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La Sicurezza Delle Coil in Titanio

Questo è un post intrinsecamente dinamico, e solo quando sarà terminato avrà una sua coerenza interna. Siccome ci vorranno settimane per scriverlo, per adesso prendetelo come un blocchetto di appunti sull’argomento. L’argomento è molto caldo tra i vapers, tanto caldo che su ECF esiste un thread dal titolo Titanium wire, vaping and safety, composto da quasi 3000 post.

Tutto parte dal fatto che uno dei materiali impiegati per le coil da TC (Temperature Control) è il Titanio in purezza. Io come altri, quando ho cominciato con il TC con coil in Ni200, ho subito manifestato la sintomatologia allergica da nickel e pertanto ho ripiegato, per ora, sul wire in titanio con alterni successi, in termini di soddisfazione dello svapo.
Il titanio è impiegato da anni in chirurgia come materiale per le protesi ossee in quanto è ritenuto, tra i metalli, il più biocompatibile con i tessuti umani. Ovviamente il titanio delle protesi è soggetto a temperature intorno ai 36 gradi e pertanto si può solo concludere che è sicuro a tali temperature. In realtà prima di essere impiantato viene sterilizzato a 120 °C e quindi è verosimile che anche se riscaldato a tali temperature, rimanga piuttosto sano, o almeno abbastanza sano da impiantarlo nel corpo umano.
L’allarmismo che circola n rete sull’uso delle coil in titanio riguarda il rilascio di ossidi durante il surriscaldamento alle temperature di vaping, ovvero 200-300 °C se usato in modalità TC. Il problema è che questi ossidi staccandosi dal filo potrebbero essere inalati dagli utenti accumulandosi giorno dopo giorno. Diciamo subito che il titanio deve la sua altissima resistenza alla corrosione proprio perchè esposto all’aria si ossida molto velocemente, si forma cioè sulla sua superficie uno strato sottilissimo (10 nanometri- ovvero dieci milionesimi di millimetro) e molto resistente di ossido che protegge il metallo sottostante da ulteriori danni, si veda questo studio. La parte dello strato a contatto con l’aria è il famigerato diossido di titanio (TiO2). Pertanto riscaldato o no il titanio possiede sempre uno strato di ossido superficiale anche quello delle protesi e dei denti artificiali, solo che si tratta di una pellicola durissima e molto bern aderente al metallo. Tra l’altro è proprio lo strato di ossido superficiale che lo rende particolarmente adatto alle protesi in quanto favorisce l’aderenza dei tessuti biologici.

L’ossidazione avviene anche a temperatura ambiente ed è solo accelerata dall’aumento di temperatura. Già dopo pochissimi minuti a 300 °C lo strato di ossido è stabile e non cresce praticamente più. A 400°C lo spessore di ossido è solo pochissimo più grande mentre dai 500 °C in sù comincia ad aumentare sensibilmente e cresce con il tempo di esposizione. Più lo strato diventa spesso e più fragile diventa ed è questo che bisogna evitare. Fintanto che lo spessore rimane piccolo la superficie rimane lucida e l’ossido molto aderente.
Quando la superficie diventa prima opaca e poi bianca significa che lo spessore di TiO2 è cresciuto ed è diventato friabile. Ciò succede a temperature sopra i 600 °C (indicativamente), ed è per questo che con le coil di titanio bisogna evitare il dry-burning o eseguirlo con molte precauzioni. Tra l’altro, oltre i 444 °C comincia a formarsi la versione cristallina del diossido (noto come rutile) che probabilmente è concausa della fragilità e della colorazione bianca. Mantenendo le temperature del filo sempre sotto i 400°C si evita l’ispessimento progressivo e l’aumento di fragilità dello strato ossidato diminuendo drasticamente la quantità di particelle che vengono rilasciate.

Si possono verificare questi fatti anche da soli. Se costruite una coil e la montate sull’atom, potete riscaldarla fintanto che non comincia a diventare rossa. Noterete che quando si raffredda la superficie è rimasta invariata. Se la scaldate un pò di più la superficie diventerà bluastra ma rimarrà liscia e compatta. Se invece la portate ad incandescenza (rosso molto chiaro) quando si raffredderà sarà bianca ed opaca e passandoci un panno imbevuto di alcol riuscirete ad asportare il materiale bianco che il diossido di Titanio fragile, quello che inalereste se usaste in questa condizione la coil.

Queste considerazioni del tutto qualitative andrebbero completate con studi quantitativi che, per quanto ne sò, ad oggi non esistono. Bisognerebbe cioè rispondere alla seguente questione: limitando la temperatura di una coil in titanio sotto i 300 °C, quanto ossido può essere rilasciato?

Comunque, diamo per scontato che usando una coil in titanio, qualche particella di TiO2 la respiriamo sicuramente, ma diamo anche per scontato che se si limitano le temperature della coil sotto i 300-400 °C la quantità di ossido che si distaccherà sarà irrilevante

Pertanto è sicuramente consigliabile evitare il dry-burning, ma aggiungo che io evito anche la costruzione di contact coils che richiedono comunque un certo surriscaldamento per eliminare gli hot-spots.

Oltre che quantificare il TiO2 che respiriamo, rimane da stabilire quanto dannoso è ed in particolare quale è la sua soglia di pericolosità, ovvero quanto ne dobbiamo respirare affinchè sia dannoso.

