DIOXYDE DE TITANE ANATASE A1

DIOXYDE DE TITANE ANATASE A1

CAS: 13463-67-7

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Le titane, le neuvième élément le plus courant dans la croûte mondiale, est un métal que l'on trouve couramment dans les plantes et les animaux. Le titane interagit naturellement avec l'oxygène pour former des oxydes de titane présents dans les minerais, les poudres natives, les sables et le sol. Les gens sont familiers avec le dioxyde de titane comme substance active de protection solaire. Le dioxyde de titane agit comme un écran solaire filtrant les UV - aide à protéger la peau d'une personne en bloquant l'absorption de la lumière ultraviolette du soleil, provoquant des coups de soleil et est également lié au cancer de la peau. Le dioxyde de titane (TiO2) est considéré comme un matériau inerte et sûr et est utilisé dans de nombreuses applications depuis des décennies. Cependant, avec le développement des nanotechnologies Les nanoparticules de TiO2, un grand nombre de propriétés nouvelles et utiles sont de plus en plus produites et utilisées. Par conséquent, l'homme et l'environnement sont augmentés. Une exposition peut être attendue, plaçant les nanoparticules de TiO2 sous examen toxicologique. Des études toxicologiques mécanistes montrent que les nanoparticules de TiO2 induisent des effets dominants par l'induction d'un stress oxydatif résultant des cellules. Dommages, génotoxicité, inflammation, réponse immunitaire, etc. L'étendue et le type de dommage, les propriétés chimiques des nanoparticules de TiO2 qui régulent physiquement leur biodisponibilité et leur réactivité. Selon des preuves expérimentales provenant d'études sur l'inhalation d'animaux, les nanoparticules de TiO2 ont été classées comme "cancérigènes possibles pour l'homme". Sécurité et santé au travail en tant que cancérigène professionnel par le Centre international de recherche sur le cancer et l'Institut national. Les études de l'exposition cutanée aux nanoparticules de TiO2 importantes chez l'homme montrent souvent une pénétration transdermique négligeable grâce à l'utilisation d'écrans solaires; Mais des données sont nécessaires à long terme sur l'exposition et les effets secondaires potentiels des produits de photo-oxydation. Bien que le TiO2 soit autorisé en tant qu'additif (E171), il n'y a pas de données fiables sur l'absorption, la distribution, l'excrétion et la toxicité sur l'exposition orale aux produits alimentaires et pharmaceutiques. Le TiO2 peut également pénétrer dans l'environnement et exercer une faible toxicité aiguë pour les organismes aquatiques pendant de longues périodes.L'exposition produit une gamme d'effets sublétaux.Le dioxyde de titane forme le rutile minéral bien connu dans la nature. L'anatase et la brookite, ainsi que les deux formes à haute pression, une forme monoclinique de type baddeleyite et orthorhombique, sont toutes deux la forme de type α-PbO2 récemment trouvée dans le cratère du Ries en Bavière. L'un d'eux est connu sous le nom d'akagiite et est considéré comme un minéral extrêmement rare. Il provient surtout du minerai d'ilménite. Il s'agit de la forme la plus courante de minerai contenant du dioxyde de titane dans le monde. Le rutile est le deuxième plus abondant et contient environ 98% de dioxyde de titane dans le minerai. Lorsque les phases anatase et brookite métastables sont chauffées, il transforme le retour en phase rutile stabilisante La température ci-dessus est comprise entre 600 et 800 ° C (1 112-1 472 ° F). Les nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) sont produites en grandes quantités dans le monde entier pour être utilisées dans une grande variété d'applications. Les NP de TiO2 ont des propriétés physico-chimiques différentes de celles des analogues à particules fines (FP) qui peuvent modifier leur bioactivité. Une grande partie de la littérature citée ici s'est concentrée sur le système respiratoire, montrant l'importance de l'inhalation en tant que principale voie d'exposition au TiO2 NP sur le lieu de travail. Les NP de TiO2 peuvent se déplacer vers les organes systémiques à partir des poumons et du système gastro-intestinal (GIT), bien que le taux de translocation soit faible. Des études ont également porté sur d’autres voies potentielles d’exposition humaine. L'exposition orale se produit principalement avec des produits alimentaires contenant des additifs TiO2 NP. La plupart des études d'exposition cutanée, que ce soit in vivo ou in vitro, indiquent que les NP de TiO2 ne pénètrent pas dans la couche cornée (SC). Dans le domaine de la nanomédecine, l'injection intraveineuse peut délivrer des porteurs nanoparticulaires de TiO2 directement dans le corps humain. Suite à une exposition intraveineuse, les NP de TiO2 peuvent provoquer des lésions pathologiques du foie, de la rate, des reins et du cerveau. Nous avons également montré que la plupart de ces effets sont dus à l'utilisation de très fortes doses de TiO2 NP. On manque également de données épidémiologiques sur les NP de TiO2 malgré une production et une utilisation accrues. Cependant, des études d'inhalation à long terme chez le rat ont signalé des tumeurs pulmonaires. Cette revue traite de la toxicologie des NP de TiO2. 

