Alessandra Guerreiro RA : 961839

Sandra Cecília Bannwart RA : 963226

 

 

DIÓXIDO DE TITÂNIO

 

  1. Aspectos Gerais1
  2. Pigmento é um material sólido finamente dividido, insolúvel no meio, são utilizados para conferir cor, opacidade, certas características e outros efeitos.O dióxido de titânio é um dos mais importantes pigmentos brancos produzidos, sendo sua produção mundial em torno de 2,5 milhões de ton/ano. Apresenta ampla faixa de aplicação incluindo tintas arquitetônicas, industriais e de impressão, plásticos, borrachas, papel, produtos têxteis, alimentícios e fármacos.

    Dióxido de titânio puro (TiO2) é um sólido cristalino incolor, estável. Ele é anfótero, apesar de apresentar características mais ácidas do que básicas; é também polimorfo, existindo em três formas cristalinas fundamentais: rutilo tetragonal ou anatase e bruquita ortorrômbica, sendo que apenas as duas primeiras são comercialmente produzidas e o pigmento de forma rutilo, o mais importante em termos de volume.

    Os cristais de rutilo apresentam uma estrutura mais compacta que a forma anatase, o que explica as importantes diferenças entre as duas formas, em particular o seu elevado índice de refração, maior estabilidade e alta densidade.

    O alto índice de refração dos cristais de rutilo, que leva ao seu maior poder opacificante e superior estabilidade exterior, é a principal razão para seu uso preferencial em relação ao anatase. O anatase é usado apenas em algumas aplicações específicas, em que é selecionado pela sua tonalidade azulada, sua habilidade de agir como branqueador óptico ou sua baixa abrasividade

     

  3. Propriedades1

A capacidade de opacificar e branquear o meio em que está disperso, é a mais importante propriedade de um pigmento branco. O potencial opacificante é essencialmente controlado por duas propriedades : índice de refração e tamanho de partícula.

O índice de refração é uma propriedade associada à estrutura cristalina, ficando assim fora do controle do fabricante. O dióxido de titânio rutilo é o que apresenta o maior índice de refração de todos os pigmentos brancos disponíveis.

Pela equação de Fresnel simplificada, pode-se obter uma indicação da influência do índice de refração na opacidade:

 

F = ( np – nr )2 / ( np + nr )2

 

Onde : F = refletividade do filme

np = índice de refração do pigmento

nr = índice de refração do veículo (aproximadamente 1,5 para a maioria dos veículos)

 

 

 

 

Pigmento

Índice de Refração

Refletividade (F x 100)

Opacidade Relativa

TiO2 (rutilo)

2,71

8,26

100

TiO2 (anatase)

2,55

6,72

81

Óxido de Antimônio

2,20

3,58

43

Óxido de Zinco

2,01

2,11

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- Índice de Refração e Refletividade de alguns pigmentos brancos1:

Um filme é opaco porque as partículas pigmentadas espalham e/ou absorvem a luz incidente, impedindo que esta alcance o substrato.

Tintas brancas opacificam basicamente por espalhamento de luz, enquanto que em tintas coloridas há um aumento da dependência do efeito de absorção com o aumento da concentração de pigmentos coloridos.

Antes da luz que penetra um filme ser absorvida pelo substrato, esta é refratada e refletida muitas vezes. Quanto maior for o índice de refração, maior será o ângulo de deflexão da luz incidente, e assim, menor a possibilidade de a luz atingir o substrato.

A eficiência do espalhamento de uma partícula pigmentar está diretamente ligada a suas dimensões e a concentração do pigmento por volume (PVC) nos sólidos da tinta. Portanto, o tamanho de um pigmento de dióxido de titânio influenciará a opacidade do filme. O tamanho médio do cristal de um pigmento é controlado pelo fabricante durante o processo, mas a distribuição do tamanho de partícula depende da eficiência do processo de distribuição.

 

 

3. Produção do Pigmento1

Comercialmente, o dióxido de titânio é produzido por dois processos: sulfato ou cloreto. O processo sulfato envolve todos os processos químicos clássicos, exceto a destilação, e é uma operação industrial complexa de múltiplo estágio. O minério bruto de titânio é reagido com ácido sulfúrico e o sulfato de titanila obtido é hidrolisado, obtendo-se um óxido hidratado que é calcinado a 900oC para produzir o dióxido de titânio pigmentar. Após esse processo o produto pode ser moído e embalado ou sofrer tratamento superficial para lhe conferir melhorias em suas propriedades, como dispersibilidade e durabilidade.

