이산화 타이타늄

이산화 타이타늄(titanium dioxide)은 이산화 티타늄 또는 이산화 티탄이라고도 불리며, 화학식은 TiO2이다. 전이금속인 타이타늄 원자 하나와 산소 원자 2개가 결합된 분자로서 분자량은 79.866g/mol이며, 무미무취의 흰색 가루이다. 타이타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 이산화 타이타늄 피막을 형성한다.

성질 
 산화력이 매우 크다.
 은폐력이 커서 거의 모든 용매에 녹지 않는다.
 굴절률이 매우 큰 이방성을 나타내고 산란성도 크다.
 매우 안정한 물질이다.
 비독성이다.
 보통 생물학적으로 반응을 하지 않아 환경 및 인체에 무해하다고 이야기하나 후속 연구에 따르면 인체에 암을 유발할 가능성이 있다고 하며 발암 가능물질군에 속한다.
 이산화 타이타늄이 20nm정도로 작은 크기일 때 내피세포누출을 유도하는 메커니즘 일부 발표되었다
 판타이타늄석(brookite), 예추석(anatase), 금홍석(rutile)의 동질다상 형태로 존재한다.
 산화력이 커서 항균 작용이 크고, 악취제거 및 살균작용이 있다.
 절연체이다.

일반적 쓰임 
 자외선 차단제 및 화장품 등으로 쓰인다.
 흰색의 도료로서 널리 쓰인다.(물감, 유약, 잉크, 수정액, 페인트 등)
 산화력이 커 광촉매로 사용된다.

 상을 선명하게 하여 식품첨가제로 쓰인다.
 항균제, 악취제거 및 살균제로 쓰인다.
 반도체 물질 및 태양전지 셀 및 코팅 물질로 쓰인다.

제조 
현재 공업적으로 제조되고 있는 이산화 타이타늄의 양은 세계적으로 연간 약 300만톤이다. 생산되는 이산화 타이타늄은 여러 용도로 쓰인다. 이 중에서 백색 도료로서 사용되는 양이 전체 이산화 타이타늄 사용량의 약 90%를 차지한다. 공업적으로 이산화 타이타늄을 제조하는 방법은 크게 황산법과 염소법 2가지로 나뉜다.

황산법 
TiOSO4의 수용액을 열가수분해해서 얻어진 침전물인 예추석형의 TiO2 미립자를 800~1000 °C로 소성하여 성장시킨 후 원하는 크기의 TiO2를 얻는 방법이다. 소성공정의 종자 첨가 조절에 의해 예추석형, 금홍석형 등의 원하는 결정을 제조할 수 있다. (위의 성질 문단 참고)

염소법 
TiCl4의 가열증기를 가열산소와 반응시켜 고온 기상에서 TiO2입자를 형성시키는 방법이다.
황산법과는 다르게 금홍석형만이 제조된다.

그 외의 제조법 
이산화 타이타늄 박막을 제조하는 공법으로서 CVD공법(Chemical Vapor Deposition)이나, 졸겔법, 양극산화법(Anodization) 등의 제조법이 있다.

광촉매로서의 적합성 
광촉매로서 쓰이기 위해서는 우선 안정해야 하며, 빛을 흡수하여 다른 물질을 산화시키는 능력이 뛰어나야 한다. 이산화 타이타늄은 이러한 면에 있어서 뛰어난 적합성을 보여주는데, 더욱이 생물체에 영향을 주지 않는 무독성이 큰 장점을 작용한다(이에 한 연구에서 암을 유발할 수도 있다는 것도 밝혀짐)는 3.0~3.2eV로 상대적으로 큰 편이기 때문에 자외선(u.v;ultraviolet wave)영역의 빛을 흡수하여 광촉매 역할을 수행한다. 특히, 385nm 파장의 빛을 이용한다. 하지만 다른 염료나 색상을 띠는 유기물과 섞여 광촉매 역할을 수행하면 가시광선(visible light)영역의 빛으로도 광촉매 역할을 수행할 수 있다.

참고 문헌 

 고활성 미분체 TiO2 광촉매계의 제조 및 응용성 개발(최종 보고서), 1999, 산업 자원부.
 분자수준화학 응용기술 개발사업; 티탄 산화물소재 연구, 1998, 한국화학연구소, 과학 기술부
 KISTI <글로벌동향브리핑(GTB)> 2009.11.17일자 <<티타늄 독성의 새로운 기작 밝혀져>>에서 URL: <<http://mirian.kisti.re.kr/gtb_trend/class_gtb/class_gtb_v.jsp>> 2009.12.14발췌
 A mixture of anatase and rutile TiO2 nanoparticles induces histamine secretion in mast cells

각주 

 산화물
 타이타늄   화합물
 부형제
 IARC   2B등급 발암 물질
 식품   착색제

전이 금속 산화물
타이타늄(IV) 화합물
부형제
IARC 2B군 발암 물질
식품 착색제
자외선 차단제