Чтобы узнать актуальную стоимость поставки химического сырья, обратитесь к специалистам МАС Альбион.