A figura 1 apresenta um esquema dos passos seguidos no processo sulfato. As reações envolvidas no processo são:

 


FeOTiO2 + 2H2SO4 TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O (Digestão)


TiOSO4 + 2H2O TiO(OH)2 + H2SO4 (Hidrólise)


TiO(OH)2 TiO2 + H2O (Calcinação)

 

O processo cloreto foi desenvolvido a nível de laboratório no início dos anos 20, mas apenas aplicado em escala industrial no final dos anos 50. Neste processo, rutilo mineral ou minério refinado é reagido com cloro gasoso em presença de coque para formar tetracloreto de titânio líquido. Após destilação, este é oxidado na fase vapor pruduzindo dióxido de titânio pigmentar, que também pode passar por um processo de tratamento de superfície. A figura 2 demonstra o esquema dos passos seguidos neste processo, com as reações:

 


TiO2 + C + 2Cl2 TiCl4 + CO2 (Cloração)


TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2 (Oxidação)

(pigmentar)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1 : Processo Sulfato.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2: Processo Cloreto.

 

 

 

4. Comercialização3:

A indústria de dióxido de titânio é complexa e bastante sofisticada por requerer constante desenvolvimento tecnológico para produtos especiais, como o processo de produção via cloreto que se baseia na proteção ambiental. Ele se diferencia do processo sulfato com uma acentuada adequação às propriedades ópticas e melhoria de qualidade.

Em 1996 o mercado de dióxido de titânio viveu uma fase histórica de sua transição no tocante ao aumento da alíquota de importação, alterada de 12% para 20% . A Abrafati – Associação Brasileira dos Fabricantes de tintas e o Sitivesp – Sindicato da Indústria de Tintas e Vernizes do Estado de São Paulo, expressaram sua preocupação com a alteração da alíquota de importação da matéria-prima ser mais elevada do que a do produto final. "A TEC – Tarifa Externa Comum, para Tintas é de 14% e para pigmento a base de dióxido de Titânio passou para 20% e isso tornou-se contrário a uma política industrial coerente, pois desistimula a produção nacional à importação do produto acabado ".

Em 1996 o preço do TiO2, no Brasil, variava em torno de US$ 2.000 a US$ 2.200 a tonelada e contava com uma diferença de 6% do valor internacional. Além de ser o único pigmento branco existente no mundo, o dióxido de titânio possue sucedâneos que estão sendo estudados para garantir sua substituição. O produto, apesar de ser amplamente utilizado na indústria de tintas em geral, compartilha com outros setores crescentes neste mercado como a indústria de plásticos, papel, metal, borracha, entre outros.

Mundialmente existe um excedente para o titânio em cerca de 300 a 400 mil toneladas. A estimativa de demanda mundial em 1995 foi aproximadamente 3,3 a 3,5 milhões de toneladas. Em 1996 acompanhou o crescimento do PIB, significando para o mercado um volume aproximado de 85 mil toneladas de TiO2.

 

5. Aplicações1

A aplicação deste pigmento varia de acordo com a posição geográfica :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Preço do TiO2 2 : 1,17 $/kg ( anatase )

1,39 $/kg ( rutilo )

 

 

7. Posição na TEC ( Tarifa Externa Comum) 4 :

Capítulo 28: "Produtos Químicos Inorgânicos, Compostos Inorgânicos ou Orgânicos de Metais Preciosos, de elementos Radioativos, de Metais de Terras Raras ou de Isótopos".

Posição e Subposição

2823.00 - 2823.00.01.01 - Tipo Anatase

2823.00 - 2823.00.01.02 - Tipo Rutilo

2823.00 – 2823.00.99.00 - Outros

 

 

8. Bibliografia

 

(1) Tintas e Vernizes – Ciência e Tecnologia – Vol.1, 2a edição, 1995 – Abrafati (Associação Brasileira dos Fabricantes de Tintas).

 

(2) Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition, Vol. : 17.

 

(3) Tintas e Vernizes – Ano XXXVI – Agosto 1996 – No 163 : " Dióxido de Titânio – Novas medidas para Comercialização do produto" pg 6 – 9.

 

  1. http//members.tripod.com/~zemarco/cap28.htm