Il résume les informations à jour et souligne les domaines dans lesquels davantage d'informations sont nécessaires.
 
 
Utilisations et avantages
Le dioxyde de titane pur est une poudre fine et blanche qui fournit un pigment blanc brillant. Le dioxyde de titane est une gamme de produits industriels et de consommation, y compris les peintures, les revêtements, les adhésifs, le papier, le plastique et le caoutchouc, les encres d'imprimerie, les tissus et textiles enduits, ainsi que les céramiques, les revêtements de sol, les matériaux de toiture, les cosmétiques, le dentifrice, le savon , agents de traitement de l'eau, produits pharmaceutiques, colorants alimentaires, produits automobiles, écrans solaires et catalyseurs. Le dioxyde de titane est produit sous deux formes principales. La forme principale, de qualité pigmentaire, est le dioxyde de titane, qui représente plus de 98% de la production totale. La forme pigmentaire tire parti des excellentes propriétés de diffusion de la lumière du dioxyde de titane dans les applications. Nécessite une opacité et une brillance blanches. L'autre forme sous laquelle le dioxyde de titane est produit est un produit ultrafin (nanomatériau). Cette forme est choisie lorsqu'il existe différentes propriétés telles que la transparence et une absorption maximale de la lumière ultraviolette est requise comme dans les écrans solaires cosmétiques.
 

Dioxyde de titane de qualité pigmentaire
 
Le dioxyde de titane de qualité pigment est utilisé dans une variété d'applications nécessitant une opacité et une brillance élevées. En fait, la plupart des surfaces et éléments blancs et pastel, et même les nuances foncées, contiennent du dioxyde de titane. Le dioxyde de titane à grille pigmentaire est utilisé dans un certain nombre d'applications, notamment:
 

-Peintures et revêtements: le dioxyde de titane offre l'opacité et la durabilité tout en aidant à prolonger la durée de vie de la peinture et à protéger la surface peinte.
 
  
-Plastiques, adhésifs et caoutchouc: Le dioxyde de titane peut minimiser la fragilité, la décoloration et les fissures qui peuvent se produire. à la suite d'une exposition à la lumière. Cela peut augmenter la durée de vie de nombreux composants en plastique et en caoutchouc utilisés dans les véhicules, les matériaux de construction et d'autres applications extérieures.
 
 
-Cosmétiques: le dioxyde de titane de qualité pigmentaire aide à masquer les imperfections et à faire briller la peau dans certains produits cosmétiques.Le dioxyde de titane permet l'utilisation de matériaux de revêtement plus minces pour l'effet désiré.
 
 

-Papier: Le dioxyde de titane est utilisé pour recouvrir le papier, le rendant blanc, brillant et plus opaque.
 
 
-Beaux matériaux et matériaux de contact: préserve l'opacité de la lumière visible et ultraviolette offerte par le dioxyde de titane, prolongeant la durée de vie du produit, de la détérioration prématurée aux aliments, boissons, suppléments et produits pharmaceutiques Certaines qualités de dioxyde de titane de haute pureté, aide décorative dans les comprimés pharmaceutiques, les revêtements de capsules et certains aliments .
 
 
Production
 
La méthode de production dépend de la matière première. La ressource minérale la plus courante est l'ilménite. L'ilménite est traitée avec du sulfate ferreux pour obtenir de l'acide sulfurique. Le rutile synthétique résultant est ensuite traité selon les spécifications de l'utilisateur final, c'est-à-dire de qualité pigmentaire ou autre. Dans un autre procédé de production de rutile synthétique à partir d'ilménites, Becher Process oxyde d'abord l'ilménite pour séparer le composant de fer. Le rutile est le deuxième sable minéral le plus abondant. Comme le rutile trouvé dans la roche primaire ne peut pas être obtenu, les sédiments contenant du sable rutile peuvent être extraits. Le dioxyde de titane brut (sous forme de rutile ou de rutile synthétique) est purifié par conversion en tétrachlorure de titane dans le procédé au chlorure. Dans ce procédé, le minerai brut (contenant au moins 70% de TiO2) est réduit avec du carbone, oxydé avec du chlore pour donner du tétrachlorure de titane; en d'autres termes, la chloration carbothermique. Ce tétrachlorure de titane est distillé et réoxydé à 1500-2000 K dans une flamme ou un plasma d'oxygène et régénère le chlore tout en donnant en même temps du dioxyde de titane pur. Le chlorure d'aluminium est généralement ajouté au procédé en tant que promoteur du rutile; Le produit est principalement de l'anatase en son absence. La matière première préférée pour le procédé au chlorure est le rutile naturel en raison de sa teneur élevée en dioxyde de titane.
 
