WO2004026968A1 - Preparation de pigments d'oxyde de chrome a teneur reduite en chrome (vi) - Google Patents

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particles
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iron
chromium oxide
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Serge Grizzo
Martine Seu-Salerno
Emilie Desmarthon
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Lcw - Les Colorants Wackherr
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    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
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    • C09C1/346Chromium oxides
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    • C01P2006/80Compositional purity

Definitions

  • the present invention relates to the preparation of pigment compositions based on particles of hydrated chromium oxide, with reduced chromium (VI) content, intended in particular for the preparation of compositions for cosmetic use.
  • Chromium oxide pigments and in particular hydrated chromium oxide pigments, are widely known and used pigments, in particular in the field of paints. These pigments, often referred to as “chromium greens” (anhydrous chromium oxide) or “emerald green” (hydrated chromium oxide), are chromium oxide particles with a very pronounced green coloration. However, if they have particularly interesting coloring properties, the green chromium oxide pigments currently known also contain significant amounts of chromium (VI), mainly in the form of chromate ions (Cr0 4 2 " or HCr ⁇ 4 " , for example). Generally, in these pigments, the chromium (VI) is present in a content of more than 100 ppm relative to the total mass of the composition, this chromium (VI) content being most often at least between 200 and 500 ppm. .
  • chromium oxide pigments Given the high toxicity of chromium (VI), the usual chromium oxide pigments are therefore unsuitable for use as colorants in the cosmetic field.
  • EEC directive 76/768 and to its annex IV relating to the use of coloring materials used in cosmetics, which stipulates that a pigment based on chromium oxide (color index : 77289) must be free of chromate ions to be usable in cosmetics.
  • an object of the present invention is to provide a process for the preparation of pigment compositions based on hydrated chromium oxide, non-toxic and non-irritant, usable in particular in the cosmetic industry.
  • the subject of the present invention is a process for the preparation of a pigment composition comprising particles (p) based on chromium oxide, in which the chromium present in the state of chromium (VI) represents at most 5 ppm relative to the total mass of the particles (p), said method comprising a step (E) consisting in bringing into contact: (a) particles (p 0 ) based on hydrated chromium oxide having a chromium (VI) content ) between 20 and 1000 ppm (preferably between 100 and 800 ppm and, advantageously between 200 and 500 ppm) relative to the total mass of said particles (po); and
  • the particles (p 0 ) used in the process of the invention can be chosen from most of the pigments based on chromium oxide hydrates known from the state of the art. However, it is generally preferred that the particles (po) used have average dimensions between 1 and 20 microns, these dimensions preferably being less than or equal to 10 microns (and advantageously less than or equal to 5 microns), the size particles (po) which can typically be between 3 and 4 microns.
  • the average particle size of the primary particles (po) is, in general, of the order of 100 nm.
  • the method of the invention consists in carrying out a reduction of the chromium (VI) species present in trace amounts in the particles (po) by the composed of iron (II) which plays the role of reducing agent.
  • chromium (VI) is reduced quantitatively in the form of chromium (III) and iron (II) is oxidized in the form of iron (III) (we generally observe the formation of Cr (OH) 3 or mixed hydroxides of chromium (III) and iron (III)), whereby we manage to reduce the chromium (VI) content in the particles to a value less than or equal to 5 ppm (most often at a value less than or equal to 1 ppm, this value being advantageously less than or equal to 0.1 ppm, and in the most preferred cases, less than or equal to 0.01 ppm) relative to the total amount of chromium present in the within the particles.
  • the particles (p 0 ) it is generally preferable for the particles (p 0 ) to have an initial chromium (VI) content of less than or equal to 750 ppm, advantageously at most equal to 500 ppm (this initial chromium (VI) content being typically understood between 200 and 500 ppm), but the method of the invention makes it possible to easily treat particles having a chromium (VI) content of up to 1000 ppm.
  • the reduction process implemented according to the invention implements, among others, one or more of the following reactions:
  • the molar ratio of the iron (II) used, relative to the chromium (VI) initially included in the particles (Po ) is greater than the theoretical ratio of 3: 1
  • this ratio is preferably between 4: 1 and 6: 1.
