Диоксид титана - совершенный белый пигмент. Часть 1

Большинство производимых человеком материалов, имеющих белый или светлый цвет, содержат на своей поверхности белые пигменты: дома внутри и снаружи, промышленные объекты, пластмассы, стекла, резины, печатные поверхности, автомобили, многие бумажные изделия и даже некоторые виды пищи. Только некоторые сорта бумаги и текстиля могут быть белыми без пигментов.
В подавляющем большинстве случаев именно пигменты диоксида титана (TiO2) обеспечивают  белизну и светлоту. Использование полых пигментов для этих целей является ограниченным. Классические белые пигменты - литопон, сульфид цинка и белые соединения свинца - практически исчезли из коммерческого оборота, будучи вытесненными диоксидом титана. Это связано с тем, что TiO2-пигменты более эффективны в качестве пигментов, существенно дешевле и являются нетоксичными. Оксид цинка по прежнему используется в некоторых красках, однако не как белый пигмент, а как противогрибковая добавка.
Основная масса пигментов TiO2  производится крупными компаниями,  представленными на рынке глобально. Эти продукты продаются для различных применений, однако более половины всех белых пигментов TiO2 идет на изготовление различных лакокрасочных материалов. Во многих красках диоксид титана - самый дорогостоящий ингредиент. Выбор "правильной" марки пигмента - важная задача для производителя красок.
Серия статей "Диоксид титана - совершенный белый пигмент" познакомит производителей покрытий с белыми пигментами диоксида титана и поможет им понять, какие важные характеристики следует учитывать, чтобы сделать правильный выбор марки пигмента для требуемого применения. Здесь будут показаны различия между свойствами, характерисзующими пигмент сам по себе, и свойствами пигментного покрытия, т.е. композиции пигмент-связующее в лакокрасочной дисперсионной системе.


Рынок


Современный рынок белых пигментов сформирован за счет исключительно пигментов диоксида титана. В мировом масштабе ежегодно производится  пять миллонов тонн диоксида титана на сумму 10 миллиардов долларов США. ~64% мирового производства диоксида титана производится пятью крупнейшими мультинациональными производителями: DuPont, Cristal (включая заводы купленного им Millennium), Tronox, Huntsman, Kronos. Далее,  около 8% рынка делят поровну между собой японская компания Ishihara и немецко-финское  совместное предприятие Sachtleben (объединение немецкого Sachtleben и финской Kemira).  Все эти компании можно отнести к топ-классу. 
Еще ~6% рынка делят между собой несколько средних размеров компаний с производственными мощностями от 45 до 60 тыс.т/год и обеспечивающие в основном региональные потребности в диоксиде титана. Эти компании можно отнести к первому классу.
Около 5% рынка представляют несколько производителей, качественные характеристики продукции которых относят их ко второму и третьему классам производителей.
И, наконец, принято выделять в отдельную группу Китайских производителей TiO2. Их общая доля в рынке составляет около 17%. Еще в 1990-е все китайские производители относились к самому низшему классу из четырех (топ, 1,2,3) - третьему. Однако развитие производств диоксида титана в Китае в последние 10 лет  изменило этот расклад. Сегодня среди китайских компаний есть и те, продукцию которых можно отнести ко второму и даже первому классам (более детально о доле различных компаний в мировом производстве TiO2 смотрите диаграмму "Мощности мировых производителей диоксида титана").
В США и других развитых странах 50% всего пигментного диоксида титана используется в производстве лакокрасочных покрытий, 25% - в производстве бумаги и 15% - в производстве пластиков. Для всех остальных применений, пигментарных (печатные краски, половые покрытия, кровельные гранулы, волокна, ткани, герметизирующие составы, пищевые пигменты и т.п.) и непигментарных (керамика, сварочные электроды),  используется оставшиеся 10%. В менее развитых странах, например, в Украине и России, основная часть диоксида титана идет в производство лакокрасочных покрытий и пластиков.
Потребление диоксида титана на душу населения в той или иной стране взаимосвязано с удельным внутренним валовым продуктом данной страны на душу населения.  Например, по данным 2005 г., эта взаимосвязь выглядела так:


США 4,1 кг/чел. TiO2 на 42 000$ ВВП/чел.
Германия 3,7 кг/чел. TiO2 на 33 000$ ВВП/чел.
Польша 1,2 кг/чел. TiO2 на 8 000$ ВВП/чел.
Россия 0,4 кг/чел. TiO2 на 5 400$ ВВП/чел.
Чехия 0,7 кг/чел. TiO2 на 12 000$ ВВП/чел.
Турция 1,1 кг/чел. TiO2 на 5 000$ ВВП/чел.
Китай 0,6 кг/чел. TiO2 на 1 700$ ВВП/чел.
Франция 2,7 кг/чел. TiO2 на 33 000$ ВВП/чел.
Индия 0,1 кг/чел. TiO2 на 700$ ВВП/чел.
ЮАР 0,8 кг/чел. TiO2 на 5 400$ ВВП/чел.
Япония 1,7 кг/чел. TiO2 на 36 000$ ВВП/чел.
Юж. Корея 2,7 кг/чел. TiO2 на 17 000 ВВП/чел.
Финляндия 4,2 кг/чел. TiO2 на 37 000$ ВВП/чел.
Норвегия 3,5 кг/чел. TiO2 на 66 000$ ВВП/чел.
Мексика 0,6 кг/чел. TiO2 на 7 200$ ВВП/чел.
Канада 2,9 кг/чел. TiO2 на 33 000$ ВВП/чел.


В целом, несмотря на некоторые колебания, связь между удельным потреблением TiO2 и удельным ВВП наблюдается очевидно.


(продолжение следует)

Введение. Для чего создан этот блог

Целью создания этого блога является рассмотрение вопросов, связанных с производством и применением диоксида титана как ключевого пигмента для большинства пигментированных систем (лакокрасочные покрытия, пластики, бумага), а также других пигментов. Кроме того, здесь будут рассматриваться вопросы, связанные с физико-химическими особенностями маленьких частиц, например, диоксида титана, но не только его, способами их получения и направлениями применения в различных сферах человеческой деятельности.

Когда мы говорим о «маленьких частицах», мы имеем в виду частицы достаточно широкого диапазона размеров, являющиеся обычно предметом рассмотрения такой классической научной дисциплины как коллоидная химия. Это как тонкодисперсные частицы с размерами обычно 150-10000 нм (или даже более), так и частицы наноразмерного масштаба (наночастицы), обычно определяемые как объекты, имеющие размеры менее 100 нм. Последние особенно интересны тем, что за счет большой удельной поверхности они проявляют новые, порой неожиданные свойства в сравнении с частицами того же материала, но более крупного размера. 

Параллельно с этим русскоязычным блогом запущен англоязычный блог Titanium dioxide. Однако это не полностью зеркальные разноязычные версии, повторяющие одна другую. Конечно, некоторые материалы будут размещаться как в русской версии блога, так и в английской, но некоторые будут размещены лишь в одном из них. Таким образом, определенная информация сможет быть найдена лишь в одном из блогов. В каждом из блогов есть ссылка на блог на другом языке, таким образом, читатели при желании смогут перейти по ней с русского блога в английский и наоборот.