納米鈦白粉，亦稱納米二氧化鈦。從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下的二氧化鈦，其外觀為白色疏鬆粉末。具有抗紫外線、抗菌、自潔淨、抗老化功效，可用於化妝品、功能纖維、塑膠、油墨，塗料、油漆，精細陶瓷，抗菌材料等領域。
基本介紹
- 中文名：納米鈦白粉
- 俗稱：納米二氧化鈦
- 作用：抗紫外線、抗菌、自潔淨
- 用途：化妝品、功能纖維、塑膠、油墨
分類,主要技術指標,套用特性,主要套用方面,化妝品,抗菌劑,主要製備方法,氣相法製備,液相法製備,沉澱法,固相法合成,毒性,前景,
分類
一.按照晶型可分為:金紅石型納米鈦白粉和銳鈦型納米鈦白粉。
二.按照其表面特性可分為:親水性納米鈦白粉和親油性納米鈦白粉。
主要技術指標
以下指標並非指的是某一公司產品指標，而且市場上常見的，故有些數據並不能套在某一產品上。
技術數據 | 金紅石型納米級鈦白粉 | 銳鈦型納米級鈦白粉 |
性狀 | 白色粉末 | 白色粉末 |
晶型 | 金紅石型 | 銳鈦型 |
金紅石含量% | 99 | -- |
粒徑(nm) | 20-50 | 15-50 |
乾燥減量% | 1 | 1 |
灼燒減量% | 10-25 | 10 |
表面特性 | 親水性或親油性 | 親水性或親油性 |
PH | 6.5-8.5 | 6.5-8.5 |
比表面積（m2/g) | 80-200 | 80-200 |
重金屬（以Pb計）% | 0.0015 | 0.0015 |
砷（As) W% | 0.0008 | 0.0008 |
鉛（Pb) W% | 0.0005 | 0.0005 |
汞（Hg) W% | 0.0001 | 0.0001 |
套用特性
1. 納米鈦白粉粒徑均勻，分散性好；光催化效果強。
2. 納米鈦白粉無毒，具有很強的光催化、禁止紫外線能力和優異的透明性，作為一種新型材料已廣泛套用於化妝品、防曬等產品中；
3. 納米鈦白粉套用於塑膠、橡膠和功能纖維產品，它能提高產品的抗老化能力、抗粉化能力、耐候性和產品的強度，同時保持產品的顏色光澤，延長產品的使用期；
4. 納米鈦白粉套用於油墨、塗料、紡織，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能；
5. 親油性納米鈦白粉, 能很好地分散在有機溶劑和塑膠樹脂中；
6. 納米鈦白粉用於造紙工業中，能提高易列印性和不滲透性；
7. 也可以套用於冶金和航天工業.
主要套用方面
化妝品
任何二氧化鈦都具有一定的吸收紫外線功能，及優異的化學穩定性、熱穩定性、無毒性等性能。超細二氧化鈦由於粒徑更小（呈透明狀）、活性更大，因此吸收紫外線的能力更強，此外，如消色力、遮蓋力、清晰的色調、較低的磨蝕性和良好的易分散性，決定了二氧化鈦是化裝品中套用最廣的無機原料。二氧化鈦在化妝品行業世界年消費量80年代估計在3500t—4000t，當前估計在5000t以上10000t以下。根據其在化妝品中的功能不同，可選用不同品質的二氧化鈦。
利用鈦白的白度和不透明度這兩種性能，可使化妝品的顏色範圍很寬廣，鈦白作為一種白色添加劑時，主要用銳鈦型鈦白，但考慮到遮蓋力和耐曬時，還是應採用金紅石型鈦白為好。
化妝品用的鈦白，純度要求高，對有害雜質的含量要求甚嚴。例如：歐共體食品添加劑法規（它適用於化妝品） 規定，化妝品用鈦白的酸溶性物< 0.35%,As<5×10-6,Pb< 20×10-6,Sb< 100×10-6,Cu< 100×10-6,Cr< 100×10-6,Zn< 50×10-6 ,BaSO4< 5×10-6,（Sb+ Cu+ Cr+Zn+ BaSO4）< 200×10-6,Hg檢測不出來。
