Νανοτεχνολογία και νανοϋλικά: Nanometer Dioxide Titanium in Sunscreen Cosmetics

Νανοτεχνολογία και νανοϋλικά: Nanometer Dioxide Titanium in Sunscreen Cosmetics

Παράθεση λέξεις

Περίπου το 5% των ακτίνων που εκπέμπονται από τον ήλιο έχουν υπεριώδεις ακτίνες με μήκος κύματος ≤400 nm. Οι υπεριώδεις ακτίνες στο ηλιακό φως μπορούν να χωριστούν σε: υπεριώδεις ακτίνες μεγάλου κύματος με μήκος κύματος 320 nm~400 nm, που ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου Α (UVA). Οι υπεριώδεις ακτίνες μεσαίου κύματος με μήκος κύματος από 290 nm έως 320 nm ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου Β (UVB) και οι υπεριώδεις ακτίνες μικρού κύματος με μήκος κύματος από 200 nm έως 290 nm ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου C.

Λόγω του μικρού μήκους κύματος και της υψηλής ενέργειας, οι υπεριώδεις ακτίνες έχουν μεγάλη καταστροφική δύναμη, η οποία μπορεί να βλάψει το δέρμα των ανθρώπων, να προκαλέσει φλεγμονή ή ηλιακό έγκαυμα και να προκαλέσει σοβαρά καρκίνο του δέρματος. Η UVB είναι ο κύριος παράγοντας που προκαλεί φλεγμονή του δέρματος και ηλιακά εγκαύματα.

1. η αρχή της θωράκισης των υπεριωδών ακτίνων με νανο TiO2

Το TiO _ 2 είναι ημιαγωγός τύπου Ν. Η κρυσταλλική μορφή του νανο-TiO _ 2 που χρησιμοποιείται στα αντηλιακά καλλυντικά είναι γενικά ρουτίλιο και το απαγορευμένο πλάτος ζώνης του είναι 3,0 eV Όταν οι ακτίνες UV με μήκος κύματος μικρότερο από 400 nm ακτινοβολούν TiO _ 2, τα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους μπορούν να απορροφήσουν τις ακτίνες UV και να διεγερθούν η ζώνη αγωγιμότητας και τα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών δημιουργούνται ταυτόχρονα χρόνο, οπότε το TiO _ 2 έχει τη λειτουργία να απορροφά τις υπεριώδεις ακτίνες. Με μικρό μέγεθος σωματιδίων και πολλά κλάσματα, αυτό αυξάνει σημαντικά την πιθανότητα μπλοκαρίσματος ή αναχαίτισης των υπεριωδών ακτίνων.

2. Χαρακτηριστικά του νανο-TiO2 στα αντηλιακά καλλυντικά

2.1

Υψηλή απόδοση θωράκισης UV

Η υπεριώδης ικανότητα θωράκισης των αντηλιακών καλλυντικών εκφράζεται με τον παράγοντα αντηλιακής προστασίας (τιμή SPF) και όσο υψηλότερη είναι η τιμή SPF, τόσο καλύτερο είναι το αντηλιακό αποτέλεσμα. Ο λόγος της ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή του χαμηλότερου ανιχνεύσιμου ερυθήματος για δέρμα επικαλυμμένο με αντηλιακά προϊόντα προς την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή ερυθήματος του ίδιου βαθμού για δέρμα χωρίς αντηλιακά προϊόντα.

Καθώς το nano-TiO2 απορροφά και διαχέει τις υπεριώδεις ακτίνες, θεωρείται ως το ιδανικότερο φυσικό αντηλιακό στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Γενικά, η ικανότητα του νανο-TiO2 να θωρακίζει την υπεριώδη ακτινοβολία UVB είναι 3-4 φορές μεγαλύτερη από αυτή του νανο-ZnO.