 
Écran solaire et pigments bloquant les UV

Le dioxyde de titane est utilisé comme pigment, écran solaire et épaississant dans les cosmétiques et les produits de soins de la peau. Combiné à l'oxyde de zinc comme écran solaire, il est considéré comme un écran solaire efficace moins nocif pour le corail que les écrans solaires contenant des produits chimiques tels que l'oxybenzone et l'octinoxate. Dioxyde de titane Décoloration physique de l'écran solaire sous la lumière ultraviolette en raison de son indice de réfraction élevé, de ses fortes propriétés d'absorption de la lumière UV et de sa durabilité. Cet avantage augmente sa stabilité et sa capacité à protéger la peau des rayons ultraviolets. Les particules de dioxyde de titane à l'échelle nanométrique (granulométrie 30-40 nm) sont principalement utilisées comme écran solaire. Alors que la lotion protège les rayons UV, elle diffuse moins la lumière visible que les pigments de dioxyde de titane. Les écrans solaires conçus pour les bébés ou les personnes à la peau sensible sont généralement à base de dioxyde de titane et / ou d'oxyde de zinc. Ces anti-UV minéraux sont censés causer moins d'irritation que les autres produits chimiques absorbant les UV, les pigments de tatouage et les crayons styptiques. Dioxyde de titane, avec différentes tailles de particules, huile et eau 

Dispersibles, certaines qualités de TiO2 pour l'industrie cosmétique sont largement utilisées dans les plastiques et autres applications. Pour ses propriétés de résistance aux UV, dans lesquelles le pigment ou un opacifiant et la poudre diffusent la lumière - contrairement aux absorbeurs UV organiques et principalement en raison de l'indice de réfraction élevé de la particule, il réduit les dommages causés par les UV. Certains polymères utilisés dans le béton ou certains sont utilisés pour imprégner le béton comme armature, alors que parfois il est chargé de pigment blanc de titane pour l'industrie de la construction de protection UV, mais cela retarde la photodégradation oxydative du polymère en question, la «craie» s'exfoliera en raison de sa résistance aux chocs réduite et si aux rayons UV Les stabilisants dégradables après exposition directe au soleil ne sont pas inclus.
 
 
 
Oxyde de titane dans la nature; Il se trouve sous forme de rutile Anastas et d'ilménite.
Le rutile et les anastas sont principalement utilisés dans l'industrie céramique.
Il donne des couleurs du blanc au jaune selon leur pureté.
La nuance de jaune de l'émail change en fonction de la quantité et de l'abondance de fer qu'il contient.
La glaçure de titan pur couvre comme l'oxyde d'étain.
L'une de ses caractéristiques les plus importantes est qu'il s'agit d'un constructeur de cristal et de mat.
Le pouvoir de masquage sur le titane est meilleur avec les émaux de zinc et de baryum.
Titan peut être utilisé à des températures élevées.
Il est possible d'obtenir une couleur jaune à ces températures.
Il peut donner des couleurs grises, bleu-vert dans les émaux au cobalt, jaune-bleu dans les émaux de cuivre et gris dans les glaçures chromées.
Le rutile est également utilisé dans les glaçures artistiques.
Il est de couleur foncée car il contient du fer rutile.
Ils forment des couleurs bleu foncé car ils ne sont pas répartis de manière homogène dans la cuisson de réduction.
Titan; Il donne un effet plus fort dans le même environnement avec ZnO et CaO.
Fournit une résistance aux fissures capillaires et aux acides dans les glacis.
La barytine qu'il contient brûle après 300 degrés et perd sa fonction anatase. Par conséquent, il n'est pas préféré à des températures élevées.
Le dioxyde de titane est un minéral naturel et dérivé de l'oxyde de titane. Ces types d'oxydes sont utilisés dans les produits après avoir été extraits, traités et purifiés.
 