  • this ratio is greater than or equal to 4.5: 1, and it is more often preferred, that this ratio remains less than or equal to 5.5: 1.
  • this ratio can thus be of the order of 5: 1 (that is, most often between 4.8: 1 and 5.2: 1).
  • the iron compound (II) used in the preparation process of the invention is an iron salt having reducing properties.
  • the iron (II) compound used is iron (II) sulfate.
  • (E) of the process of the invention consists in dispersing the particles (p 0 ) in a solution (generally in water), preferably in an amount of 150 to 300 g of particles per liter (and advantageously in an amount of 200 to 250 g of particles per liter), then to add to the dispersion obtained an aqueous solution of the iron (II) compound (generally iron (II) sulfate).
  • the concentration of the added iron (II) solution is naturally to be adapted so as to respect an initial Fe (ll) / Cr (VI) ratio initial in the above ranges.
  • the aqueous dispersion of the particles (po) has a pH of between 5 and 9, and preferably between 5 and 6.
  • the aqueous solution of the iron compounds (II) (generally an iron (II) sulphate solution) has a pH between 5 and 9, and advantageously between 5 and 6.
  • the reaction of the iron compound (II) on the particles (po) is carried out at a pH between 5 and 9, this pH preferably remaining less than or equal to 6.
  • this pH preferably remaining less than or equal to 6.
  • the step (E) of bringing the particles (po) and the iron compound (II) into contact is carried out for a duration at least equal to 5 h, and advantageously at least equal to 6 h, but interesting results can however be obtained with shorter reaction times.
  • the pigment compositions which can be obtained according to the process of the present invention comprise particles (p) based on hydrated chromium oxide, in which the chromium present in the chromium (VI) state represents at most 5 ppm (of preferably less than 1 ppm, advantageously less than 0.1 ppm and even more advantageously less than 0.01 ppm) relative to the total mass of the particles (p) present in said composition.
  • pigment composition comprising particles (p) based on hydrated chromium oxide
  • any composition comprising particles (p) based on a chromium oxide of formula ( Cr 2 ⁇ 3 , nhbO), where n denotes a number between 1 and 5 and preferably between 2 and 3.
  • a pigment composition obtained according to the process of the invention can advantageously be in the form of a powder comprising the particles (p), optionally in combination with other constituents such as, for example, other pigment particles , or alternatively additives, this powder preferably being in the form of a powder essentially constituted by the particles (p).
  • the compositions according to the invention are in the form of a powder, they generally comprise chromium (VI) at a rate of at most 5 ppm relative to the total mass of the composition and, preferably at a rate of at most 1 ppm, advantageously at a rate of at most 0.1 ppm, and even more preferably at a rate of at most 0.01 ppm relative to the total mass of the composition.
  • This content can be even lower in pulverulent compositions comprising constituents other than the particles (p).
  • the pigment compositions obtained according to the invention can also be in the form of dispersions comprising the particles (p) in suspension within a solvent (generally water or a hydro-alcoholic mixture, if necessary).
  • a solvent generally water or a hydro-alcoholic mixture, if necessary.
  • the dry extract of these compositions namely the solid obtained after evaporation or elimination of the solvent medium
  • the dry extract of these compositions most often contains at most 5 ppm of chromium (VI) relative to the total mass of said dry extract (and preferably an amount less than or equal to 1 ppm, advantageously less than or equal to 0.1 ppm, and even more preferably less than or equal to 0.01 ppm).
  • compositions obtained according to the invention are suitable for use in cosmetics within the meaning of EEC directive 76/768 (Annex IV).
  • the particles (p) based on chromium oxide present in the compositions obtained according to the invention preferably comprise at least 75% by mass, generally between 75 and 80% by mass of chromium oxide Cr 2 U 3 .
  • the particles (p) typically comprise water, generally at least 15% by mass (and most often between 15 and 18% by mass).
  • the particles (p) present in a composition obtained according to the invention have, in general, average dimensions of between 0.05 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the particles of the invention have dimensions greater than or equal to 0.5 ⁇ m, and advantageously at least equal to 0.8 ⁇ m. However, it is most often preferred that these dimensions remain less than or equal to 5 ⁇ m, and preferably less than or equal to 3 ⁇ m.
