Nanotechnologie und Nanomaterialien: Nanometer-Titandioxid in Sonnenschutzkosmetika

Nanotechnologie und Nanomaterialien: Nanometer-Titandioxid in Sonnenschutzkosmetika

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Etwa 5 % der von der Sonne abgestrahlten Strahlen sind ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge ≤400 nm. Ultraviolette Strahlen im Sonnenlicht können unterteilt werden in: langwellige ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge von 320 nm bis 400 nm, sogenannte ultraviolette Strahlen vom Typ A (UVA); Mittelwellige ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge von 290 nm bis 320 nm werden als ultraviolette Strahlen vom B-Typ (UVB) und kurzwellige ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge von 200 nm bis 290 nm als ultraviolette Strahlen vom C-Typ bezeichnet.

Aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge und hohen Energie haben ultraviolette Strahlen eine große Zerstörungskraft, die die Haut von Menschen schädigen, Entzündungen oder Sonnenbrand verursachen und ernsthaft Hautkrebs verursachen kann. UVB ist der Hauptfaktor für Hautentzündungen und Sonnenbrand.

1. Das Prinzip der Abschirmung ultravioletter Strahlen mit Nano-TiO2

TiO _ 2 ist ein Halbleiter vom N-Typ. Die Kristallform von Nano-TiO _ 2, die in Sonnenschutzkosmetika verwendet wird, ist im Allgemeinen Rutil und seine verbotene Bandbreite beträgt 3,0 eV. Wenn UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von weniger als 400 nm TiO _ 2 bestrahlen, können Elektronen im Valenzband UV-Strahlen absorbieren und dazu angeregt werden Das Leitungsband und gleichzeitig werden Elektron-Loch-Paare erzeugt, sodass TiO _ 2 die Funktion hat, UV-Strahlen zu absorbieren. Bei geringer Partikelgröße und zahlreichen Fraktionen erhöht dies die Wahrscheinlichkeit, ultraviolette Strahlen zu blockieren oder abzufangen, erheblich.

2. Eigenschaften von Nano-TiO2 in Sonnenschutzkosmetika

2.1

Hohe UV-Abschirmungseffizienz

Die UV-Schutzwirkung von Sonnenschutzkosmetika wird durch den Lichtschutzfaktor (LSF-Wert) ausgedrückt. Je höher der Lichtschutzfaktor, desto besser die Sonnenschutzwirkung. Das Verhältnis der Energie, die erforderlich ist, um bei mit Sonnenschutzmitteln beschichteter Haut das geringste erkennbare Erythem zu erzeugen, zur Energie, die erforderlich ist, um bei Haut ohne Sonnenschutzmittel ein Erythem gleichen Ausmaßes zu erzeugen.

Da Nano-TiO2 ultraviolette Strahlen absorbiert und streut, gilt es im In- und Ausland als idealster physikalischer Sonnenschutz. Im Allgemeinen ist die Fähigkeit von Nano-TiO2, UVB abzuschirmen, drei- bis viermal so groß wie die von Nano-ZnO.

2.2

Geeigneter Partikelgrößenbereich

Die UV-Abschirmfähigkeit von Nano-TiO2 wird durch seine Absorptionsfähigkeit und Streufähigkeit bestimmt. Je kleiner die ursprüngliche Partikelgröße von Nano-TiO2 ist, desto stärker ist die UV-Absorptionsfähigkeit. Gemäß dem Lichtstreuungsgesetz von Rayleigh gibt es eine optimale ursprüngliche Partikelgröße für die maximale Streufähigkeit von Nano-TiO2 gegenüber ultravioletten Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Experimente zeigen auch, dass die Abschirmfähigkeit von Nano-TiO 2 umso stärker von seiner Streufähigkeit abhängt, je länger die Wellenlänge der ultravioletten Strahlen ist. Je kürzer die Wellenlänge, desto mehr hängt die Abschirmung von der Absorptionsfähigkeit ab.

2.3

Hervorragende Dispergierbarkeit und Transparenz

Die ursprüngliche Partikelgröße von Nano-TiO2 liegt unter 100 nm und damit weit unter der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Theoretisch kann Nano-TiO2 sichtbares Licht durchlassen, wenn es vollständig dispergiert ist, also transparent ist. Aufgrund der Transparenz von Nano-TiO2 bedeckt es die Haut nicht, wenn es Sonnenschutzkosmetika zugesetzt wird. Daher kann es die natürliche Schönheit der Haut zeigen. Transparenz ist einer der wichtigen Indikatoren von Nano-TiO2 in Sonnenschutzkosmetika. Tatsächlich ist Nano-TiO 2 in Sonnenschutzkosmetika transparent, aber nicht vollständig transparent, da Nano-TiO2 kleine Partikel, eine große spezifische Oberfläche und eine extrem hohe Oberflächenenergie aufweist und leicht Aggregate bildet, was die Dispergierbarkeit und Transparenz beeinträchtigt Produkte.