2.2

Κατάλληλο εύρος μεγέθους σωματιδίων

Η ικανότητα θωράκισης του νανο-TiO2 από την υπεριώδη ακτινοβολία καθορίζεται από την ικανότητα απορρόφησης και την ικανότητα σκέδασής του. Όσο μικρότερο είναι το αρχικό μέγεθος σωματιδίων του νανο-TiO2, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας. Σύμφωνα με το νόμο του Rayleigh για τη σκέδαση φωτός, υπάρχει ένα βέλτιστο αρχικό μέγεθος σωματιδίων για τη μέγιστη ικανότητα σκέδασης του νανο-TiO2 σε υπεριώδεις ακτίνες με διαφορετικά μήκη κύματος. Τα πειράματα δείχνουν επίσης ότι όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος των υπεριωδών ακτίνων, η ικανότητα θωράκισης του νανο-TiO 2 εξαρτάται περισσότερο από την ικανότητα σκέδασής του. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο περισσότερο η θωράκισή του εξαρτάται από την ικανότητα απορρόφησής του.

2.3

Εξαιρετική διασπορά και διαφάνεια

Το αρχικό μέγεθος σωματιδίων του νανο-TiO2 είναι κάτω από 100 nm, πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Θεωρητικά, το νανο-TiO2 μπορεί να μεταδώσει ορατό φως όταν είναι πλήρως διασκορπισμένο, επομένως είναι διαφανές. Λόγω της διαφάνειας του νανο-TiO2, δεν θα καλύψει το δέρμα όταν προστεθεί σε αντηλιακά καλλυντικά. Ως εκ τούτου, μπορεί να δείξει φυσική ομορφιά του δέρματος. Η διαφάνεια είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες nano-TiO2 στα αντηλιακά καλλυντικά. Στην πραγματικότητα, το nano-TiO 2 είναι διαφανές αλλά όχι εντελώς διαφανές στα αντηλιακά καλλυντικά, επειδή το nano-TiO2 έχει μικρά σωματίδια, μεγάλη ειδική επιφάνεια και εξαιρετικά υψηλή επιφανειακή ενέργεια και είναι εύκολο να σχηματιστούν συσσωματώματα, επηρεάζοντας έτσι τη διασπορά και τη διαφάνεια του προϊόντα.

2.4

Καλή αντοχή στις καιρικές συνθήκες

Το Nano-TiO 2 για αντηλιακά καλλυντικά απαιτεί συγκεκριμένη αντοχή στις καιρικές συνθήκες (ειδικά αντίσταση στο φως). Επειδή το nano-TiO2 έχει μικρά σωματίδια και υψηλή δραστηριότητα, θα δημιουργήσει ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών μετά την απορρόφηση των υπεριωδών ακτίνων και μερικά ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών θα μεταναστεύσουν στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα ατομικές ρίζες οξυγόνου και υδροξυλίου στο νερό που απορροφάται στην επιφάνεια του nano-TiO2, το οποίο έχει ισχυρή ικανότητα οξείδωσης. Θα προκαλέσει αποχρωματισμό των προϊόντων και οσμή λόγω αποσύνθεσης μπαχαρικά. Επομένως, ένα ή περισσότερα διαφανή στρώματα απομόνωσης, όπως πυρίτιο, αλουμίνα και ζιρκόνιο, πρέπει να επικαλυφθούν στην επιφάνεια του νανο-TiO2 για να ανασταλεί η φωτοχημική του δραστηριότητα.

3. Τύποι και τάσεις ανάπτυξης νανο-TiO2

3.1

Σκόνη Nano-TiO2

Τα προϊόντα nano-TiO2 πωλούνται με τη μορφή στερεής σκόνης, η οποία μπορεί να χωριστεί σε υδρόφιλη σκόνη και λιπόφιλη σκόνη σύμφωνα με τις επιφανειακές ιδιότητες του νανο-TiO2. Η υδρόφιλη σκόνη χρησιμοποιείται σε καλλυντικά με βάση το νερό, ενώ η λιπόφιλη σκόνη χρησιμοποιείται σε καλλυντικά με βάση το λάδι. Οι υδρόφιλες σκόνες γενικά λαμβάνονται με ανόργανη επιφανειακή επεξεργασία. Οι περισσότερες από αυτές τις ξένες σκόνες νανο-TiO2 έχουν υποστεί ειδική επιφανειακή επεξεργασία σύμφωνα με τα πεδία εφαρμογής τους.

