Nanotecnología y nanomateriales: dióxido de titanio nanométrico en cosméticos de protección solar

Nanotecnología y nanomateriales: dióxido de titanio nanométrico en cosméticos de protección solar

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Aproximadamente el 5% de los rayos irradiados por el sol tienen rayos ultravioleta con una longitud de onda ≤400 nm. Los rayos ultravioleta de la luz solar se pueden dividir en: rayos ultravioleta de onda larga con una longitud de onda de 320 nm ~ 400 nm, llamados rayos ultravioleta de tipo A (UVA); Los rayos ultravioleta de onda media con una longitud de onda de 290 nm a 320 nm se denominan rayos ultravioleta de tipo B (UVB) y los rayos ultravioleta de onda corta con una longitud de onda de 200 nm a 290 nm se denominan rayos ultravioleta de tipo C.

Debido a su longitud de onda corta y alta energía, los rayos ultravioleta tienen un gran poder destructivo, pudiendo dañar la piel de las personas, provocar inflamación o quemaduras solares y producir cáncer de piel grave. Los rayos UVB son el principal factor que causa inflamación de la piel y quemaduras solares.

Primero, el principio de proteger los rayos ultravioleta con nano TiO2.

TiO_2 es ​​un semiconductor de tipo N. La forma cristalina del nano-TiO _ 2 utilizada en los cosméticos de protección solar es generalmente rutilo y su ancho de banda prohibido es 3,0 eV. Cuando los rayos UV con una longitud de onda inferior a 400 nm irradian TiO _ 2, los electrones en la banda de valencia pueden absorber los rayos UV y excitarse para la banda de conducción, y al mismo tiempo se generan pares electrón-hueco, por lo que el TiO_2 tiene la función de absorber los rayos UV. Con un tamaño de partícula pequeño y numerosas fracciones, esto aumenta enormemente la probabilidad de bloquear o interceptar los rayos ultravioleta.

2. Características del nano-TiO2 en cosméticos de protección solar

2.1

Alta eficiencia de protección UV

La capacidad de protección ultravioleta de los cosméticos de protección solar se expresa mediante el factor de protección solar (valor SPF), y cuanto mayor sea el valor de SPF, mejor será el efecto de protección solar. La relación entre la energía necesaria para producir el eritema más bajo detectable en la piel cubierta con productos de protección solar y la energía necesaria para producir un eritema del mismo grado en la piel sin productos de protección solar.

Como el nano-TiO2 absorbe y dispersa los rayos ultravioleta, se considera el protector solar físico más ideal en el país y en el extranjero. En general, la capacidad del nano-TiO2 para proteger a los rayos UVB es de 3 a 4 veces mayor que la del nano-ZnO.

2.2

Rango de tamaño de partícula adecuado

La capacidad de protección ultravioleta del nano-TiO2 está determinada por su capacidad de absorción y dispersión. Cuanto más pequeño sea el tamaño de partícula original del nano-TiO2, mayor será la capacidad de absorción ultravioleta. Según la ley de dispersión de la luz de Rayleigh, existe un tamaño de partícula original óptimo para la máxima capacidad de dispersión del nano-TiO2 a los rayos ultravioleta con diferentes longitudes de onda. Los experimentos también muestran que cuanto más larga es la longitud de onda de los rayos ultravioleta, la capacidad de protección del nano-TiO 2 depende más de su capacidad de dispersión; Cuanto más corta es la longitud de onda, más depende su protección de su capacidad de absorción.

2.3

Excelente dispersabilidad y transparencia.

El tamaño de partícula original del nano-TiO2 está por debajo de los 100 nm, mucho menos que la longitud de onda de la luz visible. En teoría, el nano-TiO2 puede transmitir luz visible cuando está completamente dispersado, por lo que es transparente. Debido a la transparencia del nano-TiO2, no cubrirá la piel cuando se agregue a los cosméticos de protección solar. Por lo tanto, puede mostrar la belleza natural de la piel. La transparencia es uno de los índices importantes del nano-TiO2 en los cosméticos de protección solar. De hecho, el nano-TiO 2 es transparente pero no completamente transparente en los cosméticos de protección solar, porque el nano-TiO2 tiene partículas pequeñas, una gran superficie específica y una energía superficial extremadamente alta, y es fácil formar agregados, lo que afecta la dispersabilidad y transparencia de productos.