  • the particles (p) can have average dimensions of between 1 and 2 ⁇ m.
  • the particles (p) present in a composition obtained according to the invention generally have a specific surface of between
  • this specific surface preferably being at least equal to
  • the pigment compositions obtained according to the process of the invention can in particular be used for the preparation of cosmetic formulations.
  • these compositions can for example be used for the preparation of eyeshadows, mascaras, compositions for eyeliners, or even for compositions for correcting complexions.
  • a pigment composition consisting of particles of hydrated chromium oxide, where the average size of the primary particles is equal to 100 nm, and comprising 75% by mass of chromium oxide and 150 ppm of chromium (VI) was treated according to the method of the present invention.
  • a pigment composition consisting of particles having an average size of the primary particles equal to 100 nm, and characterized by a chromium (VI) content. less than 2 ppm relative to the total mass of the dry composition obtained.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation de compositions pigmentaires de particules à base d'oxyde de chrome hydraté, adaptées à une utilisation en cosmétique, dans lesquelles le chrome présent à l'état de chrome (VI) représente au plus 5 ppm par rapport à la masse totale desdites particules (p). Ce procédé comprend une étape (E) consistant à mettre en contact: (a) des particules (p0) à base d'oxyde de chrome hydraté, présentant une teneur en chrome (VI) comprise entre 20 et 1000 ppm par rapport à la masse totale desdites particules (p0) ; et (b) un composé du fer (II).

Description

Préparation de pigments d'oxyde de chrome à teneur réduite en chrome (VI)
La présente invention a trait à la préparation de compositions pigmentaires à base de particules d'oxyde de chrome hydraté, à teneur réduite en chrome (VI), destinée en particulier à la préparation de compositions à usage cosmétique.
Les pigments d'oxyde de chrome, et en particulier les pigments d'oxyde de chrome hydratés, sont des pigments largement connus et utilisés , en particulier dans le domaine des peintures. Ces pigments, souvent désignés sous le nom de "verts de chrome" (oxyde de chrome anhydre) ou de "vert émeraude" (oxyde de chrome hydraté), sont des particules d'oxyde de chrome présentant une coloration verte très prononcée. Toutefois, s'ils présentent des propriétés colorantes particulièrement intéressantes, les pigments vert d'oxyde de chrome actuellement connus renferment par ailleurs des quantités importantes en chrome (VI), principalement sous la forme d'ions chromâtes (Cr04 2" ou HCrθ4", par exemple). Généralement, dans ces pigments, le chrome (VI) est présent en une teneur de plus de 100 ppm par rapport à la masse totale de la composition, cette teneur en chrome (VI) étant le plus souvent au moins comprise entre 200 et 500 ppm.
Compte tenu de la forte toxicité du chrome (VI), les pigments d'oxyde de chrome usuels sont par conséquent inadaptés à une mise en œuvre à titre de colorants dans le domaine cosmétique. A ce sujet, on pourra notamment se référer à la directive CEE 76/768 et à son annexe IV, relative à l'utilisation des matières colorantes utilisées en cosmétique, qui stipule qu'un pigment à base d'oxyde de chrome (colour index : 77289) doit être exempt d'ions chromate pour être utilisable en cosmétique.
Or, les inventeurs ont maintenant découvert qu'en traitant des pigments d'oxyde de chrome de type usuel par un réducteur à base de fer (II), il est possible de réduire quantitativement le chrome (VI) en chrome (III), et d'obtenir des pigments présentant une teneur en chrome (VI) suffisamment réduite pour permettre leur mise en œuvre dans des compositions cosmétiques.
Sur la base de ces découvertes, un but de la présente invention est de fournir un procédé de préparation de compositions pigmentaires à base d'oxyde de chrome hydraté, non toxiques et non irritantes, utilisables en particulier dans l'industrie cosmétique.
Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé de préparation d'une composition pigmentaire comprenant des particules (p) à base d'oxyde de chrome, dans laquelle le chrome présent à l'état de chrome (VI) représente au plus 5 ppm par rapport à la masse totale des particules (p), ledit procédé comprenant une étape (E) consistant à mettre en contact : (a) des particules (p0) à base d'oxyde de chrome hydraté présentant une teneur en chrome (VI) comprise entre 20 et 1000 ppm (de préférence entre 100 et 800 ppm et, avantageusement entre 200 et 500 ppm) par rapport à la masse totale desdites particules (po) ; et
(b) un composé du fer (II), généralement sous la forme d'une solution aqueuse. Les particules (p0) mises en œuvre dans le procédé de l'invention peuvent être choisies parmi la plupart des pigments à base d'oxyde de chrome hydratés connus de l'état de la technique. Toutefois, on préfère en général que les particules (po) mises en œuvre aient des dimensions moyennes comprises entre 1 et 20 microns, ces dimensions étant de préférence inférieures ou égale à 10 microns (et avantageusement inférieures ou égales à 5 microns), la taille des particules (po) pouvant typiquement être comprise entre 3 et 4 microns. La taille moyenne des particules primaires des particules (po) est, en général, de l'ordre de 100 nm.
Le procédé de l'invention consiste à effectuer une réduction des espèces chrome (VI) présentes à l'état de traces dans les particules (po) par le composé du fer (II) qui joue le rôle de réducteur. Dans ce cadre, le chrome (VI) est réduit de façon quantitative sous la forme de chrome (III) et le fer (II) est oxydé sous la forme de fer (III) (on observe en général une formation de Cr(OH)3 ou d'hydroxydes mixtes de chrome (III) et de fer (III)), ce par quoi on parvient à réduire la teneur en chrome (VI) au sein des particules à une valeur inférieure ou égale à 5 ppm (le plus souvent à une valeur inférieure ou égale à 1 ppm, cette valeur étant avantageusement inférieure ou égale à 0,1 ppm, et dans les cas les plus préférentiels, inférieure ou égale à 0,01 ppm) par rapport à la quantité totale de chrome présent au sein des particules. Dans ce cadre, il est généralement préférable que les particules (p0) aient une teneur initiale en chrome (VI) inférieure ou égale à 750 ppm, avantageusement au plus égale à 500 ppm (cette teneur en chrome (VI) initiale étant typiquement comprise entre 200 et 500 ppm), mais le procédé de l'invention permet de traiter aisément des particules présentant une teneur en chrome (VI) allant jusqu'à 1000 ppm. Sans vouloir être lié en aucune manière à une théorie particulière, il semble pouvoir être avancé que le processus de réduction mis en œuvre selon l'invention met en œuvre, entre autres, une ou plusieurs des réactions suivantes :
3 Fe2+ + Cr6+ → 3 Fe3+ + Cr3+
8 H+ + 3 Fe2+ + Cr04 2" → 3 Fe3+ + Cr3+ + 4 H20 (si pH > 6,5)
7 H+ + 3 Fe2+ + HC V - 3 Fe3+ + Cr3+ + 4 H20 (si pH < 6,5).
Notamment de façon à réaliser la réaction de réduction de façon optimale, on préfère que, dans le procédé de l'invention, le ratio molaire du fer (II) mis en œuvre, rapporté au chrome (VI) initialement compris dans les particules (Po) soit supérieur au ratio théorique de 3:1 Ainsi, ce ratio est de préférence compris entre 4 : 1 et 6 : 1. Avantageusement, ce ratio est supérieur ou égal à 4,5 : 1 , et on préfère, le plus souvent, que ce ratio reste inférieur ou égal à 5,5 : 1. Typiquement, ce ratio peut ainsi être de l'ordre de 5 : 1 (à savoir, le plus souvent entre 4,8:1 et 5,2:1 ). Le plus souvent, le composé du fer (II) mis en œuvre dans le procédé de préparation de l'invention est un sel de fer possédant des propriétés réductrices. De façon particulièrement avantageuse, le composé du fer (II) mis en œuvre est le sulfate de fer (II). Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'étape
(E) du procédé de l'invention consiste à disperser les particules (p0) dans une solution (généralement dans de l'eau), de préférence à raison de 150 à 300 g de particules par litre (et avantageusement à raison de 200 à 250 g de particules par litre), puis à additionner à la dispersion obtenue une solution aqueuse du composé du fer (II) (généralement du sulfate de fer (II)). La concentration de la solution en fer (II) additionnée est naturellement à adapter de façon à respecter un ratio Fe(ll) introduit / Cr(VI) initial dans les gammes précitées. Dans le cadre de cette variante particulière, on préfère que la dispersion aqueuse des particules (po) ait un pH compris entre 5 et 9, et de préférence compris entre 5 et 6. De même, on préfère que la solution aqueuse des composés du fer (II) (généralement une solution de sulfate de fer (II)) ait un pH compris entre 5 et 9, et avantageusement entre 5 et 6.