Le titane métal et ses alliages présentent des propriétés physiques et chimiques supérieures. Cependant, son utilisation en tant que métal est limitée à des zones spéciales car il est très difficile et coûteux à obtenir et à traiter. Les minéraux de titane sont des matières premières stratégiquement importantes utilisées dans la production de pigment de dioxyde de titane utilisé dans les industries de la peinture, du plastique et du papier, les industries aérospatiale et aéronautique, l'industrie de la guerre, la chimie et l'électrochimie.
Connu comme un élément rare, le titane est en fait le 6e élément le plus abondant de la croûte terrestre. Cependant, il est déposé très rarement et dans des conditions géologiques particulières. Les minéraux de titane économiquement importants sont le rutile (TiO2) et l'ilménite (FeTiO3). Le minerai de titane est obtenu à partir de roches (gisements primaires) et de placers (gisements secondaires).
Des dépôts de titane primaires se forment dans la phase magmasale liquide. Il est étroitement lié aux anorthosites. On sait que ce type de lits est exploité de temps en temps dans le monde. Cependant, ils n'ont pas beaucoup d'importance économique. Les dépôts secondaires se forment sous la forme de placers dans les sables côtiers et les deltas fluviaux. Les minéraux de titane chimiquement et physiquement résistants avec une densité élevée sont très appropriés pour former des lits de type placer. Les minéraux de rutile et d'ilménite sont généralement déposés dans les sables de plage avec des minéraux lourds tels que la monosite, le zircon, le grenat et la magnétite. Il existe des gisements de type placers très riches et largement dispersés en Australie.
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Il existe de riches gisements de titane dans de nombreux pays du monde. Cependant, les informations sur ses réserves sont limitées. Pays possédant d'importants gisements de titane dans le monde; Chine, Australie, Canada, Inde, Afrique du Sud, Norvège, Ukraine, Grande-Bretagne, USA, Vietnam, Mozambique et Sri Lanka. Il n'y a aucun problème dans la production de minerai de titane, l'obtention et la fourniture de TiO2 dans le monde aujourd'hui. Les réserves existantes sont suffisantes pour répondre à la demande mondiale pendant longtemps. Cependant, en raison de la complexité des technologies existantes, les prix des produits sont élevés. Les prix élevés limitent également la consommation et les zones d'utilisation.
Le titane est un élément très dur, blanc argenté et brillant du 4e sous-groupe du tableau périodique. Son point de fusion est 1660 ° C, point d'ébullition 3287 ° C, densité 4,5, numéro atomique 22, poids atomique 47,9. Il est suffisamment dur et cassant pour rayer le quartz dans le métal. La chaleur et la conductivité électrique sont inférieures à celles du fer. Il résiste aux substances chimiques. Malgré ces propriétés métalliques supérieures, la majeure partie de la production de minerai est utilisée sous forme d'oxyde de titane sans réduction en métal. Les minéraux de titane les plus importants; rutile, ilménite, anatase, brukite, sphène, pérovskite et titanométhite. Cependant, le rutile, l'ilménite et l'anatase ont une importance commerciale.
Le rutile (TiO2) est un polymorphe à haute température et pression du dioxyde de titane. Il est rouge foncé, brun rouge, parfois noir. La dureté Mohs est de 6-6,5, la densité est de 4,2-4,3 gr / cm3. Lustre diamant métallique facilement cassé. Le minéral de rutile pur contient 90 à 95% de TiO2.

Ilménite (FeTiO3) de couleur noire, magne 

le tic est un minéral à haute sensibilité. La dureté Mohs est de 5-6, la densité est de 4,7-4,8 gr / cm3. Il a une finition métallique et semi-métallique, c'est un anisotrope fort. Il se dissout dans les acides HCl et HF. Les ilménites altérées à haute teneur en TiO2 sont également appelées leucocène.
Anatase (TiO2) Il est de couleur jaune-brun et bleuâtre. La dureté Mohs est de 5,5-6 et la densité est de 3,8-4 gr / cm3. La couleur de la ligne est blanche.
Le titane a deux utilisations principales;
A-Metal et ses alliages
B-oxyde et autres composés
Le titane est un métal coûteux, difficile à traiter et léger avec des propriétés physiques et chimiques supérieures. Cependant, il est utilisé dans les zones où il n'y a pas d'autre métal dans l'alternative. Par conséquent; c'est un métal irremplaçable dans la construction d'engins spatiaux, d'aéronefs et de missiles. Il est largement utilisé dans les pièces de véhicules où la vitesse, les vibrations et les températures élevées sont en cause, les aubes de turbine de moteur. Il est très résistant au sel, à l'acide et à d'autres produits chimiques. Pour cette raison, il est utilisé dans les coques de sous-marins, dans certaines parties d'usines produisant des produits chimiques corrosifs. L'alliage de nitinol de titane fait de nickel a une capacité de mémoire. Lorsqu'un objet fait de cet alliage est déformé et chauffé, il reprend sa forme d'origine. Aujourd'hui, le nitinol est utilisé dans l'industrie médicale et spatiale. Environ 6% du minerai de titane produit dans le monde est utilisé dans l'industrie du titane métallique.
L'oxyde de titane est actuellement le pigment de peinture le plus blanc connu. Il est largement utilisé dans l'industrie de la peinture sous le nom de blanc de titane. Aujourd'hui, environ 91% du minerai de titane produit dans le monde est consommé dans l'industrie des pigments. Il est plus opaque que l'oxyde de zinc et l'oxyde de plomb utilisés dans ce secteur. Le pigment de titane ne perd pas son opacité lorsqu'il est mélangé avec d'autres pigments. En dehors de cela, les oxydes de titane sont également utilisés dans de nombreux domaines tels que l'industrie cosmétique, le linoléum (linoléum), la soie artificielle, l'encre blanche, le verre coloré, la glaçure céramique, la teinture du cuir et des tissus et l'industrie du papier. Bien qu'il y ait tant d'utilisations, 57% de tout le pigment d'oxyde de titane produit est consommé par l'industrie de la peinture.
Le pigment d'oxyde de titane dans les plastiques donne un aspect terne et crée une barrière contre les rayons ultraviolets. Le pigment d'oxyde de titane est utilisé dans un rapport de 3 à 25% du poids du produit dans les produits en polyéthylène et les cadres de fenêtres en vinyle. Le pigment d'oxyde de titane est utilisé comme charge et agent de revêtement dans les produits en papier. Il contient moins de 5% de papier sec. Dans l'industrie papetière, le pigment produit à partir d'anatase est préféré car il est moins abrasif. 17% du pigment d'oxyde de titane est utilisé dans le plastique et 15% dans l'industrie du papier. L'une des principales utilisations du titane est la production d'électrodes de soudage. Le rutile et l'ilménite sont utilisés comme matériau de couverture dans les électrodes utilisées dans le soudage à l'arc électrique. Environ 3% de la production de minerai de titane est consommée dans cette zone.
Le titanchlorite, l'un des autres composés du titane, est utilisé pour blanchir la couleur des tissus; En obtenant du brouillard artificiel tétrachlorite; le carbure de titane est utilisé comme abrasif.

