Blog

Titanium dioxide (TiO2) là một khoáng chất tự nhiên đã được sử dụng nhiều thế kỷ trong nhiều ứng dụng. Những năm gần đây, nó đã trở thành một chất phụ gia ngày càng phổ biến trong ngành nhựa do các đặc tính độc đáo và khả năng cải thiện hình thức cũng như hiệu suất của các sản phẩm nhựa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá titan dioxide là gì và lợi ích của việc sử dụng nó trong nhựa.

1. Titanium dioxide là gì

Định nghĩa: Titan(IV) oxit hay titan dioxide, titania, là một hợp chất vô cơ tồn tại tự nhiên ở dạng oxit của titan. Nó có tên là titan trắng, Pigment White 6 hoặc CI 77891 khi được sử dụng làm thuốc nhuộm. Titanium dioxide là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới, với sản lượng hàng năm hơn 4 triệu tấn.

• Công thức phân tử: O2Ti hoặc TiO2
• Điểm nóng chảy: 1,843 °C
• Mật độ: 4,23 g/cm³
• Khối lượng phân tử: 79,866 g/mol
• Điểm sôi: 2,972 °C

Thuộc tính

• Titanium dioxide là một loại bột màu trắng, không mùi và không vị.
• Thuộc tính quang học: Titanium dioxide có chỉ số khúc xạ cao, có nghĩa là nó có các đặc tính quang học tuyệt vời như độ mờ, độ trắng và độ sáng cao.
• Ổn định hóa học: Titanium dioxide ổn định về mặt hóa học và không phản ứng với hầu hết các hóa chất, kể cả axit và bazơ.
• Ổn định nhiệt: Titanium dioxide ổn định nhiệt và có thể chịu được nhiệt độ cao mà không làm mất đi các đặc tính của nó.
• Tính chất điện: Titanium dioxide là một chất cách điện tuyệt vời, với độ dẫn điện thấp.

Ứng dụng

• Lớp phủ kiến trúc, lớp phủ ô tô và lớp phủ công nghiệp.
• Kem chống nắng và các sản phẩm chăm sóc cá nhân khác.
• Tráng men trong gốm sứ hoặc nguyên liệu thô trong sản xuất bột màu gốm sứ.
• Chất độn trong giấy hoặc lớp phủ trên giấy để cải thiện đặc tính in của nó
• Chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau, bao gồm quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ và sản xuất khí hydro.
• Được sử dụng trong sản xuất các bộ phận cấy ghép y tế, chẳng hạn như cấy ghép nha khoa, thay khớp háng và đầu gối, và vỏ máy điều hòa nhịp tim.

2. Vì sao titanium dioxide được sử dụng trong ứng dụng nhựa?

2.1. Cải thiện khả năng chịu nhiệt

Titanium dioxide (TiO2) thường được sử dụng làm chất màu trắng trong ngành nhựa để cải thiện khả năng chịu nhiệt của các sản phẩm nhựa. Khi titan dioxide được thêm vào nhựa, nó hoạt động như một tác nhân tạo mầm, có nghĩa là nó giúp thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc tinh thể bên trong nhựa. Những cấu trúc tinh thể này cung cấp sự gia cố cho nhựa, cải thiện sức mạnh và độ bền của nó. Ở nhiệt độ cao, các cấu trúc tinh thể trở nên ổn định hơn và có thể chống biến dạng và nóng chảy tốt hơn.

Khả năng chịu nhiệt của nhựa có thể được cải thiện bằng cách sử dụng titan dioxide theo nhiều cách.

• Tăng điểm nóng chảy của nhựa: Bằng cách tăng điểm nóng chảy, nhựa có thể chịu được nhiệt độ cao hơn trước khi tan chảy, khiến nó phù hợp hơn để sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
• Cải thiện tính ổn định nhiệt của nhựa: Cải thiện tính ổn định nhiệt giúp nhựa chống biến dạng và phân hủy tốt hơn ở nhiệt độ cao, làm cho chúng bền hơn và đáng tin cậy hơn.
• Cải thiện tính ổn định tia cực tím của nhựa: Titanium dioxide là chất hấp thụ tia cực tím hiệu quả và có thể bảo vệ nhựa khỏi bức xạ tia cực tím, cải thiện tuổi thọ và độ tin cậy của nhựa.

2.2. Cải thiện khả năng cản sáng 

Ngoài các lợi ích về khả năng chịu nhiệt, titan dioxide còn cải thiện khả năng chống ánh sáng của nhựa, giúp chúng có khả năng chống phai màu và biến màu tốt hơn khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc các nguồn ánh sáng khác.

Cơ chế mà titanium dioxide cải thiện khả năng chống ánh sáng của nhựa là thông qua khả năng tán xạ và hấp thụ ánh sáng của nó. Khi được thêm vào nhựa, các hạt titan dioxide tán xạ ánh sáng theo mọi hướng, làm giảm lượng ánh sáng xuyên qua nhựa. Điều này làm giảm lượng năng lượng ánh sáng được nhựa hấp thụ, do đó làm giảm tốc độ phân hủy quang học. Sự tán xạ và phản xạ ánh sáng của các hạt titan dioxide hoạt động hiệu quả như một lá chắn, bảo vệ nhựa khỏi tác hại của việc tiếp xúc với ánh sáng.

Hơn nữa, titan dioxide có chỉ số khúc xạ cao, nghĩa là nó làm cong và làm chậm ánh sáng hơn các vật liệu khác. Đặc tính này cho phép titan dioxide phân tán ánh sáng đồng đều khắp nhựa, mang lại vẻ ngoài đồng nhất hơn và giảm khả năng xuất hiện các điểm nóng hoặc đổi màu không đồng đều.