Dans le cas le plus général, on préfère que la réaction du composé du fer (II) sur les particules (po) soit mise en oeuvre à un pH compris entre 5 et 9, ce pH restant de préférence inférieur ou égal à 6. Dans ce cadre, les inventeurs ont mis en évidence que, dans la gamme de pH compris entre 5 et 9, la vitesse de réduction des espèces chrome (VI) en chrome (III) augmente lorsque le pH diminue.
En règle générale, il est préférable que l'étape (E) de mise en contact des particules (po) et du composé du fer (II) soit conduite pendant une durée au moins égale à 5 h, et avantageusement au moins égale à 6 h, mais des résultats intéressants peuvent toutefois être obtenus avec des temps de réaction plus faibles. Les compositions pigmentaires qui peuvent être obtenues selon le procédé de la présente invention comprennent des particules (p) à base d'oxyde de chrome hydraté, dans laquelle le chrome présent à l'état de chrome (VI) représente au plus 5 ppm (de préférence moins de 1 ppm, avantageusement moins de 0,1 ppm et encore plus avantageusement moins de 0,01 ppm) par rapport à la masse totale des particules (p) présentes au sein de ladite composition.
Par " composition pigmentaire comprenant des particules (p) à base d'oxyde de chrome hydraté", on entend désigner, au sens de la présente description, toute composition comprenant des particules (p) à base d'un oxyde de chrome de formule (Cr2θ3, nhbO), où n désigne un nombre compris entre 1 et 5 et de préférence entre 2 et 3.
Ainsi, une composition pigmentaire obtenue selon le procédé de l'invention peut avantageusement se présenter sous la forme d'une poudre comprenant les particules (p), éventuellement en association avec d'autres constituants tels que, par exemple, d'autres particules pigmentaires, ou bien encore des additifs, cette poudre se présentant de préférence sous la forme d'une poudre essentiellement constituée par les particules (p). Dans le cas où les compositions selon l'invention se présentent sous la forme d'une poudre, elles comprennent en général du chrome (VI) à raison d'au plus 5 ppm par rapport à la masse totale de la composition et, de préférence à raison d'au plus 1 ppm, avantageusement à raison d'au plus 0,1 ppm, et encore plus préférentiellement à raison d'au plus 0,01 ppm par rapport à la masse totale de la composition. Cette teneur peut encore être inférieure dans des compositions pulvérulentes comprenant d'autres constituants que les particules (p).
Les compositions pigmentaires obtenues selon l'invention peuvent également se présenter sous la forme de dispersions comprenant les particules (p) en suspension au sein d'un solvant (en général de l'eau ou un mélange hydro-alcoolique, le cas échéant). Dans le cas où la composition selon l'invention se présente sous la forme d'une dispersion au sein d'un milieu solvant, l'extrait sec de ces compositions (à savoir le solide obtenu après évaporation ou élimination du milieu solvant) contient le plus souvent au plus 5 ppm de chrome (VI) par rapport à la masse totale dudit extrait sec (et de préférence une quantité inférieure ou égale à 1 ppm, avantageusement inférieure ou égale à 0,1 ppm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,01 ppm).
De façon générale, les compositions obtenues selon l'invention sont adaptées à une utilisation en cosmétique au sens de la directive CEE 76/768 (Annexe IV).
