Titaanwit is een oxide van titanium dat – naast toepassing als wit pigment in verf, papier, kunststof, tandpasta en farmaceutische producten – ook wordt gebruikt voor het maken van bijvoorbeeld sieraden, constructies en implantaten.
Het element, met als chemische afkorting Ti, is ruim beschikbaar in de aardkorst, maar moet eerst als erts worden behandeld om er titaanwit uit te krijgen. De bereidingswijze is gecompliceerd, vereist veel energie en geeft bij één proces (het sulfaatproces) veel afval.
Witte pigmenten
Titaanwit is het oxide van titanium (Ti), een element met atoomnummer 22 uit het Periodiek Systeem, een overzicht van alle tot nu toe bekende stoffen. Aluminium (Al) heef als vergelijk atoomnummer 13 en ijzer (Fe) atoomnummer 26. De in de industrie beschikbare witte pigmenten zijn de oxides van Antimoon (Sb), Barium (Ba), Lood (Pb), Zink (Zn) en Titanium (Ti). Zie tabel 1 in de bijlage onderaan de pagina.
De brekingsindex van titaandioxide is het meest gunstig, namelijk 2,6. Dit betekent dat het meeste licht wordt teruggekaatst en het minst wordt geabsorbeerd in vergelijking met de andere witte pigmenten. Hierdoor is titaanwit het meest heldere witte pigment en heeft het de beste dekkracht.
Antimoon- en loodoxiden hebben schadelijke eigenschappen. Zinkoxide is transparant en wordt niet meer als witpigment gebruikt. Het is bekend om zijn roestwering en desinfecterende werking en wordt als zinkzalf gebruikt.
Fabricage titaandioxide
Er zijn twee bereidingswijzen voor titaanwit, namelijk het sulfaatproces met ilmenieterts, waarin 50% TiO2 aanwezig is, en het chlorideproces met rutielerts dat 90% TiO2 bevat. Het erts wordt onder andere gewonnen in Noorwegen, Canada en in de Verenigde Staten.
Bij het chlorideproces, waarbij chloor wordt gebruikt, komt belangrijk minder afval vrij dan bij het sulfaatproces. Maar er is een temperatuur van 900 graden Celsius nodig om chloor te binden aan het titanium, waardoor er veel meer energie nodig is dan bij het sulfaatproces.
TiO2 is polymorf, wat betekent dat er verschillende kristallijne structuren mogelijk zijn. Het stabiele rutiel titaanwit is octaedrisch en wordt door zes zuurstofionen omgeven.
Bij anataas titaanwit liggen de actaedders in een plat vlak, waardoor andere eigenschappen ontstaan. Anataas pigment was vroeger goedkoper, maar is grotendeels verdwenen omdat rutiel universeel inzetbaar is. Zie tabel 2 in bijlage onderaan de pagina.
Grondstofprijzen
Door de enorme vraag naar titaanwit in de wereld is de schaalgrootte van de productie toegenomen waardoor grote fabrieken zijn ontstaan, die of heel milieuvervuilend zijn (sulfaatproces) of heel veel energie gebruiken (chloorproces).
Door de toenemende aandacht voor het milieu en het klimaat staat de fabricage van titaanwit onder druk en stijgen de grondstofprijzen. Ook is het voor fabrikanten interessanter om het hoogwaardige titanium in te zetten voor de medische (implantaten), cosmetische en farmaceutische industrie waar hogere prijzen worden betaald voor het materiaal. Dit betekent dat er gekeken moet worden hoe op andere manieren een hoge brekingsindex is te krijgen van beschikbare oxiden.
Nieuwe ontwikkelingen
De eerste mogelijkheid is om de dure pigmenten te vervangen door goedkopere vulstoffen, die een hoge witheidgraad (brekingsindex) hebben. Er zijn heel veel soorten silicaten (siliciumoxiden) waarin de elementen aluminium (China clay of kaolien) en magnesium (talk) aanwezig kunnen zijn.
