COMPOSITION DE PROTECTION CONTRE LES RAYONS ULTRAVIOLETSCOMPOSITION FOR PROTECTION AGAINST ULTRAVIOLET RAYS
La présente invention concerne une composition de protection contre les rayons ultraviolets.The present invention relates to a composition for protection against ultraviolet rays.
On sait que les rayonnements ultraviolets sont nocifs à l'égard des organismes vivants. Ils peuvent par exemple être à l'origine de cancers de la peau chez l'homme. Ils peuvent aussi entraîner des dégradations des milieux organiques comme les plastiques.We know that ultraviolet radiation is harmful to living organisms. They can for example be the cause of skin cancer in humans. They can also cause degradation of organic media such as plastics.
On a proposé des produits organiques qui ont des effets protecteurs vis à vis de ces rayonnements. Cependant la stabilité des ces produits n'est souvent pas satisfaisante. C'est pour cela qu'il a été aussi proposé des produits inorganiques comme l'oxyde de titane qui ont une bonne stabilité. L'oxyde de titane présente cependant des inconvénients. Il a tout d'abord des propriétés photocatalytiques ce qui lui fait émettre des radicaux libres et ce qui peut accélérer le processus de dégradation dans certaines matrices de polymères. En outre, pour avoir des propriétés anti-UV, il doit présenter une taille de particules relativement importante, par exemple supérieure à 50nm. Dans un tel cas, l'oxyde de titane n'est plus transparent et il confère de ce fait une coloration au milieu dans lequel il est incorporé.Organic products have been proposed which have protective effects with respect to this radiation. However, the stability of these products is often not satisfactory. This is why it has also been proposed inorganic products such as titanium oxide which have good stability. Titanium oxide has drawbacks, however. First of all, it has photocatalytic properties which makes it emit free radicals and which can accelerate the degradation process in certain polymer matrices. In addition, to have anti-UV properties, it must have a relatively large particle size, for example greater than 50 nm. In such a case, the titanium oxide is no longer transparent and therefore gives color to the medium in which it is incorporated.
Il existe donc un besoin pour un agent anti-UV inorganique qui ne présente pas de propriétés photocatalytiques et qui soii transparent éventuellement. L'objet de l'invention est de fournir un tel produit.There is therefore a need for an inorganic anti-UV agent which does not have photocatalytic properties and which is possibly transparent. The object of the invention is to provide such a product.
Dans ce but, l'invention concerne une composition de protection contre les rayons ultraviolets, caractérisée en ce qu'elle est à base d'un oxyfluorure de titane de formule (1 ) :For this purpose, the invention relates to a composition for protection against ultraviolet rays, characterized in that it is based on a titanium oxyfluoride of formula (1):
dans laquelle 0 < x < 0, 12.where 0 <x <0.12.
L'invention concerne aussi l'utilisation comme agent de protection contre les rayons ultraviolets d'un oxyfluorure de titane répondant à la formule (1) ci- dessus.The invention also relates to the use as a UV-protective agent of a titanium oxyfluoride corresponding to formula (1) above.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront encore plus complètement à la lecture de la description qui va suivre, des
divers exemples concrets mais non limitatifs destinés à l'illustrer ainsi que du dessin annexé dans lequel :Other characteristics, details and advantages of the invention will appear even more completely on reading the description which follows, various concrete but nonlimiting examples intended to illustrate it as well as the attached drawing in which:
- la figure unique est un graphe donnant les résultats de mesure du coefficient de reflexion diffuse en fonction de la longueur d'onde pour des produits selon l'invention.- The single figure is a graph giving the measurement results of the diffuse reflection coefficient as a function of the wavelength for products according to the invention.
L'invention repose sur la découverte des propriétés anti-UV de l'oxyfluorure de titane de formule (1) donnée ci-dessus.The invention is based on the discovery of the anti-UV properties of titanium oxyfluoride of formula (1) given above.