2.4

Buena resistencia a la intemperie

El nano-TiO 2 para cosméticos de protección solar requiere cierta resistencia a la intemperie (especialmente resistencia a la luz). Debido a que el nano-TiO2 tiene partículas pequeñas y alta actividad, generará pares de huecos de electrones después de absorber los rayos ultravioleta, y algunos pares de huecos de electrones migrarán a la superficie, lo que dará como resultado oxígeno atómico y radicales hidroxilo en el agua adsorbida en la superficie de nano-TiO2, que tiene una fuerte capacidad de oxidación. Causará decoloración de los productos y olor debido a la descomposición de las especias. Por lo tanto, se deben recubrir una o más capas aislantes transparentes, como sílice, alúmina y circonia, sobre la superficie del nano-TiO2 para inhibir su actividad fotoquímica.

3. Tipos y tendencias de desarrollo de nano-TiO2

3.1

Polvo de nano-TiO2

Los productos de nano-TiO2 se venden en forma de polvo sólido, que se puede dividir en polvo hidrófilo y polvo lipófilo según las propiedades de la superficie del nano-TiO2. El polvo hidrófilo se utiliza en cosméticos a base de agua, mientras que el polvo lipófilo se utiliza en cosméticos a base de aceite. Los polvos hidrófilos generalmente se obtienen mediante un tratamiento superficial inorgánico. La mayoría de estos polvos extraños de nano-TiO2 se han sometido a un tratamiento superficial especial según sus campos de aplicación.

3.2

Color de piel nano TiO2

Debido a que las partículas de nano-TiO2 son finas y fáciles de dispersar la luz azul con longitud de onda más corta en la luz visible, cuando se agregan a los cosméticos de protección solar, la piel mostrará un tono azul y lucirá poco saludable. Para igualar el color de la piel, a menudo se añaden pigmentos rojos, como el óxido de hierro, a las fórmulas cosméticas en las primeras etapas. Sin embargo, debido a la diferencia de densidad y humectabilidad entre el nano-TiO2 _ 2 y el óxido de hierro, a menudo se producen colores flotantes.

4. Estado de la producción de nano-TiO2 en China

La investigación a pequeña escala sobre nano-TiO2 _ 2 en China es muy activa y el nivel de investigación teórica ha alcanzado el nivel avanzado mundial, pero la investigación aplicada y la investigación de ingeniería están relativamente atrasadas y muchos resultados de la investigación no se pueden transformar en productos industriales. La producción industrial de nano-TiO2 en China comenzó en 1997, más de 10 años después que en Japón.

Hay dos razones que restringen la calidad y la competitividad del mercado de los productos de nano-TiO2 en China:

① La investigación en tecnología aplicada está rezagada

La investigación de la tecnología de aplicación debe resolver los problemas de la evaluación del proceso de adición y del efecto del nano-TiO2 en un sistema compuesto. La investigación de la aplicación del nano-TiO2 en muchos campos no se ha desarrollado completamente, y la investigación en algunos campos, como los cosméticos de protección solar, aún debe profundizarse.Debido al retraso en la investigación de tecnología aplicada, los productos nano-TiO2 _ 2 de China No se pueden formar marcas en serie para cumplir con los requisitos especiales de diferentes campos.

② La tecnología de tratamiento de superficies de nano-TiO2 necesita más estudios

El tratamiento de superficie incluye tratamiento de superficie inorgánico y tratamiento de superficie orgánico. La tecnología de tratamiento de superficies se compone de una fórmula de agente de tratamiento de superficies, tecnología de tratamiento de superficies y equipos de tratamiento de superficies.

5. Observaciones finales

La transparencia, el rendimiento de protección ultravioleta, la dispersabilidad y la resistencia a la luz del nano-TiO2 en los cosméticos de protección solar son índices técnicos importantes para juzgar su calidad, y el proceso de síntesis y el método de tratamiento de superficie del nano-TiO2 son la clave para determinar estos índices técnicos.