ไทเทเนียมไดออกไซด์  (Titanium dioxide)

Description

ไทเทเนียมไดออกไซด์  (Titanium dioxide)

ไทเทเนียมไดออกไซด์ (Titanium dioxide) เป็นสารเก่าแก่ชนิดหนึ่งเท่าๆกับโลกของเรา และเป็นหนึ่งใน 50 ชนิดของสารที่ผลิตมากที่สุดทั่วโลก ลักษณะโดยทั่วไปมีสีขาว ทึบแสง เกิดเองตามธรรมชาติ ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นสารที่มีประโยชน์สามารถการใช้งานได้หลากหลาย เนื่องจากมันไม่มีกลิ่นและมีความสามารถในการดูดซับ  แร่ชนิดนี้พบได้ในหลายผลิตภัณฑ์ตั้งแต่สีทาบ้านไปถึงอาหารและเครื่องสำอางค์  เป็นต้น

ไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกจัดอยู่ในกลุ่มของสารเคมีที่ปลอดภัย  ไม่ใช่สารที่อยู่ในกลุ่มของสารก่อมะเร็ง  ไม่เป็นสารที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์   ไม่ทำให้ตัวอ่อนในครรภ์เกิดความผิดปกติ   ด้วยเหตุนี้จึงสรุปได้ว่าไทเทเนียมไดออกไซด์ไม่ใช่สารที่มีพิษ   โดยทั่วไปมีความปลอดภัยในการใช้กับอาหาร  ยา  สี และเครื่องสำอาง
ประโยชน์ของไททาเนียมไดออกไซด์

ปัจจุบันไททาเนียมไดออกไซด์เป็นที่นิยมนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมในด้านต่างๆ ได้แก่

1. ใช้สำหรับสารให้สี: มักใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นส่วนผสมของสีทาบ้าน ด้วยคุณสมบัติให้สารสีขาว สามารถดูดกลืน และหักเหช่วงแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้สูง ขนาดอนุภาคเล็ก มีความยืดหยุ่นสูงทำให้ปกปิดรอยร้าว รอยตำหนิได้ดี และทนต่อสภาพความเป็นกรด-ด่าง ทนต่อแสง และความร้อน รวมถึงใช้เป็นส่วนผสมของสีสำหรับงานพิมพ์ งานศิลปะ เนื่องจากมีคุณสมบัติให้สีขาวสว่าง
2. ใช้เป็นสารเคลือบผลิตภัณฑ์: มักใช้เป็นสารเคลือบในอุตสาหกรรมต่างๆ อาทิเช่น อุตสาหกรรมพลาสติก อุตสาหกรรมแก้ว กระจก อุตสาหกรรมผลิตกระเบื้อง ผลิตสุขภัณฑ์ ผลิตเซรามิก อุตสาหกรรมโลหะสำหรับการเคลือบผิวโลหะ อุตสาหกรรมกระดาษสำหรับการเคลือบกระดาษเพื่อลดการทะลุผ่านของแสง ด้วยคุณสมบัติที่สามารถยึดเกาะและเคลือบติดผิวได้ง่าย มีความทนทานต่อการกัดกร่อน นอกจากนั้น การใช้ไททาเนียมไดออกไซด์สำหรับเคลือบผิวผลิตภัณฑ์สามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตได้
3. เป็นสารกึ่งตัวนำผลิตกระแสไฟฟ้า: การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์นิยมใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบ ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า
4. ใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์: อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้ามักใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้า ด้วยคุณสมบัติมีค่าคงที่ทางไฟฟ้า และค่าความต้านทานไฟฟ้าสูง
5. ใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง: นิยมใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอางค์ เนื่องจากมีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในการสะท้อนหรือดูดกลืนแสงอุลตร้าไวเลตได้ จึงนิยมใช้เพื่อปกป้องผิว ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ไทเทเนียมไดออกไซด์ได้แก่ ครีมบำรุงผิว ครีมกันแดด แป้งรองพื้น เป็นต้น
6. ใช้ในด้านการบำบัดมลพิษ
   1 ใช้เป็นสารดูดซับ โดยใช้งานในด้านการบำบัดมลพิษทางอากาศ และมลพิษทางน้ำ ทำหน้าที่เป็นสารตัวดูดซับมลพิษ
   6.2 ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์แสง
   ไททาเนียมไดออกไซด์เมื่อได้รับแสง และความร้อน จะแตกตัวให้สาร และรังสีที่มีคุณสมบัติหลายประการที่สามารถกำจัดของเสียหรือมลพิษในน้ำ และอากาศ รวมถึงการกำจัด และต้านเชื้อจุลินทรีย์ โดยมีกลไก ดังนี้