Cominciamo con il dire che il diossido di titanio è molto usato in molti prodotti. E’ usato nelle creme solari ed ammesso come additivo alimentare e farmaceutico e pertanto tanto tossico non può essere. In questo articolo scientifico si discute sull’argomento.
Tra le pubblicazioni dello IARC (International Agency for Research on Cancer) ho trovato una interessante monografia dedicata al titanio. In una sezione della monografia sono riportati i limiti di esposizione agli ossidi di titanio raccomandati per legge in vari stati per i lavoratori delle industrie.
Si và dal limite più basso di 1.5 mg/mc in vigore in Germania ai limiti più elevati di 20 mg/mc in vigore in Messico. I limiti sono espressi in milligrammi di titano contenuti in un metro cubo di aria nell’ambiente lavorativo, pensando a lavori continuativi per 8 ore al giorno e 40 ore settimanali.
In otto ore un lavoratore respira circa 5 metri cubi di aria (12 litri al minuto per un lavoro non faticoso) e quindi per ogni mg di titanio nell’aria inala 5 mg al giorno. Al lavoratore tedesco è consentito di inalare 7.5 mg al giorno, a quello messicano 100 mg al giorno, ma nella maggior parte degli stati, essendo il limite di 10 mg/mc, al lavoratore è consentito di inalare 50 mg al giorno. Il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH, USA) ha varato nuovi limiti di 1.5 mg/mc per le particelle fini e di 0.1 mg/mc per le particelle ultrafini di diossido di titanio per una giornata lavorativa di 10 ore che significa 0.1*5*10= 5 mg/giorno.

Ora, una mia coil media in titanio, pesa circa 30 mg e se in una giornata di vaping si dissolvesse completamente nell’aria e si trasformasse in diossido io avrei inalato meno di quanto consentito dalla legislazione italiana, belga e spagnola ad un lavoratore. Il fatto è che la mia coil dopo una settimana è ancora lì e non manifesta il benchè minimo segno di “consumo”, almeno non macroscopicamente. Ma anche se avessi respirato un mg di ossido di titanio in una settimana (e non è così), ovvero 0.15 mg di titanio al giorno sarei lontanissimo anche dal più restrittivo dei limiti consentiti.
Pertanto alla luce dei limiti di legge che si applicano ai lavoratori, che sono da 10 a 140 volte maggiori, mi sento abbastanza sicuro. Ovviamente sarebbe opportuno misurare la quantità di diossido rilasciata da una coil e bisognerà che prima o poi qualcuno lo faccia (potrebbe essere un suggerimento per il prossimo articolo di Farsalinos)

C’è però da aggiungere che i dati sulla pericolosità del titanio sono molto incerti. Lo IARC classifica il TiO2 solo come potenzialmente cancerogeno (group B2) il che significa che potrebbe essere cancerogeno ma non ci sono abbastanza prove. Gli studi epidemiologici sull’effetto dell’inalazione di TiO2 negli esseri umani sono classificati come inconcludenti in quanto in alcuni studi focalizzati sull’incidenza dei tumori tra i lavoratori del settore titanio (con concentrazioni medie di 6mg/mc) non sono state rilevate differenze rispetto alla popolazione generale, in altri studi si è trovata una debole correlazione. Essendo i risultati in contraddizione, sono considerati appunto inconcludenti

Con i topi è tutto più facile perchè ci si può permettere di esporli in atmosfera ad alte concentrazioni di TiO2 dalla nascita alla morte. Ed è proprio perchè alcuni studi hanno verificato una maggior incidenza di tumori tra i topi esposti in atmosfera ad alta concentrazione (50-250 mg/mc) di TiO2, che lo IARC ha preso le sue decisioni.

C’è ancora una cosa importante da dire. Ci si preoccupa tanto dell’ossido di titanio senza considerare che tutti i metalli si ossidano a partire dal Kanthal, materiale con il quale vengono realizzate quasi tutte le coils. Se non si ossidassero non sarebbe possibile realizzare le contact coils (dette impropriamente micro-coils) in quanto è proprio lo strato di ossido che impedisce il corto circuito tra le spire. Ora ho l’impressione che tra tutti gli ossidi metallici, quello di titanio sia il meno pericoloso. Sicuramente molto meno pericoloso del nickel e del cromo (contenuto negli acciai inossidabili) che sono tutti cancerogeni accertati.

Per ora considero il titanio come il materiale più sicuro da usare in TC.

Foto 100x di un filo in titanio nuovo da 0.39 mm (pulito con alcol etilico puro)

Foto 100x di un filo in titanio dopo che è stato riscaldato a circa 450 °C (rosso appena accentuato) . Non c’è nessuna differenza visiva con il filo nuovo, se non che sono comparsi dei riflessi bluastri (nella dettaglio della foto non sono così evidenti). L’ossido c’è ma è uno strato talmente sottile e ben aderente che risulta completamente trasparente.

Ed ecco infine lo stesso filo dopo che stato arroventato fino a diventare giallo-arancione (600°C e più). Si è formata uno pellicola di diossido di titanio opaco e biancastro che tende a sfaldarsi ed a staccarsi dalla superficie. Questa è la situazione da evitare

Articolo di:
Igiit