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이산화 타이타늄

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목차

1. 개요

이산화 타이타늄(TiO₂)은 산화력이 크고 은폐력이 뛰어나 거의 모든 용매에 녹지 않는 물질이다. 판타이타늄석, 예추석, 금홍석의 세 가지 동질이상 형태로 존재하며, 광촉매, 안료, 자외선 차단제 등 다양한 산업 분야에 사용된다. 특히 흰색 안료로 널리 사용되며, 페인트, 플라스틱, 식품 첨가물 등에 활용된다. 이산화 타이타늄 분진 흡입 시 발암 가능성이 제기되어, 유럽 연합에서는 식품 첨가물 사용을 금지하고 있다.

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이산화 타이타늄 - [화학 물질]에 관한 문서
명칭
IUPAC 명칭이산화 타이타늄
다른 이름티타니아
금홍석
아나타제
판티타늄석
산화 타이타늄(IV)
식별 정보
CAS 등록번호13463-67-7
RTECS 번호XR2775000
KEGGC13409
ChemSpider ID24256
UNII15FIX9V2JP
ChEMBL1201136
InChI1/2O.Ti/rO2Ti/c1-3-2
InChIKeyGWEVSGVZZGPLCZ-TYTSCOISAW
ChEBI32234
SMILESO=[Ti]=O
표준 InChI1S/2O.Ti
표준 InChIKeyGWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N
PubChem CID26042
물리화학적 성질
분자식TiO₂
몰 질량79.866 g/mol
외형흰색 고체
냄새무취
밀도4.23 g/cm³ (금홍석)
3.78 g/cm³ (아나타제)
녹는점1843 °C
끓는점2972 °C
용해도불용성
밴드갭3.21 eV (아나타제)
3.15 eV (금홍석)
굴절률2.488 (아나타제)
2.583 (판티타늄석)
2.609 (금홍석)
자기 감수율+5.9·10⁻⁶ cm³/mol
열화학
표준 생성 엔탈피-945 kJ·mol⁻¹
엔트로피50 J·mol⁻¹·K⁻¹
위험성
외부 MSDSICSC 0338
NFPA 704건강: 1
화재: 0
반응성: 0
인화점가연성 없음
즉시 생명 및 건강에 위험한 농도 (IDLH)Ca [5000 mg/m³]
권장 노출 기준 (REL)Ca
허용 노출 기준 (PEL)TWA 15 mg/m³
관련 화합물
다른 음이온해당 없음
다른 양이온이산화 지르코늄
이산화 하프늄
다른 작용기산화 타이타늄(II)
산화 타이타늄(III)
산화 타이타늄(III,IV)
다른 작용기 설명타이타늄 산화물
관련 화합물티탄산
추가 정보
산화 타이타늄(IV)
산화 타이타늄(IV)
금홍석 단위 세포
금홍석의 단위 세포

2. 성질

이산화 타이타늄은 물리적 성질과 화학적 성질을 모두 가지고 있다. 주요 특징으로는 높은 산화력과 은폐력, 그리고 안정성을 들 수 있다.

2. 1. 물리적 성질

높은 산화력을 가지며, 은폐력이 커서 대부분의 용매에 녹지 않는다. 높은 굴절률과 이방성을 가지며, 빛을 산란시키는 성질이 강하다. 화학적으로 매우 안정적이다.[114] 절연체이다.

일반적으로 독성이 없는 것으로 알려져 있지만, 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 발암 가능 물질(그룹 2B)로 분류하고 있으며, WHO 논문에 따르면 인간에 대한 발암성 증거는 불충분하고 동물실험에서만 확인되었다.[114] 20nm 정도의 작은 크기에서는 내피세포누출을 유도하는 메커니즘이 일부 보고되었다.

판타이타늄석(brookite), 예추석(anatase), 금홍석(rutile)의 세 가지 동질이상 형태로 존재한다.

이산화 타이타늄은 자연에서 발견되는 형태와 고압에서 생성되는 형태 등 다양한 다형체(polymorph)를 가진다. 주요 다형체들은 아래 표와 같다.