美國食品藥物管理局（FDA）的食品、藥物和化妝品等條例規定，用作化妝品的二氧化鈦，作為分散助劑的SiO4和/或Ai2O3總量，不能超過2%，Pb<10×10-6, As<1×10-6, Sb< 2×10-6, Hg< 1×10-6。另外，在105℃下乾燥3h後於800℃下灼燒減量不大於 0.5%。水溶物含量不能大於0.3%，在105℃下乾燥後3h後的二氧化鈦含量，不少於99.0%，平均粒徑小於1μm。
納米鈦白粉，呈透明狀，因此在阻擋紫外線、透過可見光以及安全性方面具有一般化妝品原料所不具備的許多優良特性和功能。
納米鈦白粉既能散射紫外線（波長200nm—400nm）,又能吸收紫外線，故其禁止紫外線的能力極強，可作為優良的防曬劑，，用於製造防曬系列化妝品。
由於納米鈦白粉呈透明狀，可用來製造透明的護膚霜，這種護膚霜膏體細膩，具有自然肌膚感覺，當前在日本等國非常流行。
抗菌劑
當前，納米鈦白粉以其優異的抗菌性能成為開發研究的熱點之一。納米TiO2廣泛套用於抗菌水處理裝置、食品包裝、衛生日用品（抗菌地磚、抗菌陶瓷衛生設施等）、化妝品、紡織品、抗菌性餐具和切菜板、抗菌地毯，以及建築用抗菌砂漿、抗菌塗料和抗菌不鏽鋼板、鋁板等製作的電冰櫃、醫用敷料及醫用設備等耐用的消費品。
1、納米鈦白粉抗菌劑的性能特點
大多數抗菌是有機物質，它們廣泛用於食品、洗滌劑、紡織品及化妝品中。但它們存在著耐熱性差、易揮發、易分解產生有害物、安全性較差等缺點。為此人們積極開發研究了一些無機抗菌劑，超微細TiO2就是其中之一。由於抗菌劑在產品中需達到一定的用量，故選擇抗菌劑必須遵循下列原則：
（1）對人體是安全無毒的，對皮膚沒有刺激性；
（2）抗菌能力強，抗菌範圍廣；
（3）無臭味、怪味，外觀顏色要淺，氣味要小；
（4）熱穩定性要好，高溫下不變色、不分解、不揮發、不變質等；
（5）價格便宜，來源容易等。
超微細鈦白粉為無機成分，無毒、無味、無刺激性，熱穩定性與耐熱性好，不燃燒，且自身為白色，完全符合上述原則。
2、國內外研究與套用事例
利用納米鈦白粉作抗菌材料的套用領域越來越廣泛，以下僅舉一些重要的例子加以說明。
（1）農用抗菌劑
日本開發了商品名為ァリン 的新型無機殺菌劑。其主要成分為SiO2 、TiO2和銀、銅離子。
（2）衛生陶瓷潔具
日本當前開發出用TiO2被履的抗菌陶瓷用品。其製造工藝是先將TiO2加水製成漿料塗在陶瓷表面上，高溫鍛燒即得到了1μm厚的光催化TiO2薄膜產品。在光照射下，就能完全殺死其表面的細菌。為了在微弱光下亦有抗菌性，可在TiO2漿料中加銀、銅離子化合物。
（3）水處理
污水處理要把水中的有害物質、懸浮物、泥沙、細菌、病毒、異味、色素等污染物從水中去除。傳統水處理方法占地大，投資高，耗電大，效率低，運行費用高，並且還有二次污染，所以污水處理問題一直得不到理想解決，納米科技的發展和套用解決了這一難題。
納米二氧化鈦催化可直接利用太陽光、紫外光、徹底分解有機或無機的有毒污染物，通過納米粒子的光催化作用，可以完全礦化、氧化成無害的CO2，H2O無二次污染，經我們對造紙廠、印刷廠、酒精廠、化工廠、食品廠、生物製藥廠、農藥廠等污水的降解處理結果顯示，60分鐘COD的降解率達90%以上，完全可以達到C0D低於100以下的國家污水排放標準。
納米技術對氮氧化合物的降解和污水中有機物的降解都已顯示出巨大的威力，甚至是其他傳統技術難以替代的，納米二氧化鈦對污水處理無殘留，殺菌面廣，效力強，無腐蝕，無刺激，無毒，不受有機污物，水質硬軟，PH、溫度等影響，而且是長效的。
美國德克薩斯大學研究人員利用TiO2和太陽光進行滅菌。他們將大腸桿菌和TiO2混合液在大於380nm的光線照射下，發現大腸桿菌以一級反應動力學方程被迅速殺死。這種技術有可能成為當前用氯化方法水處理的代用技術。
