Le dioxyde de titane est le meilleur pigment inorganique blanc à ce jour et est largement utilisé dans les revêtements, les plastiques, les encres, la fabrication du papier, le caoutchouc, les fibres chimiques et les cosmétiques.
L'efficacité du dioxyde de titane en tant que pigment est principalement due à ses propriétés optiques, qui sont influencées principalement par ses caractéristiques de surface. Le noyau des particules de TiO₂ joue un rôle minime dans la détermination des performances du pigment.
Le carbonate de calcium ordinaire est nettement moins cher, ne coûtant que quelques centaines à quelques milliers de yuans par tonne, tandis que le dioxyde de titane peut coûter jusqu'à 17 000 yuans par tonne. La perspective de remplacer totalement ou partiellement le dioxyde de titane par du carbonate de calcium offre une opportunité de réduction substantielle des coûts.
Une équipe dirigée par le professeur Ding Hao de l'Université chinoise des géosciences (Pékin) a développé une stratégie pour améliorer les performances du TiO₂ en créant une structure composite ordonnée combinant des minéraux et Particules de TiO₂. Cette recherche a abouti à quatre procédés innovants qui améliorent les propriétés pigmentaires du TiO₂ et permettent sa production verte.
1. Méthode de broyage mécanique en phase liquide
Ce procédé consiste à activer des particules solides par broyage mécanique dans un milieu liquide (essentiellement de l'eau), ce qui provoque une réaction d'interface entre le carbonate de calcium et les particules submicroniques de TiO₂. Le résultat est une couche de particules composites.
Les principaux avantages de cette méthode sont les suivants :
- Aucune utilisation de produits chimiques toxiques
- Aucune production d’eaux usées, de gaz résiduaires ou de déchets solides
- Faible consommation d'énergie, avec un coût de traitement inférieur à 1 000 yuans par tonne
2. Méthode de carbonatation
Dans cette méthode, des particules de TiO₂ sont ajoutées à une émulsion d'hydroxyde de calcium [Ca(OH)₂], suivie d'une réaction de carbonatation avec du gaz CO₂. Ce processus crée un pigment composite CaCO₃-TiO₂.
En utilisant du carbonate de calcium peu coûteux et une technique de précipitation en phase gazeuse plus facile à contrôler, cette méthode permet de réduire la consommation de TiO₂ tout en maintenant les performances du pigment. Cette approche permet également de réduire les coûts de production. utilisateurs finaux.
3. Méthode d'assemblage par agglomération hydrophobe
Dans cette technique, TiO₂ sert d'unité d'assemblage primaire, tandis que CaCO₃ agit comme particule invitée. Les forces hydrophobes sur les surfaces des particules dans un système à base d'eau entraînent la combinaison des particules de TiO₂ et de CaCO₃. Cela conduit à la construction d'une distribution de revêtement bien organisée et stable de TiO₂ sur la surface des particules de CaCO₃.
Cette méthode est respectueuse de l'environnement et économe en énergie, car elle ne produit aucun déchet. De plus, le pigment composite obtenu présente des propriétés hydrophobes, ce qui le rend hautement compatible avec les systèmes organiques.
4. Dépolymérisation thermique et technologie composite robuste
Ce procédé à sec implique une dépolymérisation thermique, une modification, un revêtement et une isolation entrelacée pour créer des produits de post-traitement TiO₂. Le pigment composite minéral-TiO₂ obtenu présente une dispersion élevée et stable des particules de TiO₂, améliorant ainsi ses propriétés pigmentaires.
Le pigment composite CaCO₃-TiO₂ produit par cette méthode présente des propriétés similaires à celles du dioxyde de titane commercial, notamment la couleur, l'absorption d'huile, le pouvoir couvrant et la stabilité à la lumière, mais à un coût inférieur. Cela en fait une option intéressante pour les industries qui ont traditionnellement recours au dioxyde de titane, leur offrant une alternative prometteuse avec un large potentiel de marché.
