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.