3.2

Χρώμα δέρματος nano TiO2

Επειδή τα σωματίδια νανο-TiO2 είναι λεπτά και διαχέονται εύκολα το μπλε φως με μικρότερο μήκος κύματος στο ορατό φως, όταν προστεθούν σε αντηλιακά καλλυντικά, το δέρμα θα δείξει μπλε τόνο και θα φαίνεται ανθυγιεινό. Προκειμένου να ταιριάζει με το χρώμα του δέρματος, κόκκινες χρωστικές ουσίες όπως το οξείδιο του σιδήρου προστίθενται συχνά στις καλλυντικές φόρμουλες στο αρχικό στάδιο. Ωστόσο, λόγω της διαφοράς στην πυκνότητα και τη διαβρεξιμότητα μεταξύ του νανο-TiO2 _ 2 και του οξειδίου του σιδήρου, εμφανίζονται συχνά αιωρούμενα χρώματα.

4. Κατάσταση παραγωγής νανο-TiO2 στην Κίνα

Η έρευνα μικρής κλίμακας για το nano-TiO2 _ 2 στην Κίνα είναι πολύ ενεργή και το θεωρητικό επίπεδο έρευνας έχει φτάσει σε προηγμένο παγκόσμιο επίπεδο, αλλά η εφαρμοσμένη έρευνα και η έρευνα μηχανικής είναι σχετικά καθυστερημένες και πολλά ερευνητικά αποτελέσματα δεν μπορούν να μετατραπούν σε βιομηχανικά προϊόντα. Η βιομηχανική παραγωγή νανο-TiO2 στην Κίνα ξεκίνησε το 1997, περισσότερο από 10 χρόνια αργότερα από την Ιαπωνία.

Υπάρχουν δύο λόγοι που περιορίζουν την ποιότητα και την ανταγωνιστικότητα των προϊόντων nano-TiO2 στην Κίνα:

① Η έρευνα της εφαρμοσμένης τεχνολογίας υστερεί

Η έρευνα τεχνολογίας εφαρμογών πρέπει να λύσει τα προβλήματα της προσθήκης διαδικασίας και αξιολόγησης αποτελεσμάτων του νανο-TiO2 σε σύνθετο σύστημα. Η έρευνα εφαρμογής του nano-TiO2 σε πολλούς τομείς δεν έχει αναπτυχθεί πλήρως και η έρευνα σε ορισμένους τομείς, όπως τα αντηλιακά καλλυντικά, χρειάζεται ακόμη να εμβαθύνει. Λόγω της υστέρησης της έρευνας εφαρμοσμένης τεχνολογίας, τα προϊόντα nano-TiO2 _ 2 της Κίνας δεν μπορεί να σχηματίσει σειριακές μάρκες για να καλύψει τις ειδικές απαιτήσεις διαφορετικών τομέων.

② Η τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας του νανο-TiO2 χρειάζεται περαιτέρω μελέτη

Η επιφανειακή επεξεργασία περιλαμβάνει ανόργανη επιφανειακή επεξεργασία και οργανική επεξεργασία επιφανειών. Η τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας αποτελείται από τύπο παράγοντα επεξεργασίας επιφανειών, τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας και εξοπλισμό επιφανειακής επεξεργασίας.

5. Τελικές παρατηρήσεις

Η διαφάνεια, η απόδοση της υπεριώδους θωράκισης, η ικανότητα διασποράς και η αντίσταση στο φως του nano-TiO2 στα αντηλιακά καλλυντικά είναι σημαντικοί τεχνικοί δείκτες για να κριθεί η ποιότητά του και η διαδικασία σύνθεσης και η μέθοδος επιφανειακής επεξεργασίας του nano-TiO2 είναι το κλειδί για τον προσδιορισμό αυτών των τεχνικών δεικτών.