형태결정계합성
금홍석정방정계
예휘석정방정계
브루카이트사방정계
TiO2(B)[15]단사정계K2Ti4O9의 가수분해 후 가열
TiO2(H), 홀랜드광 유사 형태[16]정방정계관련 칼륨 티탄산 브론즈, K0.25TiO2의 산화
TiO2(R), 램스델라이트 유사 형태[17]사방정계관련 리튬 티탄산 브론즈 Li0.5TiO2의 산화
TiO2(II)-(α-PbO2 유사 형태)[18]사방정계
아카오기광 (바델레광 유사 형태, 7배위 Ti)[19]단사정계
TiO2 -OI[20]사방정계
입방정계 형태[21]입방정계P > 40 GPa, T > 1600 °C
TiO2 -OII, 코투나이트(PbCl2) 유사[22]사방정계P > 40 GPa, T > 700 °C


2. 2. 화학적 성질

불산, 뜨거운 농황산, 용융 알칼리 염에는 녹지만, 그 외의 산, 알칼리, 물, 유기 용제에는 녹지 않는다.[114] 산화력이 커서 항균 작용이 크고, 악취 제거 및 살균 작용이 있다.

아나타제형의 밴드갭은 3.2 eV이며, 387 nm(자외선)보다 짧은 파장의 빛을 흡수하면 가전자대의 전자가 전도대로 여기되어, 자유 전자와 정공을 생성한다. 이것은 소위 광촉매이다. 일반적으로 자유 전자와 정공은 즉시 재결합하여 열로 변한다. 그러나 이 정공의 산화력은 매우 강하기 때문에, 이들 자유 전자와 정공이 예를 들어 물과 반응하면 활성 산소가 생성된다. 활성 산소종의 생성은 이산화 타이타늄에 초음파를 조사하여도 일어날 수 있다.

600℃ 이상에서는 수소 가스에 의해 부분적으로 환원되어 청색의 티타늄(III)이 섞인 산화물을 생성한다. 단, 산소에 닿으면 빠르게 이산화 타이타늄(IV)로 돌아간다. 이산화 타이타늄(IV)에 담지한 귀금속 촉매를 고온에서 수소 환원하면, SMSI(강한 금속 지지체 상호 작용)를 발생하기 쉽다. 900℃ 이상의 수소 중에서 환원한 경우에는, 짙은 청색으로 부정비 조성의 산화 티타늄 TiOx(x=1.85〜1.94)를 생성한다. 이 조성에서는 상온 상압에서 산소에 닿아도 안정하다. 부정비 조성의 산화 티타늄은 사방 정계의 결정 구조를 가지며, 열전 변환능을 나타낸다.

3. 구조

타이타늄은 주요 이산화물 세 가지(금홍석, 예추석, 브루카이트) 모두에서 6개의 산화물 음이온과 결합하여 팔면체 기하 구조를 나타낸다. 산화물은 차례로 3개의 Ti 중심과 결합한다. 금홍석과 예추석의 전체 결정 구조는 사방정계 대칭을 이루는 반면, 브루카이트는 사정계이다. 산소 하부 구조는 모두 최근접 충전의 약간의 왜곡을 보인다. 금홍석에서 산화물 음이온은 왜곡된 육방 조밀 충전으로 배열되는 반면, 예추석에서는 입방 조밀 충전에 가깝고 브루카이트에서는 "이중 육방 조밀 충전"에 가깝다. 금홍석 구조는 RuO2 및 ZnF2와 같이 다른 금속 이산화물 및 이플루오르화물에도 널리 퍼져 있다.

용융된 이산화 타이타늄은 각 Ti가 평균 약 5개의 산소 원자와 배위되는 국부 구조를 갖는다.[9] 이는 Ti가 6개의 산소 원자와 배위되는 결정 형태와는 다르다.