L'anatase, dont la structure cristalline est plus lâche que le rutile, n'est utilisée que dans la méthode au sulfate. Par conséquent, le pigment obtenu à partir de celui-ci est plus doux.

Le dioxyde de titane se trouve dans la nature sous forme de rutile et d'anatase. R: De plus, deux minéraux à haute pression sont connus, la forme monoclinique connue sous le nom de baddeleyite, alias acogiite, et l'autre est l'α-PbO 2 orthorhombique, qui peuvent tous deux être trouvés dans la brokite sous une forme similaire connue sous le nom de cratère Ries en Bavière. [8] [9] [10] Il est principalement obtenu à partir de gemmes d'ilménite. Il s'agit de la forme la plus courante de minerai contenant du dioxyde de titane dans le monde. Le rutile est le deuxième plus abondant et contient environ 98% de dioxyde de titane dans le minerai. Les phases anatase et brookite métastables se transforment de manière irréversible en phase rutile d'équilibre lorsqu'elles sont chauffées à des températures de l'ordre de 600 à 800 ° C (1 110 à 1 470 ° F). [11ème]
Le dioxyde de titane a huit modifications - en plus du rutile, de l'anatase, de l'akogiite et de la brookite, trois phases métastables peuvent être produites synthétiquement (monoclinique, tétragonale et orthorhombique) et cinq formes à haute pression (α-PbO 2 - comme, baddeleyite-), telles que l'orthorhombique de type kotunite Il existe également des phases OI et cubiques):
L'étage de type Kotunite, l'oxyde connu le plus dur connu, a été revendiqué par L. Doubrovinsky et les auteurs Vickers dureté de 38 GPa et module de masse de 431 GPa à pression atmosphérique (soit proche de la valeur du diamant de 446 GPa). [19] Cependant, des études ultérieures ont abouti à des résultats différents avec des valeurs très faibles de 7-20 GPa, de dureté ainsi que des valeurs très faibles d'oxydes comme le corindon commun, Al 2 O 3 et TiO rutile 2) GPa). [21] [22]
Les oxydes sont des minerais de titane commercialement importants. Le métal est également extrait d'autres minerais tels que l'ilménite ou le leucoxène, ou le sable de plage rutile, l'une des formes les plus pures. Les saphirs étoilés et les rubis tirent leur astérisme des impuretés rutiles jusqu'à nos jours. [23]
Le dioxyde de titane (B) se trouve dans les roches ignées et les veines hydrothermales et on le trouve également sous forme de minéral aux bords altérés de la pérovskite. TiO 2 forme également des lamelles dans d'autres minéraux. [24]
Le dioxyde de titane fondu a une structure locale dans laquelle chaque Ti est coordonné en moyenne à environ 5 atomes d'oxygène. [25] Ceci est différent des formes cristallines dans lesquelles Ti coordonne les 6 atomes d'oxygène.
Pigment
Produit en série pour la première fois en 1916 [35], le dioxyde de titane est le pigment blanc le plus utilisé en raison de son éclat et de son indice de réfraction très élevé et n'a été dépassé que par quelques autres matériaux (voir liste des indices de réfraction). La taille des cristaux de dioxyde de titane est idéalement d'environ 220 nm (mesurée par microscopie électronique) pour optimiser la réflexion maximale de la lumière visible. Les propriétés optiques du pigment fini sont très sensibles à la pureté. Même quelques parties par million (ppm) de certains métaux (Cr, V, Cu, Fe, Nb) peuvent tellement déformer le réseau cristallin que l'effet peut être détecté lors du contrôle qualité. [36] Environ 4,6 millions de tonnes de TiO 2 pigmenté sont utilisées dans le monde chaque année, et ce nombre devrait augmenter à mesure que l'utilisation augmente. [37]
Le TiO 2 est également un opacifiant efficace sous forme de poudre où il est utilisé comme pigment pour apporter blancheur et opacité à des produits tels que peintures, revêtements, plastiques, papiers, encres, aliments, médicaments (c'est-à-dire pilules et comprimés) et la plupart des dentifrices. . Dans la peinture, il est souvent appelé «blanc brillant», «blanc parfait», «blanc le plus blanc» ou d'autres termes similaires. L'opacité est améliorée par un dimensionnement optimal des particules de dioxyde de titane.
TiO 2 est probablement marqué comme cancérigène. En 2019, il était disponible dans les deux tiers des dentifrices du marché français. Bruno Le Maire, un ministre du gouvernement d'Edouard Philippe, a promis de le supprimer de cet usage et d'autres usages diététiques en mars 2019. [38]
Films minces
Lorsqu'il est laissé sous forme de film mince, son indice de réfraction et sa couleur en font un excellent revêtement optique réfléchissant pour les miroirs diélectriques; Il est également utilisé dans la production de films minces décoratifs trouvés dans la "topaze mystique du feu".
