¿Qué es el dióxido de titanio?

¿De dónde proviene y por qué es tan necesario?

El dióxido de titanio (TiO2) es una sustancia brillante de color blanco utilizada principalmente como colorante en una amplia gama de productos cotidianos. También posee una serie de cualidades menos conocidas que lo convierten en un agente extremadamente útil e importante en nuestra lucha contra el cambio climático y el cáncer de piel.

Muy apreciado por su resplandeciente color blanco, su capacidad de dispersar la luz y su resistencia a los rayos ultravioleta, el TiO2 es un ingrediente común que está presente en cientos de productos cotidianos, aporta beneficios notables para la economía y mejora la calidad de vida.

  • En la UE, el TiO2 se emplea en pinturas, plásticos, papeles, fármacos, protectores solares y alimentos, entre otros productos.
  • Como fotocatalizador, el dióxido de titanio se puede añadir a pinturas, cementos, ventanas y tejas para descomponer los contaminantes medioambientales.
  • Como pigmento blanco, el TiO2 es una de las materias primas más importantes para pinturas y revestimientos. Las pinturas que contienen esta sustancia generan 3500 millones de euros solamente en el mercado del bricolaje.

 

¿Qué es el dióxido de titanio?

El dióxido de titanio es un compuesto inorgánico de color blanco que se emplea desde hace casi un siglo en una enorme cantidad de productos diversos. Se confía en esta sustancia porque aporta luminosidad sin ser tóxica ni reactiva, lo cual permite intensificar la blancura y el brillo de muchos materiales de forma segura.

Se trata del pigmento conocido más blanco y brillante, posee cualidades reflectantes y es capaz tanto de dispersar como de absorber los rayos ultravioleta.


 

¿Para qué se utiliza el dióxido de titanio?

Debido a su resplandeciente color blanco, sus propiedades altamente refractantes y su magnífica resistencia a los rayos ultravioleta, el TiO2 goza de gran popularidad tanto en el sector industrial como en el del consumidor y se incluye en decenas de productos que la gente usa y ve todos los días.

Aparte de emplearse en pinturas, revestimientos catalíticos, plásticos, papeles, fármacos y protectores solares, también tiene aplicaciones menos conocidas en productos como embalajes, tintas de impresión comercial, cosméticos, dentífricos y alimentos (colorante E171).  

Pinturas, revestimientos y plásticos

En su uso específico como pigmento para pinturas, el TiO2 se llama blanco de titanio, pigmento blanco 6 o CI 77891. También se le denomina “el blanco perfecto” o “el blanco más blanco” por sus potentes cualidades blanqueadoras.

Hasta que se modificaron las leyes en la década de 1920, la mayoría de los fabricantes de pintura empleaban blanco de plomo extremadamente tóxico como blanqueador y no querían cambiar al dióxido de titanio, en parte porque esta sustancia tenía un coste superior. El óxido de cinc (ZnO) también se utiliza como pigmento blanco, pero es menos efectivo.

El dióxido de titanio se ha convertido en uno de los pigmentos más comunes del mundo y es la base de casi todos los colores de las pinturas. También se encuentra en revestimientos y plásticos. Estas aplicaciones del dióxido de titanio representan más del 50 % de su uso a escala global.

Su elevado índice de refracción implica que, como pigmento, es capaz de dispersar la luz visible. El resultado es un color opaco que adquiere una cualidad brillante y reflectante cuando se aplica a una superficie o se incorpora a un producto.

Un buen ejemplo de estas aplicaciones es su uso como revestimiento para aerogeneradores, ya que les otorga un apropiado color blanco y los protege ante la degradación causada por los rayos ultravioleta. Por estas mismas razones, también se encuentra en marcos de plástico para ventanas.
 

Alimentación

En la industria alimentaria, el TiO2 se emplea en grado de pigmento (véase la explicación más abajo) y se llama E171. Actúa como blanqueador en muchos productos alimenticios, pero también hace las veces de potenciador del color y de la textura. El E171 puede aportar suavidad al chocolate o acidez a los caramelos.

Obtenga más información sobre el dióxido de titanio en la alimentación.
 