Cet oxyfluorure peut être stcechiométrique, c'est le cas où x=0, ou non. Plus particulièrement, x peut vérifier la relation 0 < x < 0,12 et encore plus particulièrement 0,02 < x < 0,12.This oxyfluoride can be stoichiometric, it is the case where x = 0, or not. More particularly, x can verify the relation 0 <x <0.12 and even more particularly 0.02 <x <0.12.
Cet oxyfluorure peut présenter aussi une masse volumique comprise entre 2, 90g. cm"3 et 2,99g. cm"3, cette mase volumique étant mesurée en utilisant le principe de la poussée d'Archimède d'une part en milieu gazeux (Argon U) et d'autre part en milieu liquide en utilisant du bromobenzène. II possède une taille moyenne de particule généralement d'au plus 2μm de préférence d'au plus 1μm. Cette taille est mesurée par microscopie électronique à balayage (MEB).This oxyfluoride can also have a density of between 2.90 g. cm "3 and 2.99 g. cm " 3 , this volume mass being measured using the principle of Archimedes' thrust on the one hand in gaseous medium (Argon U) and on the other hand in liquid medium using bromobenzene . It has an average particle size generally of at most 2 μm, preferably of at most 1 μm. This size is measured by scanning electron microscopy (SEM).
L'oxyfluorure peut être préparé par action de l'acide fluorhydrique HF ou du fluorure d'ammonium en milieu aqueux sur un composé de titane. Comme composé de titane, on peut utiliser un oxyde de type anatase ou de type rutile ou encore un oxychlorure TiOCI2 ou un oxysulfate TiOS04. Ces composés peuvent être employés sous forme solide, dans le cas des oxydes généralement, ou sous forme liquide par exemple l'oxychlorure. Il est aussi possible de partir d'une suspension colloïdale d'oxyde de titane. La réaction se fait de préférence à chaud, par thermohydrolyse, par exemple entre 80°C et 100°C sur une durée qui peut aller d'une dizaine d'heures à 4 jours notamment. Il est possible de travailler avec un excès de HF ou de fluorure d'ammonium. A l'issue de la réaction, le produit est filtré puis séché, par exemple à 100°C. Les caractéristiques de l'oxyfluorure obtenu, notamment la valeur du x donnée plus haut, dépendent du taux de OH" du composé solide de titane de départ ou du pH de la solution de ce composé quand celui-ci est utilisé sous forme liquide, de la concentration molaire en titane, de la concentration en HF ou en fluorure d'ammonium et de la granulométrie du composé de titane de départ quand celui-ci est utilisé sous forme solide.The oxyfluoride can be prepared by the action of hydrofluoric acid HF or ammonium fluoride in an aqueous medium on a titanium compound. As titanium compound, it is possible to use an anatase or rutile type oxide or a TiOCI 2 oxychloride or a TiOS0 4 oxysulfate. These compounds can be used in solid form, in the case of oxides generally, or in liquid form for example oxychloride. It is also possible to start from a colloidal suspension of titanium oxide. The reaction is preferably carried out hot, by thermohydrolysis, for example between 80 ° C and 100 ° C over a period which can range from ten hours to 4 days in particular. It is possible to work with an excess of HF or ammonium fluoride. At the end of the reaction, the product is filtered and then dried, for example at 100 ° C. The characteristics of the oxyfluoride obtained, in particular the value of x given above, depend on the rate of OH " of the solid starting titanium compound or on the pH of the solution of this compound when the latter is used in liquid form, the molar concentration of titanium, the concentration of HF or of ammonium fluoride and the particle size of the starting titanium compound when the latter is used in solid form.
Le produit obtenu cristallise dans le système cubique et le réseau cristallin est de type Re03 (groupe d'espace : Pm3m, a=3,80Â).
Le produit présente des propriétés d'absorption dans la gamme des UVB (280-300nm) et des UVA (300-400nm). De plus il n'est pas photocatalytique.The product obtained crystallizes in the cubic system and the crystal lattice is of Re0 3 type (space group: Pm3m, a = 3.80Â). The product has absorption properties in the UVB (280-300nm) and UVA (300-400nm) range. In addition, it is not photocatalytic.