Ook dolomiet (magnesiumcalciumcarbonaat) is een veel gebruikte vulstof. De brekingsindexen van de vulstoffen liggen echter vele malen lager dan die van titaanwit. Zie tabel 3 in tabel onderaan de pagina.
Vulstoffen hebben een grijs grauwe kleur als ze nat zijn of nat worden, maar drogen wit op. Dit betekent dat een natte verf met veel vulstoffen grauw is, maar na drogen een spierwit uiterlijk heeft. Dit verschijnsel werd vroeger veel toegepast in het ‘sausen’ of ‘kalken’ van muren en plafonds. Om wit betaalbaar te houden, is het mogelijk deze optie wederom te gebruiken.
Alle vulstoffen hebben een grotere deeltjesgrootteverdeling dan titaanwit en de deeltjes liggen tussen de 1 en 20 micron (µm). Nieuwe ontwikkelingen laten vulstoffen zien met kleinere deeltjes die soms tegen het ‘nanogebied’ aanzitten. Een nanometer is een duizendste van een micronmeter. Door kleinere deeltjes ontstaat een groter specifiek oppervlak, waardoor een betere dekkracht ontstaat.
Mogelijke gevaren
Titaanwit, krijt en andere vulstoffen hebben geen schadelijk effect op de gezondheid van mens en dier. Ze worden ook aan levensmiddelen toegevoegd (titaanwit is E171 en krijt E170) om het wit of helder te maken. Tandpasta wordt al jarenlang geproduceerd met schuurmiddelen, vulstoffen én titaanwit. Ook gaat titaanwit het vergelen tegen en weerspiegelt het ultraviolet (UV) licht.
De discussie over mogelijke gevaren van titaanwit is ontstaan doordat er kleine hoeveelheden nanodeeltjes in titaanwit voorkomen. Nanodeeltjes kunnen gevaarlijk zijn omdat ze door de huid kunnen migreren en zo in onze organen kunnen komen.
Dit geldt ook voor klei, krijt en andere vulstoffen die nanodeeltjes kunnen bevatten. Vergeten wordt dat de samenstelling van de stof niet schadelijk is en geen negatieve invloed kan uitoefenen op het functioneren van cellen.
Met schadelijke stoffen zoals lood, cadmium, kwik en chroom6 is dat geheel anders. In de moleculaire celbiologie verstoren deze stoffen het groeiproces en breken organische structuren af. Dit is met koolstof, stikstof, zuurstof, maar ook titanium, aluminium en ijzer niet het geval. Vandaar dat deze stoffen ook in de farmaceutische en medische industrie worden gebruikt.
E-kleurstoffen
Mensen die zeggen dat de E-kleurstoffen gevaarlijk zijn, zijn over het algemeen laag opgeleid en hebben geen kennis genomen van de uitgebreide onderzoeken die al meer dan 50 jaar plaatsvinden. Kleurstoffen zonder E-nummer zijn verdacht en zouden juist moeten worden vermeden.
Sinds 1967 is er zeer uitgebreide wet- en regelgeving in Europa, die telkens wordt aangepast en aangescherpt. Het bekende REACH-programma houdt vooral de deur dicht voor landen en producenten buiten de EU, die gevaarlijke stoffen of stoffen waarvan onvoldoende kennis is over de effecten op veiligheid, gezondheid en milieu, op de markt brengen.
Discussie nanodeeltjes
De discussie over nanodeeltjes is vijftien jaar geleden begonnen toen werd ontdekt dat producten met meer dan 50 procent nanodeeltjes geheel andere eigenschappen gingen vertonen dan producten die dat niet hadden. Ook binnen de EU wordt nog steeds onderzoek gedaan naar de effecten van nanoproducten op de veiligheid, gezondheid en het milieu. Kleine hoeveelheden nanodeeltjes in krijt, klei of andere vulstoffen worden zolang de mensheid bestaat, toegepast en zelfs gebruikt om zichzelf te beschilderen. Het wordt hoog tijd dat méér mensen scheikunde en chemie gaan studeren om kennis te nemen van de zin en onzin van (chemische) stoffen die op aarde voorkomen en waaruit het leven is opgebouwd.