Certains pigments à base de titane modifiés utilisés dans les peintures lumineuses, les plastiques, les vernis et les cosmétiques - ce sont des pigments artificiels dont les particules ont deux ou plusieurs couches d'oxydes divers - généralement du dioxyde de titane, de l'oxyde de fer ou de l'alumine - iridescents ou nacrés, similaires au mica broyé ou à la guanine, pour les faire miroiter produits basés sur les effets. En plus de ces effets, un changement de couleur limité est possible dans certaines formulations en fonction de la manière et de l'angle sous lequel le produit fini est éclairé et de l'épaisseur de la couche d'oxyde dans la particule de pigment; Une ou plusieurs couleurs apparaissent par réflexion, tandis que d'autres teintes sont causées par l'interaction de couches transparentes de dioxyde de titane. [39] Dans certains produits, la couche de dioxyde de titane est cultivée avec de l'oxyde de fer par calcination de sels de titane (sulfates, chlorates) vers 800 ° C. [40] Un exemple de pigment nacré est l'riodine à base de mica. le dioxyde de titane ou l'oxyde de fer (III). [41]
Pigment de tatouage et stylos anti-saignement utilisés de cette manière. Le dioxyde de titane est produit en différentes tailles de particules, dispersibles dans l'huile et dans l'eau et dans certaines qualités pour l'industrie cosmétique.
Utilisations et avantages
Le dioxyde de titane pur est une poudre fine et blanche qui fournit un pigment blanc brillant. Le dioxyde de titane est une gamme de produits industriels et de consommation, y compris les peintures, les revêtements, les adhésifs, le papier, le plastique et le caoutchouc, les encres d'imprimerie, les tissus et textiles enduits, ainsi que les céramiques, les revêtements de sol, les matériaux de toiture, les cosmétiques, le dentifrice, le savon , agents de traitement de l'eau, produits pharmaceutiques, colorants alimentaires, produits automobiles, écrans solaires et catalyseurs. Le dioxyde de titane est produit sous deux formes principales. La forme principale, qui représente plus de 98% de la production totale, est le dioxyde de titane de qualité pigmentaire. La forme pigmentaire tire parti des excellentes propriétés de diffusion de la lumière du dioxyde de titane dans les applications. Nécessite une opacité et une brillance blanches. L'autre forme sous laquelle le dioxyde de titane est produit est un produit ultrafin (nanomatériau). Cette forme est choisie lorsqu'il existe différentes propriétés telles que la transparence et une absorption maximale de la lumière ultraviolette est requise comme dans les écrans solaires cosmétiques.
Dioxyde de titane de qualité pigmentaire
-Peintures et revêtements: le dioxyde de titane offre l'opacité et la durabilité tout en aidant à prolonger la durée de vie de la peinture et à protéger la surface peinte.
-Plastiques, adhésifs et caoutchouc: Le dioxyde de titane peut minimiser la fragilité, la décoloration et les fissures qui peuvent se produire.
-Cosmétiques: le dioxyde de titane de qualité pigmentaire aide à masquer les imperfections et à faire briller la peau dans certains produits cosmétiques.Le dioxyde de titane permet l'utilisation de matériaux de revêtement plus minces pour l'effet désiré.
-Papier: Le dioxyde de titane est utilisé pour recouvrir le papier, le rendant blanc, brillant et plus opaque.
-Bons matériaux et matériaux de contact: le g offert par le dioxyde de titane Visible et préserve l'opacité de la lumière ultraviolette, prolongeant la durée de vie du produit, contre la détérioration prématurée des aliments, des boissons, des suppléments et des produits pharmaceutiques. Certaines qualités de dioxyde de titane de haute pureté pigmentée, une aide décorative dans les comprimés pharmaceutiques, les revêtements de gélules et certains aliments.
Production
La méthode de production dépend de la matière première. La ressource minérale la plus courante est l'ilménite. L'ilménite est traitée avec du sulfate ferreux pour obtenir de l'acide sulfurique. Le rutile synthétique résultant est ensuite traité selon les spécifications de l'utilisateur final, c'est-à-dire de qualité pigmentaire ou autre. Dans un autre procédé de production de rutile synthétique à partir d'ilménites, Becher Process oxyde d'abord l'ilménite pour séparer le composant de fer. Le rutile est le deuxième sable minéral le plus abondant. Comme le rutile trouvé dans la roche primaire ne peut pas être obtenu, les sédiments contenant du sable rutile peuvent être extraits. Le dioxyde de titane brut (sous forme de rutile ou de rutile synthétique) est purifié par conversion en tétrachlorure de titane dans le procédé au chlorure. Dans ce procédé, le minerai brut (contenant au moins 70% de TiO2) est réduit avec du carbone, oxydé avec du chlore pour donner du tétrachlorure de titane; en d'autres termes, la chloration carbothermique. Ce tétrachlorure de titane est distillé et réoxydé à 1500-2000 K dans une flamme ou un plasma d'oxygène et régénère le chlore tout en donnant en même temps du dioxyde de titane pur. Le chlorure d'aluminium est généralement ajouté au procédé en tant que promoteur du rutile; Le produit est principalement de l'anatase en son absence. La matière première préférée pour le procédé au chlorure est le rutile naturel en raison de sa teneur élevée en dioxyde de titane.
