Titan(IV)-oxid 98 +%, extra rein

Was ist Titanoxid?

Titan(IV)-oxid (Titandioxid) ist das IV-Oxid von Titan. Neben diesem polymorphen Oxid gibt es eine Reihe nichtstöchiometrischer Suboxide des Titans, die sogenannten Magneli-Phasen, sowie Titan(III)-oxid und Titan(II)-oxid.

Titandioxid ist als Weißpigment vielseitig einsetzbar, weshalb jährlich weltweit vier bis fünf Millionen Tonnen produziert werden. Die Hauptanwendungsgebiete liegen im Bereich Beschichtungen wie Lacke und Farben, gefolgt von Kunststoffeinfärbung und Laminatpapier. Farbige Produkte enthalten in der Regel auch Weißpigmente, um eine hohe Deckkraft zu erreichen.

Physikalische Eigenschaften

Der Schmelzpunkt von Titandioxid liegt bei 1855 °C, die Verbindung ist thermisch stabil. Titandioxid ist auch chemisch inert. Es ist lichtecht, preiswert und daher ein wichtiges Weißpigment.

Optische Eigenschaften

Der Brechungsindex von Titanoxid ist hoch und hat eine breite Streuung. Der Brechungsindex hängt auch maßgeblich von der Kristallmodifikation ab. Titandioxid ist doppelbrechend.

Aus coloristischer Sicht hat Titandioxid aufgrund seines hohen Brechungsindex das höchste Deckvermögen aller Weißpigmente und gleichzeitig ein hervorragendes Aufhellvermögen. Das maximale Deckvermögen von Titandioxid beträgt ca. 200 nm bis 300 nm, je nach Anwendung und Referenzgröße, Anzahl oder massebezogener Größenverteilung.

Titandioxid ist ein Halbleiter, daher ist bei Nulltemperatur das Valenzband vollständig gefüllt und das Leitungsband nicht besetzt. Die Bandlücke hängt von der Modifikation ab. Lichtquanten mit einer Energie größer als die Bandlücke werden absorbiert. UV-Licht kann auch bei der richtigen Wellenlänge absorbiert werden und bietet UV-Schutz. Kurzwellige Lichtstrahlung hebt Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband und hinterlässt ein Loch. Die Größe der Bandlücke hängt von der Kristallrichtung und im Bereich der Nanopartikel von der Partikelgröße ab.

Wofür wird Titanoxid verwendet?

Pigment

Titandioxid hat einen deutlich höheren Brechungsindex als die meisten organischen Materialien, die zum Binden von Farben verwendet werden. Das bedeutet, dass Pigmente aus Titanoxid das Licht effektiv streuen, was zu einer gut deckenden weißen Farbe führt. Die optimale Größe der Pigmente liegt im Bereich von 200 nm bis 300 nm. Der Größenbereich ergibt sich aus der Mie-Theorie. Die Partikelgröße beeinflusst einerseits die Deckkraft und andererseits den Farbton; fein verteilte Pigmente erscheinen eher bläulich. Mit einem Marktanteil von ca. 60 % sind die wichtigsten Anwendungen Beschichtungsmaterialien und 25 % Polymeranwendungen.

Reines Titandioxid wird selten verwendet, da zusätzlich zur UV-schützenden Wirkung des TiO2 lichtinduzierte chemische Radikalreaktionen stattfinden. Eine Funktionalisierung des Pigmentgranulats reduziert diesen Effekt und verbessert gleichzeitig die farblichen Eigenschaften, vor allem durch eine leichtere Dispergierung. Einige Anwendungen, z. B. Anatas-Pigmente für Faser- oder Zementanwendungen trotz der höheren photochemischen Aktivität verwenden, während die meisten Anwendungen auf Rutil-Pigmente zurückgreifen.

Photokatalysator

Viele Hersteller bieten Photokatalysatoren auf TiO2-Basis an. Dies sind in der Regel Anatas, Anatas-Rutil-Mischungen oder dotierte Titandioxide mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Die Photokatalyse ist eine heterogene Katalyse, bei der gasförmige oder gelöste Stoffe unter UV-Licht durch radikalische Reaktion oder Übertragung von Ladungsträgern auf Titandioxid oder andere Stoffe reagieren. Die Beleuchtung mit UV-Licht, dessen Energie größer als die Bandlücke ist, oder die weniger effiziente Anregung durch die Verunreinigungen eines Dotierstoffs erzeugt freie Ladungsträger, Elektronen im Leitungsband und Löcher im Valenzband. Diese Ladungsträgerpaare rekombinieren in der Regel sehr schnell, jedoch kann die Biegung des Bandes im Bereich der Oberfläche zur Trennung von Ladungsträgern führen. Diese reagieren üblicherweise mit adsorbiertem Sauerstoff und Wasser unter Bildung von Hydroxyl- und Peroxyradikalen. Außer beim direkten Ladungstransfer auf Adsorbate reagieren die Radikale in der Regel mit adsorbierten organischen Substanzen. Die Reaktionswege zur vollständigen Mineralisierung können sehr komplex sein und viele Photonenanregungen erfordern.

Für den Außeneinsatz, beispielsweise die photokatalytische Selbstreinigung, wird im Allgemeinen der UV-Anteil des Sonnenlichts ASTM 1,5 von etwa 3 % verwendet, maximal etwa 35 W/m2. Indoor-Anwendungen sind meist ungünstiger, zum einen ist der UV-Anteil sehr gering bzw. die Reaktionsgeschwindigkeit bei dotierten Katalysatoren gering. Die Parameter in der Photokatalyse sind unterschiedlich definierte Quantenausbeuten. Typische Werte können kaum angegeben werden, da sehr viele Parameter in die Katalyse eingehen. Üblicherweise werden Größenordnungen von 1 Reaktion pro 1000 Photonen angegeben. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die photokatalytischen Reaktionen nicht zwischen der organischen Bindemittelmatrix und den Schadstoffen unterscheiden. Ungeeignete Bindemittelsysteme neigen daher frühzeitig zum Auskreiden.

Andere Verwendungen

Bei der Herstellung spezieller optischer Gläser wird TiO2 zur Beeinflussung der optischen Dispersion, der Abbe-Zahl, verwendet. Titandioxid in der Anatas-Modifikation ist der Hauptbestandteil der Katalysatoren für die industrielle Rauchgasentstickung nach dem SCR-Verfahren. Die Farbstoffsolarzelle (Grätzelzelle) basiert auf den Halbleitereigenschaften von Titandioxid. Memristoren wurden unter Verwendung von Titandioxid hergestellt. Titandioxid wird auch als Hauptbestandteil des keramischen Dielektrikums in Keramikkondensatoren der Klasse 1. Synthetische Rutil-Einkristalle werden für optische Prismen oder als Diamantimitationen wegen ihrer optischen Eigenschaften verwendet. Durch die Doppelbrechung sind die Nachahmungen leicht zu erkennen. Darüber hinaus wird Titandioxid zur Herstellung von Testaerosolen verwendet.

Technische Eigenschaften

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