De par ses propriétés anti-UV, l'oxyfluorure tel que défini plus haut peut être utilisé comme élément d'une composition de protection contre les rayons UV.Owing to its anti-UV properties, oxyfluoride as defined above can be used as part of a composition for protection against UV rays.
Par ailleurs, l'oxyfluorure peut être utilisé à titre d'agent de protection anti- UV dans des matières plastiques qui peuvent être du type thermoplastiques ou thermodurcissables.Furthermore, oxyfluoride can be used as UV protection agent in plastics which can be of the thermoplastic or thermosetting type.
Comme résines thermoplastiques, on peut citer, à titre purement illustratif, les polymères polyvinyliques, les copolymères styrène-butadiène, styrène-acrylonitrile, les polymères acryliques, les dérivés cellulosiques tels que par exemple l'acétate de cellulose, les polyamides dont le polyamide 6-6.As thermoplastic resins, there may be mentioned, purely by way of illustration, polyvinyl polymers, styrene-butadiene, styrene-acrylonitrile copolymers, acrylic polymers, cellulose derivatives such as for example cellulose acetate, polyamides including polyamide 6. -6.
Concernant les résines thermodurcissables, on peut citer, par exemple, les phénoplastes, les aminoplastes, les résines époxy et les polyesters thermodurcissables.As regards thermosetting resins, mention may be made, for example, of phenoplasts, aminoplasts, epoxy resins and thermosetting polyesters.
L'oxyfluorure peut également être utilisé au même titre dans le domaine des peintures et lasures et plus particulièrement dans les résines alkydes, les résines acryliques, les résines vinyliques, les résines aminoplastes ou phénoliques, les résines polyesters, les résines polyuréthannes, les résines époxy, les résines silicones.Oxyfluoride can also be used in the same way in the field of paints and stains and more particularly in alkyd resins, acrylic resins, vinyl resins, aminoplast or phenolic resins, polyester resins, polyurethane resins, epoxy resins , silicone resins.
L'oxyfluorure peut aussi être utilisé pour ses propriétés anti-UV dans les verres et dans des produits ou compositions cosmétiques.Oxyfluoride can also be used for its anti-UV properties in glasses and in cosmetic products or compositions.
Des exemples vont maintenant être donnés.Examples will now be given.
Dans ces exemples, les mesures de réflexion diffuse sont réalisées sur un appareil Perkin-Elmer Lambda 900. Un rayonnement incident produit par une lampe au deutérium et une lampe halogène est dirigé sur la surface de l'échantillon pulvérulent. Les phénomènes d'absorption, de réflexion spéculaire et de réflexion diffuse peuvent alors se produire. Les rayonnements réfléchis selon ce dernier mode sont recueillis grâce à un accessoire biconique. Leur intensité est mesurée relativement à une référence de spectralon (pas d'absorption et facteur de réflexion très élevé sur le domaine 250 - 800 nm) en fonction de la longueur d'onde.In these examples, the diffuse reflection measurements are carried out on a Perkin-Elmer Lambda 900 device. Incident radiation produced by a deuterium lamp and a halogen lamp is directed onto the surface of the powder sample. The phenomena of absorption, specular reflection and diffuse reflection can then occur. Radiation reflected in this latter mode is collected using a biconical accessory. Their intensity is measured relative to a spectral reference (no absorption and very high reflection factor over the 250 - 800 nm range) as a function of the wavelength.
Par ailleurs, les compositions des produits sont déterminées par analyse gravimétrique pour le titane et, pour le fluor, par dissolution et mesure du taux de cet élément par électrode spécifique. Les masses volumiques sont mesurées selon la méthode décrite plus haut.