A ball-and-stick chemical model of an anatase crystal
예추석의 구조. 금홍석 및 브루카이트와 함께 TiO2의 세 가지 주요 동질이상 중 하나


이산화 타이타늄은 자연에서 금홍석과 예추석 광물로 존재한다. 또한, 단사정계 바델레광과 유사한 아카오기광과 사방정계 α-PbO2 구조에서 약간의 단사정계 왜곡을 가진 리사이트, 이렇게 두 가지 고압 형태가 광물로 알려져 있다. 이 두 가지 모두 바이에른주의 뇌르틀링겐 리스에서 발견될 수 있다.[11][12][13] 준안정상인 예추석과 브루카이트상은 특정 온도 이상으로 가열하면 평형 금홍석상으로 비가역적으로 변환된다.[14]

이산화 타이타늄은 금홍석, 예추석, 브루카이트, 아카오기광, 리사이트 외에도 12개의 다형체를 가지고 있으며, 3개의 준안정상이 합성적으로 생성될 수 있다. (단사정계, 정방정계, 사방정계 램스델라이트 유사) 또한 4개의 고압 형태(α-PbO2 유사, 코투나이트, 사방정계 OI 및 입방상)도 존재한다.

형태결정계합성
금홍석정방정계
예추석정방정계
브루카이트사방정계
TiO2(B)[15]단사정계K2Ti4O9의 가수분해 후 가열
TiO2(H), 홀랜드광 유사 형태[16]정방정계관련 칼륨 티탄산 브론즈, K0.25TiO2의 산화
TiO2(R), 램스델라이트 유사 형태[17]사방정계관련 리튬 티탄산 브론즈 Li0.5TiO2의 산화
TiO2(II)-(α-PbO2 유사 형태)[18]사방정계
아카오기광 (바델레광 유사 형태, 7배위 Ti)[19]단사정계
TiO2 -OI[20]사방정계
입방정계 형태[21]입방정계P > 40 GPa, T > 1600 °C
TiO2 -OII, 코투나이트(PbCl2) 유사[22]사방정계P > 40 GPa, T > 700 °C


4. 제조

현재 공업적으로 제조되는 이산화 타이타늄은 세계적으로 연간 약 300만 톤에 달한다. 이산화 타이타늄은 백색 도료로 가장 많이 사용되며, 전체 사용량의 약 90%를 차지한다. 이산화 타이타늄을 제조하는 방법은 크게 황산법과 염소법 두 가지로 나뉜다.

산업용 이산화 타이타늄 생산 주요 업체 - 2022


공정에 따른 이산화 타이타늄의 전 세계 생산량 변화


일메나이트에서 이산화 타이타늄 생산을 설명하는 관련 특허 패밀리, 2002–2021


이산화 타이타늄 생산에 상당한 특허 활동을 하는 학술 및 공공 기관, 2022


일메나이트 광석(FeTiO3)


주요 안료 가공업체는 베네이터(Venator), 크로노스|Kronos Internationalde, 트로녹스](Tronox)]이다.[27][28] 주요 페인트 및 코팅 회사로는

4. 1. 황산법

일메나이트 광석을 농황산에 용해시키고, 불순물인 철분을 황산철(FeSO4)로 분리하여 옥시황산 타이타늄(TiOSO4)을 만든다. 이를 가수분해하면 옥시수산화 타이타늄(TiO(OH)2)이 침전된다. 이 침전물을 세척, 건조, 소성하여 이산화 타이타늄을 얻는다. 황산법으로는 아나타제 형태를 생산하도록 조정할 수 있다. 아나타제는 더 부드러워 섬유 및 종이 용도로 사용된다. 황산법은 배치 공정으로 진행된다.[31]

4. 2. 염소법

서구권에서 주로 사용하는 방법이다. 루틸 광석을 코크스, 염소와 반응시켜 기체 상태의 사염화 타이타늄을 만든다. 기체 상태의 사염화 타이타늄을 냉각하여 액화시킨 후, 고온에서 산소와 반응시켜 염소 기체를 분리하고 이산화 타이타늄을 얻는다. 이 방법으로는 루틸형 결정 구조만 제조할 수 있다.