Cosméticos y productos para el cuidado de la piel

En el ámbito del maquillaje y el cuidado de la piel, el dióxido de titanio se usa como pigmento y como espesante en las cremas. En los protectores solares, el TiO2 ultrafino resulta útil por su transparencia y su capacidad de absorber los rayos ultravioleta.

Obtenga más información sobre cómo se utiliza el dióxido de titanio en los protectores solares.
 

Beneficios medioambientales

Gracias a sus diversas propiedades, el dióxido de titanio ha resultado ser útil en muchas aplicaciones beneficiosas para el medio ambiente.

Cuando se añade a un revestimiento de pintura en el exterior de edificios situados en un clima cálido o tropical, el color blanco y la propiedad reflectante del TiO2 pueden generar un ahorro energético considerable al reducir la necesidad de encender el aire acondicionado.

Además, su opacidad implica que no hace falta aplicar capas gruesas o dobles, lo cual mejora la eficiencia de los recursos y evita la generación de residuos.

Como fotocatalizador, el dióxido de titanio se puede añadir a pinturas, cementos, ventanas y tejas para descomponer los contaminantes medioambientales. En cuanto que nanomaterial (véase la explicación más abajo), tiene una función crucial como catalizador de DeNOx en los sistemas de escape de automóviles, camiones y centrales eléctricas, puesto que minimiza su impacto medioambiental.

Los investigadores están descubriendo nuevos usos potenciales del dióxido de titanio en esta forma, entre los que se incluye la producción de energía limpia.

En su condición de fotocatalizador, también se ha demostrado que el TiO2 puede llevar a cabo el proceso de hidrólisis (división del agua en partículas de hidrógeno y de oxígeno) para luego utilizar el hidrógeno obtenido como combustible.

Asimismo, hay un tipo de célula fotovoltaica –llamada célula solar sensibilizada por colorante o célula solar Grätzel– disponible en el mercado que emplea dióxido de titanio en grado de nanomaterial para producir energía solar mediante un proceso parecido a la fotosíntesis en las plantas.

Consulte la sección Usos del dióxido de titanio para obtener más información.
 

Propiedades físicas del dióxido de titanio

El dióxido de titanio posee una serie de características únicas que lo hacen ideal para muchas aplicaciones distintas.

Tanto su punto de fusión (1843 ºC) como su punto de ebullición (2972 ºC) son extremadamente altos, de modo que se encuentra en estado sólido en la naturaleza y es insoluble en agua hasta en forma de partícula. El TiO2 también es un aislante.

A diferencia de otros materiales blancos que muestran un aspecto ligeramente amarillento bajo la luz, el TiO2 es de un blanco puro gracias a su manera de absorber los rayos ultravioleta.

Asimismo, cabe destacar su elevado índice de refracción (es decir, su capacidad para dispersar la luz), superior incluso al del diamante. Esto hace que sea una sustancia increíblemente brillante y un material idóneo para el diseño estético.

Otra propiedad esencial del dióxido de titanio es que puede mostrar actividad fotocatalítica bajo los rayos ultravioleta. En consecuencia, resulta eficaz para la purificación ambiental en distintas clases de revestimientos protectores, así como para la esterilización, las superficies antivaho y nada menos que para el tratamiento del cáncer.

  • Resplandeciente
    Ofrece un brillo, una intensidad cromática, una opacidad y una blancura únicos.
  • Resistente
    Su estabilidad ante los efectos del calor, la luz y la intemperie evita que las pinturas y las películas protectoras se degraden y que los plásticos se vuelvan frágiles.
  • Protector
    Su capacidad para dispersar y absorber la radiación ultravioleta explica que sea un ingrediente esencial de las cremas solares, ya que protege la piel de los efectos dañinos y cancerígenos de los rayos.
  • No tóxico
    Dado que no es tóxico ni reactivo, se puede usar en productos alimenticios y farmacéuticos sin que afecte negativamente a los otros ingredientes.
  • Potente
    Se emplea como fotocatalizador en los paneles solares y para reducir los contaminantes del aire.

 

Formas del dióxido de titanio

El TiO2 posee cualidades distintas en función de si se produce en grado de pigmento o en grado de nanomaterial. Ambas formas son insípidas, inodoras e insolubles.