2.3. Tăng cường khả năng chống chịu thời tiết của nhựa

Nhựa rất dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết như ánh sáng mặt trời, độ ẩm, nhiệt độ thay đổi thất thường khiến nhựa bị biến chất và mất đi tính chất cơ học. Titanium dioxide là một chất phụ gia hiệu quả có thể giúp giảm thiểu những tác động này và cải thiện khả năng chống chịu thời tiết của nhựa.

Một trong những cách chính mà titan dioxide tăng cường khả năng chống chịu thời tiết của nhựa là thông qua khả năng hấp thụ bức xạ tia cực tím (UV). TiO2 là một chất hấp thụ tia cực tím hiệu quả cao và khi được thêm vào nhựa, nó có thể hấp thụ bức xạ tia cực tím từ ánh sáng mặt trời, ngăn không cho nó tiếp cận với chuỗi polyme. Bằng cách hấp thụ bức xạ UV, TiO2 ngăn chặn sự hình thành các cặp electron-lỗ trống, làm chậm tốc độ phân hủy quang và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm nhựa.

Titanium dioxide cũng hoạt động như một rào cản đối với độ ẩm và các yếu tố môi trường khác. Khi được thêm vào nhựa, các hạt TiO2 tạo ra một rào cản ngăn hơi ẩm và các yếu tố môi trường khác xâm nhập vào nhựa. Điều này giúp giảm tác động của thời tiết, chẳng hạn như nứt và cong vênh, đồng thời bảo vệ nhựa khỏi bị xuống cấp do tiếp xúc với các yếu tố thời tiết.

Hơn nữa, titan dioxide cũng có thể được sử dụng làm vật liệu độn trong nhựa. Là chất độn, nó cải thiện các tính chất cơ học của nhựa, chẳng hạn như độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống va đập của chúng. Điều này làm cho nhựa có khả năng chống lại tác động của thời tiết và các yếu tố môi trường khác, tăng cường khả năng chống chọi với thời tiết.

2.4. Tạo màu nhựa

Titanium dioxide là một sắc tố hiệu quả cao và khi được thêm vào nhựa, nó có thể làm cho sản phẩm có màu trắng, mờ đục và có độ phản chiếu cao. Do đó, vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa để sản xuất masterbatch màu trắng, được sử dụng để tạo màu trắng cho nhựa.

Titanium dioxide đạt được hiệu ứng sắc tố trắng thông qua một quá trình được gọi là tán xạ Mie. Khi ánh sáng đi vào sản phẩm nhựa chứa hạt TiO2, sóng ánh sáng tương tác với hạt và bị tán xạ theo mọi hướng. Hiệu ứng tán xạ này mạnh nhất trong dải bước sóng ngắn của ánh sáng khả kiến, bao gồm ánh sáng xanh lam và tím. Kết quả là các hạt TiO2 có màu trắng, vì chúng phản chiếu tất cả các màu của ánh sáng khả kiến.

Hiệu quả của titan dioxide với vai trò là một sắc tố màu trắng là do chỉ số khúc xạ cao của nó, là thước đo mức độ ánh sáng bị bẻ cong khi nó đi qua một môi trường. TiO2 có chỉ số khúc xạ 2,55, cao hơn hầu hết các chất màu khác được sử dụng trong chất dẻo. Điều này có nghĩa là các hạt TiO2 có khả năng tán xạ ánh sáng hiệu quả hơn, tạo ra màu trắng đục hơn.

2.5. Cải thiện tính chất cơ điện của nhựa

Cuối cùng, titan dioxide cũng được sử dụng để cải thiện tính chất cơ và điện của nhựa. Khi được thêm vào nhựa, TiO2 có thể tăng cường độ bền, độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống va đập của vật liệu, giúp vật liệu bền hơn và chống biến dạng.

Khả năng hoạt động như một chất độn gia cường của TiO2 là một trong những yếu tố chính góp phần vào khả năng nâng cao tính chất cơ học của nhựa. Điều này xảy ra là do khả năng của các hạt TiO2 siêu nhỏ có thể liên kết với các chuỗi polyme của nhựa và tạo nên một cấu trúc bền và cứng hơn. Do diện tích bề mặt của các hạt TiO2 tăng lên, có nhiều điểm tiếp xúc hơn giữa các hạt và nền polyme, giúp cải thiện tính chất cơ học của vật liệu.

Ngoài tính chất cơ học, TiO2 còn có thể cải thiện tính chất điện của nhựa. Điều này là do TiO2 là một chất cách điện hiệu quả và có thể hỗ trợ làm giảm tính dẫn điện của các vật dụng bằng nhựa. Trong một số trường hợp, TiO2 cũng có thể hoạt động như một chất điện môi hoặc một chất có thể lưu trữ và giải phóng năng lượng điện.

Sử dụng TiO2 làm chất bổ sung cho nhựa cũng có lợi ích trong việc tăng cường độ ổn định kích thước của vật liệu. Điều này rất quan trọng trong các tình huống khi kích thước và dung sai chính xác là cần thiết, chẳng hạn như khi chế tạo các bộ phận máy hoặc khuôn. TiO2 có thể được sử dụng để ngăn chặn sự co ngót của nhựa trong quá trình làm mát và đóng rắn, dẫn đến sản phẩm cuối cùng đồng nhất và dễ đoán hơn.

Nói tóm lại, lợi ích của việc sử dụng titan dioxide trong nhựa là rất nhiều và đáng kể. Khoáng chất tự nhiên này có thể nâng cao hiệu suất và chất lượng của các sản phẩm nhựa. Bằng cách thêm titan dioxide vào nhựa, các nhà sản xuất có thể tạo ra các sản phẩm chắc chắn hơn, bền hơn và thẩm mỹ hơn, có khả năng chịu được ánh sáng mặt trời, nhiệt và các yếu tố môi trường khác.