E171

Dioxyde de titane

Cette page répertorie différents polymorphes, solides qui possèdent la même composition chimique mais une structure cristalline différente.  

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Dioxyde de titane
Oxyde de Titane
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de titane
Synonymes	C.I. 77891 C.I. Pigment White 6
No CAS	13463-67-7
No EINECS	236-675-5
PubChem	26042
No E	E171
SMILES	O=[Ti]=O eMolecules PubChem
InChI	InChI=1/2O.Ti/rO2Ti/c1-3-2
Apparence	poudre cristalline incolore a blanche[1].
Propriétés chimiques
Formule brute	O2TiTiO2
Masse molaire	79,866 g∙mol-1 O 40,07 %, Ti 59,93 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 855 °C[1]
T° ébullition	2 500 à 3 000 °C[1]
Solubilité	Peu sol dans HF, HNO3 concentré, H2SO4 concentré. Insol dans l'eau, dans HCl, HNO3 dilué, H2SO4 dilué
Masse volumique	3.9-4.3 g/cm³[1]
Précautions
SIMDUT[3]
D2A, D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques cancérogénicité : CIRC groupe 2B Divulgation à 0,1% selon les critères de classification Commentaires Dans certains cas, cette classification ne s'applique pas. Nous vous invitons à consulter la section «  Questions reliées à des substances spécifiques : dioxyde de titane, mélange contenant du  » disponible sur le site Web de Santé Canada - Division SIMDUT.
Classification du CIRC
Groupe 2B : Peut-être cancérogène pour l'homme[2]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Dans la nature, le titane est présent sous la forme de rutile. Il s'agit d'un minéral tétragonal, à groupe d'espace P 4/mnm ayant pour paramètres de maille^[4],[5] :

• a = 4,593 3 Å ;
• c = 2,959 2 Å.

Il a une densité théorique de 4,250 mais la densité généralement mesurée est de 4,230.

Voir l'article détaillé Rutile.

Anatase

L'anatase est un minéral tétragonal, à groupe d'espace I 4₁/amd, ayant pour paramètres de maille^[6],[7] :

• a = 3,785 2 Å ;
• c = 9,513 9 Å.

Elle a une densité théorique de 3,893. Chauffée au-delà de 700 °C, elle se transforme en rutile.

L'anatase fut isolé pour la première fois en 1791 par le révérend William Gregor dans le sable noir du Devon (Angleterre).En 1795, Martin Klaproth remarqua que ce produit était similaire aux traces que l'on trouvait dans le rutile. Le brevet de fabrication industrielle fut déposé en 1917. La présence d'anatase est un des éléments qui permit à Walter Mac Crone de prouver que la « carte du Vinland » était un faux document.

Usages

L'anatase est principalement utilisé comme pigment et opacifiant pour toutes sortes d'applications :

• peinture : le fameux blanc de titane, mais aussi comme agent opacifiant pour toutes les teintes ;
• papier ;
• plastiques ;
• céramiques
• médicaments ;
• dentifrices ;
• pâtisserie (décors) ;

• …

Toxicité, écotoxicité...

• Sous forme micrométrique, les poussières de dioxyde de titane sont source d'irritation oculaire et des voies respiratoires (irritation mécanique).
• Le 10 mars 2006 le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane cancérogène possible pour l'homme (catégorie 2 B)^[8]. ^{[9],[10],[11]}
• Des discussion existent quand à l'éventuelle toxicité du TI O2 nanométrique. Sous cette forme, les tests in vitro montrent une toxicité cellulaire de type inflammatoire (stress oxydant) due - comme cela semble être toujours le cas chez les nanoparticules intéressantes comme catalyseur - à une réactivité de surface augmentée.

Les toxicologues craignent que ce TO O2 puisse passer les barrières biologiques, voire s'accumuler dans certains organes (cytoplasme cellulaire) faute d'élimination suffisante par le rein. Ils craignent que le TI O2 ayant pénétré les cellules ne lèse leur ADN (observé in vitro) avec des effets à long terme sur l'individu et les générations suivantes ^[12]. Lors du nanoforum du CNAM, la représentante de l'AFSSAPS^[13] a dit craindre :

• des Maladies auto-immunes
• une accumulation dans le foie (qui est un des organes de détoxication des métaux)
• des accidents graves avec des produits d’écho-contraste

Des industriels (cimenteries, fabricants d'enduits et peintures) proposent d'utiliser des particules nanométriques de dioxyde de titane comme catalyseur épurateur des COV et NOx émis par les véhicules dans l'air. Ces particules seraient ajoutés lors de leur fabrication dans les murs de béton ou dans certains matériaux routiers (enrobé, mur anti-bruit...).
Une polémique existe sur le risque que ces nanoparticules (Ti O2) puissent quitter le substrat (routier en particulier, suite à l'usure du matériaux) pour pénétrer les organismes vivants ;

- Les toxicologues des industriels estiment que ce Ti O2 ne serait plus présent sous sa forme nanométrique dans la structure « poreuse » du ciment contenant du Ti O2, car, d'après eux, il y formerait des agglomérats ^[12].