4. 3. 기타 제조법

이산화 타이타늄 박막 제조에는 (CVD), 졸겔법, 양극산화 등의 방법이 사용된다.[32]

5. 응용

이산화 타이타늄은 다양한 산업 분야에서 널리 활용된다.
안료 및 착색제: 이산화 타이타늄(titanium dioxide영어)은 특유의 밝기와 높은 굴절률 덕분에 가장 널리 사용되는 흰색 안료이다. 1916년 처음 대량 생산된 이후[36], 페인트, 코팅, 플라스틱, 종이, 잉크, 식품, 의약품, 치약 등 다양한 제품에 사용되고 있다. 특히 페인트에서는 "브릴리언트 화이트", "완벽한 화이트" 등으로 불리며 높은 품질을 인정받는다. 물감, 유약, 합성 섬유 용도 등의 안료로도 사용된다.
광촉매: 아나타제형 이산화 타이타늄은 광촉매 활성이 뛰어나 환경 정화 분야에 활용된다. 자외선을 흡수하여 생성된 활성 산소는 유해 물질과 세균을 분해하는 능력이 있어, 공기 정화, 수처리, 자가 세척 유리, 항균 코팅 등에 사용된다. 1967년 후지시마 아키라가 광촉매 특성을 발견하고[68] 1972년에 발표하였다.[67] 이산화 타이타늄 표면에서 일어나는 과정을 本多-藤嶋効果|혼다-후지시마 효과일본어라고 불렀다.[68]
기타 응용: 화장품 및 스킨 케어 제품에서 이산화 타이타늄은 안료, 자외선 차단제, 증점제 등으로 사용된다. 특히, 나노 크기의 이산화 타이타늄은 자외선 차단 효과가 뛰어나 자외선 차단제의 주요 성분으로 활용된다. 빛을 쬐면 전도성을 띠는 성질을 이용하여 오프셋 인쇄의 감광체로 사용되기도 하며, 고체 촉매의 담체, 세라믹 유약, 문신 안료, 지혈 펜슬 등에도 사용된다. 또한, 새턴 V 로켓 외부 도색에 사용되어 천문학자들이 J002E3의 정체를 밝히는 데 기여하기도 했다.[58] 이산화 타이타늄은 n형 반도체이며 염료 감응 태양 전지에 사용된다.[59] 또한 배터리의 전극과 같은 다른 전자 부품에도 사용된다.[60]

5. 1. 안료 및 착색제

이산화 타이타늄(titanium dioxide영어)은 밝기와 매우 높은 굴절률을 가져, 가장 널리 사용되는 흰색 안료이다. 1916년에 처음 대량 생산되었으며,[36] 다른 물질들이 따라올 수 없는 수준의 굴절률을 보인다(''굴절률 목록'' 참조). 이산화 타이타늄 결정 크기는 가시광선의 최대 반사를 위해 약 220nm(전자 현미경으로 측정)로 최적화되어 있다.[37]

TiO2는 분말 형태에서 흰색과 불투명도를 부여하는 효과적인 불투명화제이다. 페인트, 코팅, 플라스틱, 종이, 잉크, 식품, 식이 보조제, 약 (알약 및 정제), 치약 등에 안료로 사용된다. 2019년 프랑스에서 판매되는 치약의 2/3에 이산화 타이타늄이 포함되었다.[40] 페인트에서는 "브릴리언트 화이트", "완벽한 화이트", "가장 흰색" 등으로 불리기도 한다.

식품에서는 아이스크림, 초콜릿, 사탕, 크리머, 디저트, 마시멜로, 껌, 페이스트리, 스프레드, 드레싱, 케이크, 일부 치즈 및 기타 여러 식품에서 흔히 발견된다.[41]

가장 큰 이산화 타이타늄 안료 가공업체는 베네이터(Venator), 트로녹스](Tronox)]이다.[27][28] 안료 등급 이산화 타이타늄의 주요 페인트 및 코팅 회사 최종 사용 고객으로는