Las partículas de TiO2 en grado de pigmento tienen una dimensión aproximada de 200-350 nm. Esta forma representa el 98 % de la producción total y se utiliza sobre todo para dispersar la luz y crear superficies opacas en productos como la pintura (esto incluye su uso como base en varias pinturas de colores y como simple color blanco brillante).

El TiO2 ultrafino (en grado de nanomaterial) está compuesto por partículas primarias que miden menos de 100 nm. Con esta forma, el dióxido de titanio es transparente (incoloro) y sus propiedades de dispersión y absorción de los rayos ultravioleta son mejores que las de las partículas más grandes del TiO2 en grado de pigmento.
 

Composición del dióxido de titanio

El titanio es uno de los metales más comunes de la Tierra, pero en la naturaleza no existe en su estado elemental. El dióxido de titanio, llamado también óxido de titanio (IV), es el compuesto que se crea de manera natural cuando el titanio reacciona con el oxígeno presente en el aire. En su forma de óxido, el titanio se halla en minerales de la corteza terrestre. También se encuentra junto con otros elementos, como el calcio y el hierro.

Su fórmula química es TiO2, es decir, está compuesto por un átomo de titanio y dos átomos de oxígeno (de ahí el término “dióxido”). Su número de registro en el CAS (Chemical Abstracts Service) es el 13463-67-7.

En general, se considera que el TiO2 es químicamente inerte, lo cual significa que no reacciona con otras sustancias químicas; por lo tanto, es una sustancia estable que se puede utilizar en numerosas industrias y para una gran variedad de aplicaciones.  
 

Origen del dióxido de titanio

El dióxido de titanio recibió su denominación oficial tras ser creado en un laboratorio a finales de la década de 1800. Sin embargo, no se comercializó masivamente hasta comienzos del siglo XX, cuando empezó a imponerse como alternativa más segura a otros pigmentos blancos.

El metal titanio y su compuesto TiO2 se hallan en todo el mundo –unidos a otros elementos como el hierro– en varios tipos de rocas y arenas minerales, incluido un componente de algunas playas arenosas. El titanio se suele encontrar en la ilmenita (un mineral óxido que contiene titanio y hierro) y, a veces, en el rutilo (una forma del TiO2). Estos compuestos moleculares inertes se deben separar mediante un proceso químico para obtener dióxido de titanio puro.
 

Extracción del dióxido de titanio

El modo de extraer dióxido de titanio puro de moléculas que contienen titanio depende de la composición de la mena o la materia prima. Existen dos métodos para producir TiO2 puro: un proceso de sulfato y un proceso de cloruro.

La principal fuente natural de dióxido de titanio es la ilmenita, que contiene un 45-60 % de TiO2. A partir de este mineral o de un derivado enriquecido (escoria de titanio), es posible obtener TiO2 puro mediante los procesos de sulfato o cloruro.
 

Método del sulfato y método del cloruro

Entre los dos métodos de extracción posibles, el proceso de sulfato es actualmente el más popular para producir TiO2 en la Unión Europea: se emplea en el 70 % de los casos, mientras que el 30 % restante corresponde al proceso de cloruro. A escala global, se calcula que el 40-45 % de la producción mundial se basa en este segundo proceso.

Al tratarse de una sustancia ampliamente utilizada con múltiples aplicaciones, se están realizando investigaciones para optimizar el proceso de producción con el objetivo de reducir la cantidad de productos químicos usados y de residuos generados, así como de reciclar los derivados.
 

Futuro del dióxido de titanio

Resulta sorprendente que una sustancia relativamente desconocida entre el gran público como el dióxido de titanio esté presente en tantísimos productos de uso cotidiano. Gracias a sus numerosas y variadas propiedades, nuestra piel, las ciudades, los vehículos, los hogares, los alimentos y el entorno son más brillantes, seguros, resistentes y limpios. El dióxido de titanio, que se usa sin peligro con fines comerciales desde hace cien años, será cada vez más importante a medida que la población humana crezca y debamos afrontar desafíos medioambientales de mayor envergadura.