- D'autres toxicologues (Mme Marano de l'université Paris 7 et M. Boczkowski de l'Inserm par exemples), indépendants des fabricants, considèrent que si une activité photocatalytique significative existe encore, cela implique que les nanoparticules de Ti O2 soient encore accessibles aux gaz qui circulent dans le matériaux ou au contact de surfaces microporeuses ^[12]. Or cette réactivité est ce qui rend ces particules pathogènes pour la cellule, éventuellement au sein d'agglomérats qui ne peuvent donc pas être denses, stables et solides ^[12].

- Se pose aussi la question de la toxicité des produits de dégradation (ex : alcool transformé en formaldéhyde, NOx en nitrates déjà trop présents dans notre environnement eutrophisé) avec des impacts immédiats et différés possibles, dans l'espace et dans le temps, via la contamination de l'eau, de l'air et des sols (via la bioturbation)^[12].

Autres polymorphes

Brookite

de structure orthorhombique, groupe d'espace Pcab ses paramètres de maille sont^[14],[15] :

• a = 5,455 8 Å ;
• b = 9,181 9 Å ;
• c = 5,142 9 Å.

Elle a une densité théorique de 4,120 et une densité généralement mesurée de 4,140.

Srilankite

de structure orthorhombique, ses paramètres de maille sont^[16],[17] :

• a = 5,531 Å ;
• b = 5,498 Å ;
• c = 5,9 Å.

Elle a une densité théorique de 4,348.

TiO₂ α

de structure rhomboédrique, ses paramètres de maille sont^[18],[19] :

• a = 5,133 Å ;
• c = 13,61 Å ;

Elle a une densité théorique de 3,757 et une densité généralement mesurée de 3,640.

TiO₂ β

de structure monoclinique, ses paramètres de maille sont^[20],[21] :

• a = 12,163 Å ;
• b = 3,735 Å ;
• c = 6,513 Å ;
• β = 107,29 °

Elle a une densité théorique de 1,538 et une densité généralement mesurée de 4,6.

Autres applications

Catalyse : Le dioxyde de titane est envisagé pour

• catalyser la dégradation de pesticides contenus dans l'eau, sous l'action des ultraviolets^[22].
• catalyser l'oxydation de NO2 (polluant issus des pots d'échappement) en NO3 (nitrates), par exemple en l'introduisant dans l'enrobé routier.

Annexes

Bibliographie

• Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data)
• Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, volume 7, (1969)
• Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, volume 3, page 57 (1964)
• Bendeliani et coll., Geochem. Int., volume 3, page 387 (1966)
• Halla, F., Z. Anorg. Chem., volume 184, page 423 (1929)
• Marchand, R., Brohan, L., Tournoux, M., Mater. Res. Bull., volume 15, page 1129 (1980)
• W.S. Kuo, Photocatalytic oxidation of pesticide rinsate., J Environ Sci Health B., janvier 2002, vol. 37(1), p. 65–74

Liens externes

• (en) Historical Development of Titanium Dioxide, d'après le fabricant Millenium Chemicals
• Données sur la fabrication (selon le fabricant Huntsman)

Références

1. ↑ ^{a , b , c  et d} DIOXYDE DE TITANE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
2. ↑ IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 2B : Peut-être cancérogènes pour l'homme » sur http://monographs.iarc.fr, 16 janvier 2009, CIRC. Consulté le 22 août 2009
3. ↑ « Dioxyde de titane » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme canadien responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
4. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-021-1276
5. ↑ Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, volume 7, (1969), p83
6. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-021-1272
7. ↑ Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, volume 7, (1969), p82
8. ↑ http://www.inrs.fr/inrs-pub/inrs01.nsf/IntranetObject-accesParReference/Breve%20Dioxyde%20de%20Titane/$FILE/Visu.html
9. ↑ IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Carbon Black, Titanium Dioxide and Non-Asbestiform Talc. IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Vol. 93. Lyon : International Agency for Research on Cancer. (2006). (Ressource électronique) [1]
10. ↑ American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Documentation of the TLVs and BEIs with other worldwide occupational exposure values, CD-ROM 2005. Cincinnati, OH : ACGIH. (2005). Publication 0105DiskCD. [CD-120001] (CD-ROM) ACGIH
11. ↑ National Institute for Occupational Safety and Health., Evaluation of health hazard and recommendations for occupational exposure of titanium dioxide (DRAFT). NIOSH current intelligence bulletin. NIOSH. (2005). (Ressource électronique) Document CDC
12. ↑ ^{a , b , c , d  et e} [Voir page 10/19 du document « NANOFORUM DU CNAM : Bilan et perspectives / Rapport d’évaluation de la convention signée entre la DGS et le Cnam-IHIE en 2007 »]
13. ↑ Lors de la séance du 6 décembre 2007 (où l'AFSSAPS a aussi évoqué un projet de guide pour les industriels): Nanotechnologies et produits cosmétiques. Voir page 11/19 de la version PDF du rapport
14. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-029-1360
15. ↑ Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr. 25, volume 3, page 57 (1964)
16. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-021-1236
17. ↑ Bendeliani et coll., Geochem. Int., volume 3, page 387 (1966)
18. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-035-0088
19. ↑ Halla, F., Z. Anorg. Chem., volume 184, page 423 (1929)
20. ↑ Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data), fiche 00-002-1359
21. ↑ Marchand, R., Brohan, L., Tournoux, M., Mater. Res. Bull., volume 15, page 1129 (1980)
22. ↑ W.S. Kuo, Photocatalytic oxidation of pesticide rinsate., J Environ Sci Health B., janvier 2002, vol. 37(1), pp65–74

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