Les particules (p) à base d'oxyde de chrome présentes dans les compositions obtenues selon l'invention comprennent de préférence au moins 75 % en masse , en général entre 75 et 80 % en masse d'oxyde de chrome Cr2U3. Les particules (p) comprennent de façon caractéristique de l'eau, en général au moins 15 % en masse (et le plus souvent entre 15 et 18% en masse).
Par ailleurs, les particules (p) présentes dans une composition obtenue selon l'invention ont, de façon générale, des dimensions moyennes comprises entre 0,05 μm et 10 μm. De préférence, les particules de l'invention ont des dimensions supérieures ou égales à 0,5 μm, et avantageusement au moins égales à 0,8 μm. On préfère toutefois le plus souvent que ces dimensions restent inférieures ou égales à 5 μm, et de préférence inférieures ou égales à 3 μm. Typiquement, les particules (p) peuvent avoir des dimensions moyennes comprises entre 1 et 2 μm.
D'autre part, les particules (p) présentes dans une composition obtenue selon l'invention ont en général une surface spécifique comprise entre
90 et 150 m2/g , cette surface spécifique étant de préférence au moins égale à
100 m2/g, et avantageusement au moins égale à 110 m2/g. Cette surface spécifique peut typiquement être comprise entre 110 et 120 m2/g. En particulier compte tenu de leur faible teneur en chrome (VI), les compositions pigmentaires obtenues selon le procédé de l'invention peuvent notamment être utilisées pour la préparation de formulations cosmétiques. Ainsi, de façon non limitative, ces compositions peuvent par exemple être mises en œuvre pour la préparation de fards, de mascaras, de compositions pour eye-liners, ou bien encore pour des compositions de correcteurs de teint.
Différentes caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront de façon encore plus nette au vu de l'exemple illustratif exposé ci- après.
EXEMPLE
Une composition pigmentaire constituée de particules d'oxyde de chrome hydraté, où la taille moyenne des particules primaires est égale à 100 nm, et comprenant 75 % en masse d'oxyde de chrome et 150 ppm de chrome (VI) a été traitée selon le procédé de la présente invention.
Pour ce faire, on a réalisé une dispersion de 250 g de composition pigmentaire définie ci-dessus dans un litre d'eau. On a laissé cette dispersion sous agitation et on a acidifié la dispersion obtenue par addition d'acide faible jusqu'à obtenir un pH égal à 6. On a par ailleurs réalisé une solution de sulfate de fer (II), de concentration égale à 10 g/L.
On a ajouté 100 mL de la solution de sulfate de fer ainsi obtenue en une fois et on a laissé le milieu réalisé sous agitation pendant 5 heures. Suite à ce traitement, on a filtré le milieu obtenu, et on a lavé le filtrat plusieurs fois avec 1 litre d'eau jusqu'à élimination des sels obtenus. Le solide obtenu a été séché puis broyé.
A l'issue de ces différents traitements, on a obtenu une composition pigmentaire constituée de particules ayant une taille moyenne des particules primaires égale à 100 nm, et caractérisée par une teneur en chrome (VI) inférieure à 2 ppm par rapport à la masse totale de la composition sèche obtenue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'une composition pigmentaire comprenant des particules (p) à base d'oxyde de chrome, dans laquelle le chrome présent à l'état de chrome (VI) représente au plus 5 ppm par rapport à la masse totale des particules (p), ledit procédé comprenant une étape (E) consistant à mettre en contact :
(a) des particules (po) à base d'oxyde de chrome hydraté, présentant une teneur en chrome (VI) comprise entre 20 et 1000 ppm par rapport à la masse totale desdites particules (po) ; et (b) un composé du fer (II).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les particules (po) mises en œuvre dans le procédé ont des dimensions moyennes comprises entre 1 et 20 microns.
3. Procédé selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ratio molaire du fer (II) mis en œuvre, rapporté au chrome (VI) initialement compris dans les particules (p0) est compris entre 4 : 1 et 6 : 1.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composé du fer (II) est le sulfate de fer (II).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réaction du composé de fer (II) mise en œuvre a un pH compris entre 5 et 9.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la préparation d'une composition pigmentaire destinée à une utilisation dans une formulation cosmétique.
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