2.4

Gute Witterungsbeständigkeit

Nano-TiO 2 für Sonnenschutzkosmetik erfordert eine gewisse Witterungsbeständigkeit (insbesondere Lichtbeständigkeit). Da Nano-TiO2 kleine Partikel und eine hohe Aktivität aufweist, erzeugt es nach der Absorption ultravioletter Strahlen Elektron-Loch-Paare, und einige Elektron-Loch-Paare wandern an die Oberfläche, was zu atomarem Sauerstoff und Hydroxylradikalen im Wasser führt, die auf der Oberfläche adsorbiert werden Nano-TiO2, das über eine starke Oxidationsfähigkeit verfügt. Aufgrund der Zersetzung von Gewürzen führt es zu Verfärbungen der Produkte und Geruch. Daher müssen eine oder mehrere transparente Isolationsschichten wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Zirkonoxid auf die Oberfläche von Nano-TiO2 aufgetragen werden, um dessen photochemische Aktivität zu hemmen.

3. Arten und Entwicklungstrends von Nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2-Pulver

Die Nano-TiO2-Produkte werden in Form von festem Pulver verkauft, das entsprechend den Oberflächeneigenschaften von Nano-TiO2 in hydrophiles Pulver und lipophiles Pulver unterteilt werden kann. Hydrophiles Pulver wird in Kosmetika auf Wasserbasis verwendet, während lipophiles Pulver in Kosmetika auf Ölbasis verwendet wird. Hydrophile Pulver werden im Allgemeinen durch anorganische Oberflächenbehandlung erhalten. Die meisten dieser fremden Nano-TiO2-Pulver wurden je nach Anwendungsgebiet einer speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen.

3.2

Hautfarbenes Nano-TiO2

Da Nano-TiO2-Partikel fein sind und blaues Licht mit kürzerer Wellenlänge im sichtbaren Licht leicht streuen, zeigt die Haut bei Zugabe zu Sonnenschutzkosmetika einen Blauton und sieht ungesund aus. Um die Hautfarbe anzupassen, werden kosmetischen Formeln im Frühstadium häufig rote Pigmente wie Eisenoxid zugesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte und Benetzbarkeit zwischen Nano-TiO2 _ 2 und Eisenoxid kommt es jedoch häufig zu schwebenden Farben.

4. Produktionsstatus von Nano-TiO2 in China

Die klein angelegte Forschung zu Nano-TiO2 _ 2 in China ist sehr aktiv, und das theoretische Forschungsniveau hat das weltweit fortgeschrittene Niveau erreicht, aber die angewandte Forschung und die technische Forschung sind relativ rückständig und viele Forschungsergebnisse können nicht in industrielle Produkte umgewandelt werden. Die industrielle Produktion von Nano-TiO2 in China begann 1997, mehr als 10 Jahre später als in Japan.

Es gibt zwei Gründe, die die Qualität und Marktwettbewerbsfähigkeit von Nano-TiO2-Produkten in China einschränken:

① Die angewandte Technologieforschung hinkt hinterher

Die anwendungstechnische Forschung muss die Probleme der Hinzufügung von Prozessen und der Wirkungsbewertung von Nano-TiO2 in Verbundsystemen lösen. Die Anwendungsforschung für Nano-TiO2 ist in vielen Bereichen noch nicht vollständig entwickelt und die Forschung in einigen Bereichen, wie z. B. Sonnenschutzkosmetik, muss noch vertieft werden. Aufgrund der Verzögerung der angewandten Technologieforschung sind Chinas Nano-TiO2 _ 2-Produkte können keine Serienmarken bilden, um den besonderen Anforderungen verschiedener Bereiche gerecht zu werden.

② Die Oberflächenbehandlungstechnologie von Nano-TiO2 muss weiter untersucht werden

Die Oberflächenbehandlung umfasst anorganische Oberflächenbehandlung und organische Oberflächenbehandlung. Die Oberflächenbehandlungstechnologie besteht aus der Formel des Oberflächenbehandlungsmittels, der Oberflächenbehandlungstechnologie und der Oberflächenbehandlungsausrüstung.

5. Schlussbemerkungen

Die Transparenz, die UV-Abschirmleistung, die Dispergierbarkeit und die Lichtbeständigkeit von Nano-TiO2 in Sonnenschutzkosmetika sind wichtige technische Indikatoren zur Beurteilung der Qualität, und der Syntheseprozess und die Oberflächenbehandlungsmethode von Nano-TiO2 sind der Schlüssel zur Bestimmung dieser technischen Indikatoren.