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Afinal de contas, o que é o Dióxido de Titânio?

O titânio é o 9º elemento mais abundante da Terra, e ele é obtido a partir dos seus óxidos. Dentre esses óxidos, o dióxido de titânio (TiO2) tem grande destaque pelas suas propriedades físico-químicas diferenciadas, o que o torna muito versátil e vastamente aplicado, ao longo dos últimos 100 anos, em diversos segmentos do mercado, principalmente em tintas, revestimentos, plásticos, perfis de PVC, papel, cerâmicas e até mesmo em aplicações farmacêuticas, cosméticas e em tratamento de água. É isso que faz do Dióxido de Titânio o pigmento branco mais utilizado no mundo.

O dióxido de titânio é um pó branco ou esbranquiçado, finamente dividido, inorgânico, não-reativo (inerte) e polar. A polaridade decorre da presença de oxigênio na estrutura molecular: a eletronegatividade do oxigênio (3,44) é a segunda maior dentre os elementos (somente o flúor é mais eletronegativo que o oxigênio!), enquanto que o titânio tem baixa eletronegatividade (1,54). A diferença entre as eletronegatividades dos elementos faz com que a atração entre o titânio e oxigênio seja grande, por isso a maior parte do titânio na natureza se encontra na forma de óxido. Da diferença de eletronegatividade também decorre a polaridade da molécula:

Figura 1 – Molécula de dióxido de titânio. Fonte: Intercroma

Compostos polares têm afinidade com outros compostos polares, como a água (H2O). Ele também é classificado como inorgânico, pois não possui cadeia carbônica em sua estrutura. O dióxido de titânio é também um semicondutor, com o valor gap (EG) em torno de 3,2 eV, e com características ópticas e químicas únicas, as quais o destacam para aplicação em catálise e fotocatálise, em células solares, sensores e também em estudos de luminescência. <1>

Sua vastíssima aplicação como pigmento branco em tintas é possível, pois além de ser inerte e apresentar elevada estabilidade, o TiO2 tem um elevado índice de refração, dando à tinta uma alta opacidade (poder de cobertura). O dióxido de titânio também tem a propriedade de não absorver fótons com comprimento de onda na região do visível nem infravermelho. Assim, quando a luz incide na superfície, ela é refletida, então percebe-se a cor branca. O dióxido de titânio espalha em torno de 95% da radiação solar incidente, o que ajuda a diminuir a temperatura da superfície sobre a qual ele é aplicado.<15>

Quais os tipos de Dióxido de Titânio?

A forma mineral mais abundante do titânio, disponível na natureza, é a Ilmenita (FeTiO3), um óxido de ferro e titânio, de coloração preta (devido ao ferro) e do qual pode-se obter o TiO2. O dióxido de titânio está disponível para uso industrial em suas formas cristalinas mais comuns: anatase e rutilo. Há também a forma broquita, porém essa é mais instável, não sendo possível comercializá-la industrialmente.

O dióxido de titânio amorfo se converte em anatase a partir de 400 °C, e a anatase em rutilo em temperaturas em torno de 800 °C. Assim, a anatase é considerada metaestável, enquanto o rutilo é a forma termodinamicamente estável do mineral, e consequentemente, sua forma mais abundante. A estrutura cristalina do rutilo e da anatase é tetraédrica, porém as ligações são mais curtas na anatase. Já a broquita é ortorrômbica. <2>

A estrutura do rutilo é mais compacta que a anatase, dando ao rutilo um maior índice de refração, maior estabilidade, maior densidade e maior durabilidade, o que o torna preferível na utilização em tintas e plásticos. O rutilo existe em pouca quantidade na natureza, de forma que é necessário produzi-lo sinteticamente para suprir sua demanda global.

Figura 2 – Estrutura cristalina do rutilo. Átomos de titânio em branco e átomos de oxigênio em vermelho. Fonte: Intercroma

A estrutura do rutilo é mais compacta que a anatase, dando ao rutilo um maior índice de refração, maior estabilidade, maior densidade e maior durabilidade, o que o torna preferível na utilização em tintas e plásticos. O rutilo existe em pouca quantidade na natureza, de forma que é necessário produzi-lo sinteticamente para suprir sua demanda global.

Há dois processos dos quais se obtém o TiO2: processo sulfato e processo cloreto – o rutilo é obtido por estas duas vias, mas a anatase somente pelo processo sulfato, que é o mais antigo e mais utilizado industrialmente.

No processo sulfato, reage-se a Ilmenita com ácido sulfúrico (H2SO4), havendo formação de sulfato de ferro e dióxido de titânio. O sulfato de ferro é removido, o TiO2 é precipitado por hidrólise, filtrado e calcinado. Já no processo cloreto, parte-se do próprio rutilo (ou de algum composto com mais de 70% de TiO2 na composição) em reação com cloro gasoso, formando tetracloreto de titânio líquido, o qual é destilado e oxidado na fase vapor. Geram-se muito menos rejeitos no processo cloreto: 0,2 toneladas rejeito por tonelada de TiO2, enquanto que o processo sulfato gera em torno de 3,5 toneladas de rejeito por tonelada de TiO2. <5> A qualidade do dióxido de titânio obtido via cloreto é, geralmente, superior e seu tom mais azulado. Porém os custos do processo são muito maiores quando comparadas com o processo sulfato. Os TiO2 obtidos via processo sulfato também apresentam elevada qualidade e com menor custo.

Para que é usado?

Resumidamente, os diversos setores de aplicabilidade do dióxido de titânio estão representados:

O mercado global de dióxido de titânio foi avaliado em torno de 17,82 bilhões de euros em 2022. A maior aplicação do dióxido de titânio é como pigmento em tintas e revestimentos químicos; em torno de 56% das aplicações industriais do TiO2 correspondem ao setor de tintas. Segundo o relatório da Abrafati, as tintas no segmento arquitetônico correspondem a mais da metade desse setor:

O dióxido de titânio também é vastamente empregado em protetores solares, pois absorve radiações UVA e UVB, formando uma camada protetiva sobre a pele. <13>. Os raios UVA penetram a pele, em camadas profundas (além da derme), podendo causar envelhecimento e manchas, enquanto os raios UVB são mais curtos e alcançam as camadas superficiais, levando a queimaduras e possivelmente, ao câncer de pele.

Por décadas, o dióxido de titânio tem sido utilizado como corante alimentar, pois é estável sob calor, tem propriedades únicas de brancura e brilho, chegando a ser cinco vezes mais eficiente que outras alternativas. Ao longo destas décadas, não foi verificada ou comprovada uma relação direta entre o uso do TiO2 com malefícios à saúde humana. <14>

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