Photocatalyseur
Le dioxyde de titane nanométrique présente une activité photocatalytique sous irradiation ultraviolette (UV), en particulier sous la forme d'anatase. Cette photoactivité serait plus prononcée dans les plans {001} de l'anatase [45] [46], mais les plans {101} sont thermodynamiquement plus stables et donc plus prononcés dans la plupart des anatases synthétisées et naturelles [47]. une croissance dipyramidale tétragonale a été observée. On pense également que les interfaces entre le rutile et l'anatase améliorent l'activité photocatalytique en facilitant la séparation des porteurs de charge, et par conséquent, on pense généralement que le dioxyde de titane biphasique a une fonctionnalité améliorée en tant que photocatalyseur. [48] ​​Il a été rapporté que le dioxyde de titane présente également une excitation à la lumière visible lorsqu'il est dopé avec des ions azote ou un oxyde métallique tel que le trioxyde de tungstène. [49] Le fort potentiel oxydant des trous positifs oxyde l'eau pour former des radicaux hydroxyles. En outre, il peut oxyder directement l'oxygène ou des substances organiques. Par conséquent, en plus de son utilisation comme pigment, le dioxyde de titane peut être ajouté aux peintures, ciments, fenêtres, carreaux ou autres produits en raison de ses propriétés stérilisantes, désodorisantes et antisalissures et est utilisé comme catalyseur d'hydrolyse. Il est également utilisé dans les cellules solaires sensibles aux colorants. est un type de cellule solaire chimique (également connue sous le nom de cellule de Graetzel).
Santé et sécurité
Incompatible avec le dioxyde de titane, les agents réducteurs forts et les acides forts. [67] Des réactions violentes ou incandescentes se produisent avec des métaux fondus électropositifs tels que l'aluminium, le calcium, le magnésium, le potassium, le sodium, le zinc et le lithium. [68]
De nombreux écrans solaires utilisent du dioxyde de titane nanoparticulaire (en combinaison avec de l'oxyde de zinc nanoparticulaire), qui n'est pas réellement absorbé par la peau, malgré les rapports de risques potentiels pour la santé [69]. [70] Les autres effets des nanoparticules de dioxyde de titane sur la santé humaine ne sont pas entièrement compris. [71]
Lorsque la poudre de dioxyde de titane est inhalée, elle est classée par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) comme cancérogène du groupe 2B du CIRC, ce qui signifie qu'elle est peut-être cancérogène pour l'homme. [72] [73] Les découvertes du CIRC sont basées sur la découverte que des concentrations élevées de pigment (poudre) et ultrafines de poudre de dioxyde de titane provoquent un cancer respiratoire chez les rats exposés par inhalation et instillation intratrachéale. [74] Un certain nombre d'événements ou d'étapes biologiques (par exemple, accumulation de particules, clairance pulmonaire altérée, dommages cellulaires, fibrose, mutations et finalement cancer) qui produisent un cancer du poumon chez le rat ont également été observés chez les humains travaillant dans des environnements poussiéreux. Par conséquent, les observations de cancer chez les animaux ont été évaluées par le CIRC par rapport à des personnes exerçant un travail exposé à la poussière de dioxyde de titane. Par exemple, les travailleurs de la production de dioxyde de titane peuvent être exposés à des concentrations élevées de poussière pendant l'emballage, le broyage, le nettoyage et l'entretien du site si des mesures de contrôle de la poussière adéquates ne sont pas en place. Cependant, les études sur l'homme jusqu'à présent ne suggèrent pas d'association entre l'exposition professionnelle au dioxyde de titane et un risque accru de cancer. La sécurité de l'utilisation du dioxyde de titane de taille nanoparticulaire, [75] Des études ont également montré que les nanoparticules de dioxyde de titane provoquent une réponse inflammatoire et des dommages génétiques chez la souris. [76] [77] Par quel mécanisme TiO
On ne sait pas si cela peut provoquer le cancer. La recherche moléculaire suggère que la cytotoxicité cellulaire due au TiO
Interaction entre 2TiO est causé par
2 nanoparticules et compartiment lysosomal, indépendant des voies de signalisation apoptotiques connues. [78]
La recherche sur la cancérogénicité de différentes tailles de particules de dioxyde de titane a conduit le National Institute of Occupational Safety and Health des États-Unis à recommander deux limites d'exposition distinctes. NIOSH, TiO fin
2 particules minces de TiO, tandis qu'une limite de maintien de 2,4 mg / m est réglable 3
Une limite de séjour de 20,3 mg / m peut être fixée 3, une semaine de travail de 40 heures, jusqu'à la concentration moyenne pondérée dans le temps pendant 10 heures par jour. [79] Ces recommandations reflètent les résultats de la littérature de recherche montrant que les particules de dioxyde de titane plus petites posent un risque cancérigène plus probable que les particules de dioxyde de titane plus grosses.