5. 2. 광촉매

아나타제형 이산화 타이타늄은 광촉매 활성이 높아 다양한 환경 정화 분야에 응용된다. 자외선을 흡수하여 생성된 활성 산소는 유해 물질, 세균 등을 분해하는 능력이 있다. noxer block의 포장재[73] 또는 페인트와 같이 실외 건축 자재에 통합된 나노 크기의 TiO2는 휘발성 유기 화합물 및 질소 산화물과 같은 대기 오염 물질의 농도를 줄일 수 있다.[74] 공기 정화, 수처리, 자가 세척 유리, 항균 코팅, 태양광 발전 등에 활용된다. 1967년 후지시마 아키라가 광촉매 특성을 발견하고[68] 1972년에 발표하였다.[67] 이산화 타이타늄 표면에서 일어나는 과정을 本多-藤嶋効果|혼다-후지시마 효과일본어라고 불렀다.[68]

나노 크기의 아나타제 이산화 타이타늄(TiO2)은 가시광선을 흡수하지 않지만, 자외선(UV) 방사선(*hv*)을 강하게 흡수하여 하이드록실 라디칼이 생성된다.[80] 이는 광여기된 원자가띠 홀(h+vb)이 TiO2 표면에 포획되어 물을 산화시킬 수 없는 포획된 홀(h+tr)을 형성할 때 발생한다.[81]

387 nm보다 짧은 파장의 빛을 받으면 물과 반응하여 활성산소종을 생성하는 성질이 있다. 활성산소종은 매우 강력한 산화력을 가지며, 화학 물질이나 세균 등에 대해 분해 작용을 나타낸다.

이산화 타이타늄의 분해제로서의 특징은 다음과 같다.

# 조사하는 빛의 강도를 제어하여 분해 활성을 조절할 수 있다.

# 빛의 강도가 일정할 때, 반응 속도, 즉 기질에 대한 작용의 세기도 일정하다.

# 빛의 ON/OFF 조작으로 그 효과를 즉시 변경할 수 있다. 활성산소종의 수명은 매우 짧아, OFF 후에는 즉시 소실되어 반응계 내에 잔류하지 않는다.

염료 감응 태양 전지 개발에서 증감 색소를 담지하여 가시광선~적외선을 흡수하는 전극 재료로 주목받고 있다.

5. 3. 기타 응용

화장품 및 스킨 케어 제품에서 이산화 타이타늄은 안료, 자외선 차단제 및 증점제로 사용된다. 자외선 차단제로는 초미세 TiO2가 사용되며, 이는 초미세 산화 아연과 결합하여 햇볕 화상 발생률을 낮추고 장기간의 과도한 햇빛 노출과 관련된 조기 광노화, 광발암 및 면역 억제를 최소화하는 효과적인 자외선 차단제로 간주된다.[46] 때로는 이러한 자외선 차단제가 산화철 안료와 결합되어 가시광선 보호를 강화하기도 한다.[47]

이산화 타이타늄과 산화 아연은 일반적으로 산호초에 옥시벤존, 옥토크릴렌, 옥티녹세이트와 같은 화학 물질을 포함하는 자외선 차단제보다 덜 해로운 것으로 간주된다.[48]

나노 크기의 이산화 타이타늄은 강력한 자외선 흡수 능력과 자외선 하에서의 변색 저항성으로 인해 대부분의 물리적 자외선 차단제에서 발견된다. 이러한 장점은 안정성을 향상시키고 자외선으로부터 피부를 보호하는 능력을 향상시킨다. 나노 스케일(입자 크기 20–40 nm)[49] 이산화 타이타늄 입자는 이산화 타이타늄 안료보다 가시광선을 훨씬 적게 산란시키고 자외선 차단을 제공할 수 있기 때문에 주로 자외선 차단 로션에 사용된다.[39] 민감성 피부를 가진 유아 또는 사람을 위해 설계된 자외선 차단제는 종종 이산화 타이타늄 및/또는 산화 아연을 기반으로 하는데, 이러한 미네랄 자외선 차단제가 다른 자외선 흡수 화학 물질보다 피부 자극을 덜 일으키는 것으로 여겨지기 때문이다. UV-A 및 UV-B 방사선을 모두 차단하는 나노-TiO2는 자외선 차단제 및 기타 화장품에 사용된다.