（4）新型抗菌螢光燈
日立製作新開發了具有抗菌作用的新型螢光燈，並於1997年商品化。這種燈壽命長，節省能量，套用前景廣闊。該燈表面塗上了光催化殺菌劑TiO2，能分解燈表面的油漬、空氣中的菌類異臭等。
（5）空氣淨化技術
1996年大金公司開發了新型空氣淨化除臭機，該機具有抗菌除臭的能力，同年10月開始出售。與原產品相比，價格約高出10%，抗菌效率提高10%，達到99.9%。除臭能力為產品的13倍，為活性炭的130倍。
日本石原公司與豐田汽車公司和Equos研究公司聯合開發成功利用TiO2光催化反應高效率地除掉空氣中的有害成份如NOx、甲醛等。此項新技術是在TiO2中添加特殊的氧化助催化劑。其淨化能力約為現有TiO2的3倍。
主要製備方法
當前，製備納米鈦白粉的方法很多，基本上可歸納為物理法和化學法。物理法又稱為機械粉碎法，對粉碎設備要求很高；化學法又可分為氣相法（CVD）、液相法和固相法。
氣相法製備
物理氣相沉積法
物理氣相沉積法（PVD）是利用電弧、高頻或電漿等高穩熱源將原料加熱，使之氣化或形成電漿，然後驟冷使之凝聚成納米粒子。其中以真空蒸發法最為常用。粒子的粒徑大小及分布可以通過改變氣體壓力和加熱溫度進行控制。該法同時可採用於單一氧化物、複合氧化物、碳化物以及金屬粉的製備。
化學氣相沉積法
化學氣相沉積法（CVD）利用揮發性金屬化合物的蒸氣通過化學反應生成所需化合物，該法製備的納米TiO2粒度細，化學活性高，粒子呈球形，單分散性好，可見光透過性好，吸收禁止紫外線能力強。該過程易於放大，實現連續化生產，但一次性投資大，同時需要解決粉體的收集和存放問題。
CVD法又可分為氣相氧化法、氣相合成法、氣相熱解法和氣相氫火焰法。
液相法製備
液相法是選擇可溶於水或有機溶劑的金屬鹽類，使其溶解，並以離子或分子狀態混合均勻，再選擇一種合適的沉澱劑或採用蒸法、結晶、升華、水解等過程，將金屬離子均勻沉積或結晶出來，再經脫水或熱分解製得粉體。它又可分為膠溶法、溶膠-凝膠法和沉積法。其中沉積法又可分為直接沉積法和均勻沉積法。
以硫酸氧鈦為原料
加酸使其形成溶膠，經表面活性劑處理，得到漿狀膠粒，熱處理得到納米TiO2粒子。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法（簡稱S—G法），是以有機或無機鹽為原料，在有機介質中進行水解、縮聚反應，使溶液經溶膠-凝膠化過程得到凝膠，凝膠經加熱（或冷凍）乾燥、鍛燒得到產品。該法得到的粉末均勻，分散性好，純度高，煅燒溫度低，反應易控制，副反應少，工藝操作簡單，但原料成本較高。
沉澱法
A、直接沉澱法
其反應機量為：
TiOSO4+2NH3·H2O → TiO(OH)2↓ + (NH4)2 SO4
TiO(OH)2 → TiO2(s)+H2O
該法操作簡單易行，產品成本較低，對設備、技術要求不太苛刻，但沉澱洗滌困難，產品中易引入雜質，而且粒子分布較寬。
B、均勻沉澱法
均勻沉澱法是利用某一化學反應使溶液中的構晶離子由溶液中緩慢均勻地釋放出來，在該法中，加入沉液劑（如尿素），不立刻與被沉澱物質發生反應，而是通過化學反應使沉澱劑在整個溶液中緩慢生成。該法得到的產品顆粒均勻、緻密，便於過濾洗滌，是當前工業化看好的一種方法。
固相法合成
固相法合成納米鈦白粉是利用固態物料熱分解或固-固反應進行的。它包括氧化還原法、熱解法和反應法。在此介紹常用的偏鈦酸熱解法製備納米TiO2。該法製得的納米 TiO2 粒徑分布較寬，工藝簡單，操作易行，可批量生成。
毒性
美國科學家綜合研究後得出結論，在日常生活中隨處可見的二氧化鈦（TiO2）納米粒子，會造成小鼠全身性遺傳損傷。該發現再次引起了對納米粒子安全性的關注。相關研究成果發表在當前的《癌症研究》雜誌上。