EXEMPLE 1Furthermore, the compositions of the products are determined by gravimetric analysis for titanium and, for fluorine, by dissolution and measurement of the level of this element by specific electrode. Densities are measured according to the method described above. EXAMPLE 1
On utilise comme produit de départ du Ti02 (anatase) solide obtenu par thermohydrolyse de l'oxychlorure TiOCI2 à un pH voisin de 4 et à une température de 100°C. On fait réagir ce Ti02, qui présente un taux d'OH" d'au plus 10% massique, dans l'eau, à la température de 80°C, pendant 12h, en présence d'acide fluorhydrique (HF) avec un rapport volumique H20/HF de 10 et dans des proportions molaires F/Ti = 6. On obtient un produit de composition Tio,9θo,6F2,4 (x = 0,1) qui cristallise dans le système cubique avec un paramètre de maille a de 3,80 Â et une masse volumique Pexp = 2,94 g.cm"3.As starting material, solid Ti0 2 (anatase) obtained by thermohydrolysis of the oxychloride TiOCI 2 is used at a pH close to 4 and at a temperature of 100 ° C. This Ti0 2 , which has an OH "level of at most 10% by mass, is reacted in water at a temperature of 80 ° C. for 12 hours, in the presence of hydrofluoric acid (HF) with a H 2 0 / HF volume ratio of 10 and in molar proportions F / Ti = 6. A product of composition Tio, 9θo, 6F 2 , 4 (x = 0.1) is obtained which crystallizes in the cubic system with a parameter of mesh a of 3.80 Å and a density Pexp = 2.94 g.cm "3 .
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On utilise comme produit de départ du Ti02 (rutile) solide obtenu par thermohydrolyse de l'oxychlorure TiOCI2 à un pH voisin de 2 et à une température de 100°C. On fait réagir ce Ti02, qui présente un taux d'OH" d'au plus 5% massique, dans l'eau, à la température de 80°C, pendant 12h, en présence d'acide fluorhydrique (HF) avec un rapport volumique H20/HF de 10 et dans des proportions molaires F/Ti = 6. On obtient un produit de composition TiOF2 (x = 0) qui cristallise dans le système cubique avec un paramètre de maille a de 3,82 Â et une masse volumique pexp = 2,99 g.cm"3.As starting material, solid Ti0 2 (rutile) obtained by thermohydrolysis of the oxychloride TiOCI 2 is used at a pH close to 2 and at a temperature of 100 ° C. This Ti0 2 , which has an OH "level of at most 5% by mass, is reacted in water at a temperature of 80 ° C. for 12 hours, in the presence of hydrofluoric acid (HF) with a H 2 0 / HF volume ratio of 10 and in molar proportions F / Ti = 6. A product of composition TiOF 2 (x = 0) is obtained which crystallizes in the cubic system with a mesh parameter a of 3.82 Å and a density p exp = 2.99 g.cm "3 .
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
On fait réagir le même Ti02 (rutile) solide de l'exemple 2 et dans les mêmes conditions à la seule différence des proportions molaires F/Ti, le rapport molaire F/Ti étant ici égal à 10. On obtient un produit de compositionThe same solid Ti0 2 (rutile) from Example 2 is reacted and under the same conditions with the sole difference of the F / Ti molar proportions, the F / Ti molar ratio here being equal to 10. A product of composition is obtained
Ti0,96θo,84F2,i6 (x=0,04) qui cristallise dans le système cubique avec un paramètre de maille a de 3,82 A et une masse volumique pexp = 2,95 g. cm"3.Ti 0 , 96θo, 84 F 2, i 6 (x = 0.04) which crystallizes in the cubic system with a mesh parameter a of 3.82 A and a density p exp = 2.95 g. cm "3 .
EXEMPLE 4EXAMPLE 4
On utilise comme produit de départ une solution d'oxychlorure de titane,A starting solution of titanium oxychloride is used,
TiOCI2. On fait réagir cette solution aqueuse à 80°C pendant 12h en présence d'acide fluorhydrique (HF) dans des proportions molaires F/Ti = 6 et à pH de 2.TiOCI 2 . This aqueous solution is reacted at 80 ° C for 12 h in the presence of hydrofluoric acid (HF) in molar proportions F / Ti = 6 and at pH 2.