빛을 쬐면 전도성을 띠는 성질을 이용하여 오프셋 인쇄의 감광체로 사용된다. 감광 파장이 자외선 영역이기 때문에 명실 처리(明室處理)가 가능하다. 산화 아연을 이용한 기존의 것보다 내구성이 높고 해상도도 높다.

고체 촉매의 담체로 사용되는 경우가 있다.

세라믹 유약에서 이산화 타이타늄은 불투명화제 역할을 하며 결정 형성을 촉진한다.

문신 안료 및 지혈 펜슬에 사용된다.

새턴 V 로켓의 외부는 이산화 타이타늄으로 도색되었으며, 이를 통해 천문학자들은 J002E3이 아폴로 12호의 S-IVB 단계이며 소행성이 아님을 밝혀낼 수 있었다.[58]

이산화 타이타늄은 n형 반도체이며 염료 감응 태양 전지에 사용된다.[59] 또한 배터리의 전극과 같은 다른 전자 부품에도 사용된다.[60]

산화 타이타늄 나노튜브, SEM 이미지


전기화학적 합성에 의해 얻어진 이산화 타이타늄(TiO2-Nt) 나노튜브. SEM 이미지는 닫힌 하단이 있는 수직 자체 정렬 TiO2-Nt 배열을 보여줍니다.


아나타제는 비탄소 나노튜브와 나노와이어로 변환될 수 있다.[82]

6. 안전성 및 논란

이산화 타이타늄은 2006년 기준으로 경구 투여 시 무독성으로 간주되었으나,[4] 안전성에 대한 우려는 꾸준히 제기되어 왔다.

세계보건기구(WHO) 산하 국제 암 연구 기관(IARC)은 이산화 타이타늄 먼지를 흡입했을 때 "인간에게 발암 가능성이 있는 물질"(IARC 2B군 발암 물질)로 분류했다.[101][102] 그러나 이는 실험동물에게만 적용된 결과이며, 인간에게는 증거가 불충분하다는 결과가 나왔다.[114] 유럽 연합(EU)은 2020년 이산화 타이타늄을 흡입 시 발암성 구분 2로 분류하는 규정을 공포했다.[110]

식품 첨가물로서 이산화 타이타늄은 2020년부터 프랑스에서 사용이 금지되었으며,[86] 2021년 유럽 식품 안전청(EFSA)은 유전자 독성을 유발할 수 있다는 이유로 식품 첨가물로 더 이상 안전하지 않다고 판결했다.[87] 그러나 영국, 스코틀랜드,[88] 캐나다 보건부는[89] EFSA의 판결에 동의하지 않았다. 유럽 연합은 2022년부터 식품에서 이산화 타이타늄 사용을 금지했으며,[90] 미국 캘리포니아주와 뉴욕주도 사용 금지를 고려하고 있다.[91]

미국 식품의약국(FDA)은 현재 이산화 타이타늄을 식품 첨가물로 허용하고 있지만,[92][93][94] 명확한 표기를 강제하지 않아 논란이 되고 있다. 던킨 도너츠는 2015년 여론의 압력으로 상품에서 이산화 타이타늄을 제거했다.[97]

이산화 타이타늄은 폐수 처리장을 통해 환경으로 유입되며,[104] 주로 나노 입자 형태로 하수 슬러지에 잔류하여 토양으로 방출된다.[104] 환경에서 이산화 타이타늄 나노 입자는 용해도가 낮고 안정적인 것으로 나타났다.[104]

이산화 타이타늄 섭취가 위장관 세포 및 기능에 독성을 유발할 수 있다는 가능성이 제기되어 관련 연구가 진행 중이다.[98]