過去，二氧化鈦納米粒子被視為是無毒的，因為它們不會激起化學反應。但美國加州大學洛杉磯分校強森綜合癌症研究中心病理學、放射腫瘤學和環境衛生科學教授羅伯特·席斯特爾的研究表明，二氧化鈦納米粒子一旦進入體內，會在不同器官中累積，導致單鏈和雙鏈DNA斷裂，並造成染色體損傷以及炎症，從而增加患上癌症的風險。
研究人員給實驗小鼠的飲用水中加入了二氧化鈦納米粒子，在飲用這種水後的第五天，小鼠體內便呈現出遺傳損傷。
席斯特爾指出，鈦本身具有化學惰性，但當粒子變得越來越小後，反過來其表面相應會變得越來越大，粒子表面與環境間相互作用，會引發氧化應激反應。這些粒子太小，可以到達身體的任何部位，甚至可以穿過細胞，並干擾亞細胞機制，而身體卻沒有辦法來消除它們。
這是一種新型的毒性機制，亦是一種物理化學反應。“可能某些自發性癌症就與暴露在這些粒子之中有關。”席斯特爾說，“對於這些納米粒子，有些人會比其他人更敏感。我認為人們對這些納米粒子的毒性研究還不充分。”
席斯特爾稱，研究首次顯示了納米粒子具有如此效果。他說：“這是第一個關於二氧化鈦納米粒子引發的遺傳毒性的全面研究，這種遺傳毒性可能由與發炎或氧化應激相關的次級機制引發的。目前這些納米顆粒的套用在逐漸擴大，此類發現引起了對於其潛在健康危害的關注。”
席斯特爾指出，二氧化鈦納米粒子的製造是一個龐大的產業，年產量大約200萬噸。不僅在油漆、化妝品、防曬油和維生素中含有這種粒子，在牙膏、食用色素、營養品以及其他數百種個人護理產品中都可以找到它的身影。席斯特爾建議人們使用乳液防曬油，因為納米粒子不能通過皮膚，而噴霧防曬產品可能被吸入體內，使得納米粒子在肺部聚積。
接下來，席斯特爾和他的小組將繼續研究，分析有DNA修復缺陷的老鼠暴露在這種納米粒子環境下的狀況，希望能找到一種方法來預測哪些人會對這類納米粒子特別敏感。
前景
納米鈦白粉是具有禁止紫外線功能和產生顏色效應的一種透明物質。由於它透明性和防紫外線功能的高度統一，使得它一經問世，便在防曬護膚、塑膠薄膜製品、木器保護、透明耐用面漆、精細陶瓷等多方面獲得了廣泛套用。特別是在80年代末期，這種能產生誘人的“隨角異色”效應的效應顏料被成功地用於豪華型高級轎車面漆之後，引起了世界範圍的普遍關注，已開發國家如美、日、歐等國對此研究工作十分活躍，相繼投入了大量人力、物力，並制訂了長遠規劃，在國際市場競爭激烈迄今，他們已取得許多令人驚異的成果，並已形成高技術納米材料產業，生產這種附加值極高的高功能精細無機材料，收到良好的經濟效益和社會效益，納米氧化物材料也正成為我國產業界關注的熱點。
隨著納米材料研究的深入，納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注，這意味著納米材料的研究已可以按照人們的意願設計、組裝、創造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性，技術上的飛躍，為納米材料的套用進一步打開市場的大門，在廣泛的領域形成了一大批高技術產品。如信息與通訊方面的磁性存儲器、光學存儲器、液晶顯示、光學方面的功能性薄膜；電子方面的原件開發，能源方面的太陽能電源，熱敏絕緣體，測量與控制技術方面的感測器；陶瓷方面的結構陶瓷，功能陶瓷以及其他方面的抗老化橡膠、功能油漆、光催化降解劑、保潔抗菌材料、超高磁能衡土水磁體等。在納米材料的市場增長中，o維-3維結構技術，超精度加工技術，超薄膜生產技術，橫向結構技術所製造的產品最具市場增長潛力。
有關研究還表明，在今後10年中，納米材料的市場套用開發的速度還會加快，因為工業國家納米材料領域的專利自1993年以來一直以每年20%以上的速度遞增。資料表明，西方工業國家在納米材料及相關領域的科研經費投入每年達4億美元左右。國際上在此領域競爭日趨激烈。