Il existe des preuves que le rare syndrome des ongles jaunes est causé par l'implantation de titane pour des raisons médicales ou la consommation d'une variété d'aliments contenant du dioxyde de titane. [80]
Des entreprises comme Mars et Dunkin 'Donuts ont abandonné le dioxyde de titane de leurs produits en 2015, sous la pression du public. [81] Cependant, Andrew Maynard, directeur du Center for Risk Science de l'Université du Michigan, a minimisé le danger présumé de l'utilisation du dioxyde de titane dans les aliments. Dunkin dit que le dioxyde de titane utilisé par Brands et de nombreux autres fabricants de produits alimentaires n'est pas un nouveau matériau et n'est pas un nanomatériau. Les nanoparticules ont généralement moins de 100 nanomètres de diamètre, mais la plupart des particules du dioxyde de titane de qualité alimentaire sont beaucoup plus grosses. [82] Néanmoins, des analyses de distribution de taille ont montré que les lots de TiO b de qualité alimentaire contiennent toujours une fraction nanométrique comme sous-produit inévitable des processus de fabrication. [83]
Promotion des déchets environnementaux
Le dioxyde de titane (TiO₂) est principalement libéré sous forme de nanoparticules par les usines de traitement des eaux usées. [84] Les pigments cosmétiques contenant du dioxyde de titane pénètrent dans les eaux usées lorsque le produit est lavé dans des éviers après une utilisation cosmétique. Après avoir pénétré dans les stations d'épuration, les pigments sont séparés en boues d'épuration et peuvent ensuite être libérés dans le sol lorsqu'ils sont injectés dans le sol ou dispersés à sa surface. 99% de ces nanoparticules s'accumulent sur terre plutôt que dans les milieux aquatiques car elles sont retenues dans les boues d'épuration. [84] Dans l'environnement, les nanoparticules de dioxyde de titane ont une solubilité faible à négligeable et se sont révélées stables lorsque des agrégats de particules se forment autour du sol et de l'eau. [84] Dans le processus de dissolution, les ions solubles dans l'eau se dissocient généralement de la nanoparticule en solution lorsqu'ils sont thermodynamiquement instables. La dissolution du TiO 2 augmente lorsqu'il y a des niveaux plus élevés de matière organique dissoute et d'argile dans le sol. Cependant, l'agrégation TiO est portée à pH au point isoélectrique 2 (pH = 5,8) donnant la concentration en ions neutre et en solution supérieure à 4,5 mM. [85] [86]
Interdictions nationales du dioxyde de titane comme additif alimentaire
En 2019, la France a interdit l'utilisation du dioxyde de titane dans les aliments à partir de 2020
Écran solaire et pigments bloquant les UV
Le dioxyde de titane est utilisé comme pigment, écran solaire et épaississant dans les cosmétiques et les produits de soins de la peau. Combiné à l'oxyde de zinc comme écran solaire, il est considéré comme un écran solaire efficace moins nocif pour le corail que les écrans solaires contenant des produits chimiques tels que l'oxybenzone et l'octinoxate. Dioxyde de titane Décoloration physique de l'écran solaire sous la lumière ultraviolette en raison de son indice de réfraction élevé, de ses fortes propriétés d'absorption de la lumière UV et de sa durabilité. Cet avantage augmente sa stabilité et sa capacité à protéger la peau des rayons ultraviolets. Les particules de dioxyde de titane à l'échelle nanométrique (granulométrie 30-40 nm) sont principalement utilisées comme écran solaire. Alors que la lotion protège les rayons UV, elle diffuse moins la lumière visible que les pigments de dioxyde de titane. Les écrans solaires conçus pour les bébés ou les personnes à la peau sensible sont généralement à base de dioxyde de titane et / ou d'oxyde de zinc. Ces anti-UV minéraux sont censés causer moins d'irritation que les autres produits chimiques absorbant les UV, les pigments de tatouage et les crayons styptiques. Le dioxyde de titane est largement utilisé dans le plastique et dans d'autres applications, avec des tailles de particules variables, une dispersion dans l'huile et dans l'eau, et certaines qualités de TiO2 pour l'industrie cosmétique. Pour ses propriétés de résistance aux UV, dans lesquelles le pigment ou un opacifiant et la poudre diffusent la lumière - contrairement aux absorbeurs UV organiques et principalement en raison de l'indice de réfraction élevé de la particule, il réduit les dommages causés par les UV. Certains polymères utilisés dans le béton ou certains sont utilisés pour imprégner le béton comme armature, alors que parfois il est chargé de pigment blanc de titane pour l'industrie de la construction de protection UV, mais cela retarde la photodégradation oxydative du polymère en question, la «craie» s'exfoliera en raison de sa résistance aux chocs réduite et si aux rayons UV Les stabilisants dégradables après exposition directe au soleil ne sont pas inclus.