6. 1. 발암성

세계보건기구(WHO) 산하 국제 암 연구 기관(IARC)은 이산화 타이타늄 먼지를 흡입했을 때 "인간에게 발암 가능성이 있는 물질"(IARC 2B군 발암 물질)로 분류했다.[101][102] 이는 사람에게 발암성을 일으킬 가능성이 있음을 의미한다. 그러나 WHO 논문에 따르면 이산화 타이타늄의 발암성은 인간에게는 증거가 불충분하며, 실험동물에게만 적용되었다는 결과가 나왔다.[114]

미국 국립 산업 안전 보건 연구원(NIOSH)은 미세 이산화 타이타늄 입자의 노출 제한을 2.4 mg/m3, 초미세 이산화 타이타늄의 노출 제한을 0.3 mg/m3로 권고했다. 이는 주 40시간 근무 기준으로 하루 10시간까지의 시간 가중 평균 농도이다.[103]

2020년 2월 18일, 유럽 연합(EU)은 이산화 타이타늄을 흡입 시 발암성 구분 2로 분류하는 CLP 규칙(위험 유해 화학 물질의 분류, 표시, 포장에 관한 규정)을 공포했다. 2021년 10월 1일부터 1%를 초과하여 이산화 타이타늄을 함유하는 제품에는 특정 경고 및 라벨 표시가 필요하게 되었다.[110]

6. 2. 식품 첨가물 논란

2006년 기준으로 이산화 타이타늄은 "경구 투여 시 완전히 무독성"으로 간주되었으나,[4] 안전성에 대한 우려는 지속되고 있다. 2020년부터 프랑스에서는 인체 섭취에 안전한 양에 대한 불확실성으로 인해 식품에 사용되는 이산화 타이타늄 백색제가 금지되었다.[86]

2021년, 유럽 식품 안전청(EFSA)은 나노입자에 대한 새로운 연구 결과, 이산화 타이타늄이 "더 이상 식품 첨가물로 안전하다고 간주될 수 없다"고 판결했다. EU 보건 담당관은 2021년 6월부터 이산화 타이타늄 사용 금지에 대한 논의를 시작하여 EU 전역에서 사용을 금지할 계획을 발표했다. EFSA는 이산화 타이타늄의 유전자 독성(발암성 효과를 초래할 수 있음)을 배제할 수 없으며, "식품 첨가물의 일일 섭취에 대한 안전 수준을 설정할 수 없다"고 결론지었다.[87] 그러나 2022년, 영국 식품 기준청과 스코틀랜드 식품 기준청은 EFSA의 판결에 동의하지 않았으며, 식품 첨가물로서 이산화 타이타늄을 금지하는 EU의 조치를 따르지 않았다.[88] 캐나다 보건부 역시 2022년에 이용 가능한 증거를 검토하고 식품 첨가물로서의 이산화 타이타늄에 대한 입장을 변경하지 않기로 결정했다.[89]

유럽 연합은 2022년 2월 7일부터 식품에서 이산화 타이타늄(E 171) 사용 승인을 철회했으며, 6개월의 유예 기간을 두었다.[90] 2023년 5월 현재, 유럽 연합의 2022년 금지 조치에 따라 미국 캘리포니아주와 뉴욕주는 식품에서 이산화 타이타늄 사용 금지를 고려하고 있었다.[91]

2024년 현재, 미국 식품의약국(FDA)은 이산화 타이타늄을 식품 첨가물로 허용하고 있다. FDA는 유제품(일부 치즈, 아이스크림, 요구르트), 사탕, 프로스팅, 필링 및 기타 많은 식품의 백색도와 불투명도를 높이는 데 이산화 타이타늄을 사용할 수 있도록 허용한다. FDA는 이산화 타이타늄을 함유한 제품의 라벨링을 규제하며, 제품의 성분 목록에서 이산화 타이타늄을 "색소 첨가", "인공 색소" 또는 "이산화 타이타늄"으로 식별하도록 허용한다. 그러나 과학적 우려가 커지고 있음에도 불구하고 이산화 타이타늄을 명시적으로 명시할 필요는 없다.[92][93][94] 2023년, 제조사 단체인 소비자 건강 제품 협회는 특정 제한 내에서 이산화 타이타늄의 안전성을 옹호하면서 추가 연구가 더 많은 통찰력을 제공할 수 있지만 즉각적인 금지는 "성급한" 반응이 될 것이라고 말했다.[96]