• สำหรับการต้านเชื้อจุลินทรีย์ เมื่อแผ่นนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ได้รับแสงจะปลดปล่อยไฮดรอกซิล แรดิคัล (OH+) และซุปเปอร์ออกไซด์ไอออน (O^2-) ออกมาสู่อากาศ และอะตอมดังกล่าวจะเข้าดึงอะตอมไฮโดรเจน และคาร์บอนจากผนังเซลล์ของเชื้อจุลินทรีย์ รวมถึงสารอินทรีย์ที่ทำให้เกิดกลิ่นทำให้จุลินทรีย์ และสารมลพิษต่างๆสลายตัวไป
• สำหรับการบำบัดมลพิษทางอากาศ เช่น การกำจัดก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO_x) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) และสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ด้วยการผ่านแสงอุลตร้าไวโอเลตในช่วงคลื่น 300-400 นาโนเมตร จะทำให้เกิดอนุภาคข้างต้นเข้าทำปฏิกิริยากับสารมลพิษดังกล่าวทำให้กลายเป็นกรดไนตริก และกรดซัลฟูริก ส่วนสารอินทรีย์ระเหยง่ายจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างกลายเป็นสารอื่นที่มีความเป็นอันตรายน้อยลง
• สำหรับบำบัดมลพิษในน้ำ ด้วยการให้แสงแก่แผ่นตัวกลางนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ที่แขวนอยู่ในน้ำ เมื่อได้รับแสงจะเกิดการปลดปล่อยอนุภาคดังที่กล่าวข้างต้นเข้าทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ที่แขวนลอยในน้ำกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

สูตรเคมี: TiO₂

คุณสมบัติเฉพาะ

• มวลโมเลกุล 9 กรัม/โมล
• ความหนาแน่น 84-4.26 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
• จุดเดือด 2,500 องศาเซลเซียส
• จุดหลอมเหลว 1,850 องศาเซลเซีย
• ไม่ละลายน้ำ

คุณสมบัติทางกายภาพ และเชิงกล

• สถานะภาพเป็นของแข็งสีขาว
• พื้นที่ผิว 50 ตารางเมตร/กรัม
• ขนาดอนุภาคเฉลี่ย 20 นาโนเมตร
• ความหนาแน่น 130 กรัม/ลิตร
• ความถ่วงจำเพาะ 7 กรัม/ลูกบาศก์เดซิเมตร
• Modulus of Rupture 140 MPa
• กำลังแรงกด 680 MPa
• Poisson’s Ratio 0.27
• Fracture Toughness 3.2 Mpa.m^-1/2
• Shear Modulus 90 GPa
• Modulus of Elasticity 230 GPa
• Microhardness (HV0.5) 880
• ค่าความต้านทาน (Resistivity, 25°C) 1012 ohm.cm
• ค่าความต้านทาน (Resistivity, 700°C) 2.5×10⁴cm
• Dielectric Constant (1MHz) 85
• Dissipation factor (1MHz) 5×10^-4
• Dielectric strength 4 kVmm^-1
• Thermal expansion (RT-1000°C) 9 x 10^-6
• Thermal Conductivity (25°C) 11.7 WmK^-1