On obtient un produit de composition Ti0)98Oo,92F2,o8 (x = 0,02) qui cristallise dans le système cubique avec un paramètre de maille de a = 3,81 A et une masse volumique peχP = 2,98 g.cm"3.
Sur la figure annexée, les quatre courbes 1 , 2, 3 et 4 représentent les valeurs du coefficient de reflexion diffuse en fonction de la longueur d'onde pour les produits des exemples 1 , 2, 3 et 4 respectivement. On voit que les produits présentent des propriétés d'absorption dans la gamme de 250 à 400nm.We obtain a product of composition Ti 0) 9 8 Oo, 92F 2 , o8 (x = 0.02) which crystallizes in the cubic system with a mesh parameter of a = 3.81 A and a density p e χ P = 2.98 g.cm "3 . In the appended figure, the four curves 1, 2, 3 and 4 represent the values of the diffuse reflection coefficient as a function of the wavelength for the products of Examples 1, 2, 3 and 4 respectively. It can be seen that the products have absorption properties in the range of 250 to 400 nm.
Pour tester le comportement photocatalytique des produits selon l'invention et pour les comparer à un produit commercial, la photodégradation du phénol dans l'eau à été choisie comme réaction test. Dans 400 cm3 d'une solution aqueuse de phénol initiale (Cphenoi = 50 mg.L"1, pH = 6) sont ajoutés 400 mg de produit en poudre à tester. La suspension est agitée, un bullage d'oxygène est réalisé et l'ensemble est illuminé par une lampe au Mercure (Philips HPK 125 W, 8,3x10"6 Einstein. s"1). Huit prélèvements de la suspension sont réalisés à différents temps de réaction (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 et 75 minutes). Après filtration à travers un filtre Millipore (0,22 μm) des spectres d'absorption UV - Visible entre 200 et 600 nm sont réalisés sur les solutions. Le dispositif est un appareil ISA Instrument avec une lampe au Xénon.To test the photocatalytic behavior of the products according to the invention and to compare them to a commercial product, the photodegradation of phenol in water was chosen as the test reaction. In 400 cm 3 of an aqueous solution of initial phenol (Cphenoi = 50 mg.L "1, pH = 6) are added 400 mg of powdered product to be tested. The suspension is stirred, an oxygen bubble is formed and the whole is illuminated by a Mercury lamp (Philips HPK 125 W, 8.3x10 "6 Einstein. s " 1 ). Eight samples of the suspension are taken at different reaction times (0, 10, 20, 30, 40 , 50, 60 and 75 minutes). After filtration through a Millipore filter (0.22 μm), UV - Visible absorption spectra between 200 and 600 nm are produced on the solutions. The device is an ISA Instrument device with a Xenon lamp.
Dans le cas du Ti02 P25 de Degussa, qui est un produit photocatalytique, les différents spectres d'absorption UV montre au cours du temps la disparition de la bande d'absorption du phénol et l'apparition des bandes caractéristiques des produits intermédiaires de dégradation tels que l'hydroquinone et la benzoquinone. Par contre, dans le cas des produits des exemples ci-dessus on n'observe aucune disparition de la bande d'absorption du phénol ni d'apparition des bandes correspondant à la benzoquinone et à l'hydroquinone. Ces produits ne montrent donc pas d'activité photocatalytique dans le cadre de l'oxydation de produits organiques.
In the case of Degussa Ti0 2 P25, which is a photocatalytic product, the different UV absorption spectra show over time the disappearance of the phenol absorption band and the appearance of the bands characteristic of the intermediate degradation products. such as hydroquinone and benzoquinone. On the other hand, in the case of the products of the above examples, no disappearance of the phenol absorption band nor of appearance of the bands corresponding to benzoquinone and to hydroquinone is observed. These products therefore do not show photocatalytic activity in the context of the oxidation of organic products.