던킨 도너츠는 여론의 압력으로 2015년에 상품에서 이산화 타이타늄을 제거했다.[97]

2021년에는 장기간의 이산화 타이타늄 섭취가 위장관 세포와 기능에 독성을 가질 수 있으며, 특히 염증성 장 질환 및 대장암과 같은 질병 발병에 이산화 타이타늄이 어떤 역할을 하는지 평가하는 예비 연구가 진행되었다.[98]

식품 등급 이산화 타이타늄(TiO₂)은 최적의 착색 특성을 위해 200–300 나노미터 범위의 목표 입자 크기로 생산되지만, 제조 과정에서 불가피하게 나노 입자 크기 분획이 부산물로 항상 포함되어 있다.[99]

미시간 대학교 위험 과학 센터의 이사인 앤드루 메이너드는 식품에 이산화 타이타늄을 사용하는 것에서 비롯되는 위험에 대한 주장을 거부했다. 그는 던킨 브랜드(Dunkin' Brands)와 다른 많은 식품 생산 업체에서 사용하는 이산화 타이타늄은 새로운 물질이 아니며, 나노 물질도 아니라고 주장한다. 나노 입자는 일반적으로 직경이 100나노미터 미만이지만, 식품 등급 이산화 타이타늄의 대부분의 입자는 훨씬 더 크다.[100]

6. 3. 환경 유해성

이산화 타이타늄(TiO₂)은 주로 나노 입자 형태로 폐수 처리장을 통해 환경으로 유입된다.[104] 이산화 타이타늄을 포함한 화장품 안료는 화장품 사용 후 싱크대에 씻겨 내려가면서 폐수로 유입된다. 일단 하수 처리장에 들어가면, 안료는 하수 슬러지로 분리되며, 이는 토양에 주입되거나 표면에 살포될 때 토양으로 방출될 수 있다. 이러한 나노 입자의 99%는 하수 슬러지에 잔류하기 때문에 수생 환경보다는 육상 환경으로 유입된다.[104] 환경에서 이산화 타이타늄 나노 입자는 용해도가 낮거나 거의 없으며, 토양 및 수중 환경에서 입자 응집체가 형성되면 안정적인 것으로 나타났다.[104] 용해 과정에서, 열역학적으로 불안정할 때 수용성 이온은 일반적으로 나노 입자로부터 용액으로 분리된다. TiO₂ 용해는 토양에 용존 유기물과 점토의 수준이 높을 때 증가한다. 그러나, TiO₂의 등전점(pH= 5.8)에서 pH에 의해 응집이 촉진되어 중성이 되며, 용액 이온 농도가 4.5 mM 이상일 때 촉진된다.[105][106]

6. 4. 기타 연구

장기간 이산화 타이타늄 섭취는 위장관 세포 및 기능에 독성을 유발할 수 있다는 가능성이 제기되었다. 이에 따라 2021년 현재 염증성 장 질환, 대장암 등 질병 발생에 이산화 타이타늄이 미치는 영향을 평가하는 예비 연구가 진행 중이다.[98]

식품 등급 이산화 타이타늄(TiO₂)은 최적의 착색 특성을 위해 200–300 나노미터 범위의 목표 입자 크기로 생산된다. 그러나 입자 크기 분석 결과, 제조 과정에서 불가피하게 나노 입자 크기의 분획이 부산물로 포함되는 것으로 나타났다.[99]

미시간 대학교 위험 과학 센터 이사 앤드루 메이너드는 식품에 이산화 타이타늄을 사용하는 것에 대한 위험 주장을 반박했다. 그는 던킨 브랜드(Dunkin' Brands) 등 여러 식품 생산업체에서 사용하는 이산화 타이타늄은 새로운 물질이나 나노 물질이 아니며, 식품 등급 이산화 타이타늄 입자는 대부분 직경 100나노미터보다 훨씬 크다고 설명했다.[100]

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