نانوتکنولوژی و نانومواد: نانومتر دی اکسید تیتانیوم در لوازم آرایشی ضد آفتاب

نانوتکنولوژی و نانومواد: نانومتر دی اکسید تیتانیوم در لوازم آرایشی ضد آفتاب

کلمات را نقل کنید

حدود 5 درصد از پرتوهای تابش شده توسط خورشید دارای پرتوهای فرابنفش با طول موج ≤400 نانومتر هستند. پرتوهای فرابنفش در نور خورشید را می توان به موارد زیر تقسیم کرد: پرتوهای فرابنفش موج بلند با طول موج 320 نانومتر تا 400 نانومتر که به آنها پرتوهای فرابنفش نوع A (UVA) می گویند. پرتوهای فرابنفش موج متوسط ​​با طول موج 290 نانومتر تا 320 نانومتر، پرتوهای فرابنفش نوع B (UVB) و پرتوهای فرابنفش موج کوتاه با طول موج 200 نانومتر تا 290 نانومتر، پرتوهای فرابنفش نوع C نامیده می شوند.

اشعه ماوراء بنفش به دلیل طول موج کوتاه و انرژی زیاد، قدرت تخریب زیادی دارد که می تواند به پوست افراد آسیب برساند، باعث التهاب یا آفتاب سوختگی شود و به طور جدی سرطان پوست ایجاد کند. UVB عامل اصلی التهاب پوست و آفتاب سوختگی است.

1. اصل محافظت از اشعه ماوراء بنفش با نانو TiO2

TiO_2 یک نیمه هادی نوع N است. شکل کریستالی نانو TiO_2 که در لوازم آرایشی ضد آفتاب استفاده می شود، عموماً روتیل است و پهنای باند ممنوعه آن 3.0 eV است، هنگامی که پرتوهای UV با طول موج کمتر از 400 نانومتر TiO_2 را تابش می کنند، الکترون های باند ظرفیت می توانند اشعه UV را جذب کرده و برانگیخته شوند. باند رسانایی و جفت الکترون-حفره به طور همزمان ایجاد می شوند، بنابراین TiO_2 وظیفه جذب اشعه UV را دارد. با اندازه ذرات کوچک و کسرهای متعدد، این احتمال مسدود شدن یا رهگیری اشعه ماوراء بنفش را تا حد زیادی افزایش می دهد.

2. ویژگی های نانو TiO2 در لوازم آرایشی ضد آفتاب

2.1

راندمان محافظت بالا در برابر اشعه ماوراء بنفش

توانایی محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش محصولات آرایشی و بهداشتی ضد آفتاب با فاکتور محافظت در برابر آفتاب (مقدار SPF) بیان می شود و هر چه مقدار SPF بیشتر باشد، اثر ضد آفتاب بهتری دارد. نسبت انرژی مورد نیاز برای تولید کمترین اریتم قابل تشخیص برای پوست پوشیده شده با محصولات ضد آفتاب به انرژی لازم برای تولید اریتم با همان درجه برای پوست بدون محصولات ضد آفتاب.

از آنجایی که نانو TiO2 پرتوهای فرابنفش را جذب و پراکنده می کند، به عنوان ایده آل ترین ضد آفتاب فیزیکی در داخل و خارج از کشور در نظر گرفته می شود. به طور کلی، توانایی نانو TiO2 در محافظت از UVB 3-4 برابر نانو ZnO است.

2.2

محدوده اندازه ذرات مناسب

توانایی محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش نانو TiO2 توسط توانایی جذب و قابلیت پراکندگی آن تعیین می شود. هرچه اندازه ذرات اصلی نانو TiO2 کوچکتر باشد، توانایی جذب اشعه ماوراء بنفش قوی تر است. طبق قانون پراکندگی نور رایلی، اندازه ذرات اولیه بهینه برای حداکثر توانایی پراکندگی نانو TiO2 به پرتوهای فرابنفش با طول موج های مختلف وجود دارد. آزمایش‌ها همچنین نشان می‌دهند که هر چه طول موج پرتوهای فرابنفش طولانی‌تر باشد، توانایی محافظتی نانو TiO 2 بیشتر به توانایی پراکندگی آن بستگی دارد. هر چه طول موج کوتاهتر باشد، محافظ آن بیشتر به توانایی جذب آن بستگی دارد.

2.3

پراکندگی و شفافیت عالی

اندازه ذرات اصلی نانو TiO2 کمتر از 100 نانومتر است که بسیار کمتر از طول موج نور مرئی است. از نظر تئوری، نانو TiO2 می‌تواند نور مرئی را هنگامی که کاملاً پراکنده باشد، منتقل کند، بنابراین شفاف است. به دلیل شفافیت نانو TiO2، وقتی به لوازم آرایشی ضد آفتاب اضافه شود، پوست را نمی پوشاند. بنابراین می تواند زیبایی طبیعی پوست را نشان دهد. شفافیت یکی از شاخص های مهم نانو TiO2 در محصولات آرایشی ضد آفتاب است. در واقع نانو TiO2 در محصولات آرایشی و بهداشتی ضد آفتاب شفاف است اما کاملاً شفاف نیست، زیرا نانو TiO2 دارای ذرات کوچک، سطح ویژه بزرگ و انرژی سطحی بسیار بالا است و به آسانی به صورت سنگدانه‌ها در می‌آید و در نتیجه بر پراکندگی و شفافیت آن تأثیر می‌گذارد. محصولات

2.4

مقاومت در برابر آب و هوای خوب

Nano-TiO 2 برای محصولات آرایشی ضد آفتاب به مقاومت خاصی در آب و هوا (به ویژه مقاومت در برابر نور) نیاز دارد. از آنجایی که نانو TiO2 دارای ذرات کوچک و فعالیت زیاد است، پس از جذب پرتوهای فرابنفش، جفت الکترون-حفره ایجاد می کند و برخی از جفت های الکترون-حفره به سطح مهاجرت می کنند و در نتیجه رادیکال های اکسیژن اتمی و هیدروکسیل در آب جذب می شود. نانو TiO2 که دارای قابلیت اکسیداسیون قوی است و به دلیل تجزیه ادویه ها باعث تغییر رنگ محصولات و ایجاد بوی بد می شود. بنابراین، یک یا چند لایه جداسازی شفاف مانند سیلیس، آلومینا و زیرکونیا باید روی سطح نانو TiO2 پوشانده شوند تا از فعالیت فتوشیمیایی آن جلوگیری شود.

3. انواع و روند توسعه نانو TiO2

3.1

پودر نانو TiO2

محصولات نانو TiO2 به صورت پودر جامد به فروش می رسد که با توجه به خواص سطحی نانو TiO2 می توان آن را به پودر آبدوست و پودر چربی دوست تقسیم کرد. پودر هیدروفیل در لوازم آرایشی مبتنی بر آب استفاده می شود، در حالی که پودر چربی دوست در لوازم آرایشی مبتنی بر روغن استفاده می شود. پودرهای هیدروفیل عموماً با عملیات سطحی معدنی به دست می‌آیند. بیشتر این پودرهای خارجی نانو تیتانیم با توجه به زمینه‌های کاربردشان تحت عملیات سطح ویژه قرار گرفته‌اند.

3.2

رنگ پوست نانو TiO2

از آنجایی که ذرات نانو TiO2 ریز هستند و به راحتی نور آبی را با طول موج کوتاه‌تر در نور مرئی پراکنده می‌کنند، وقتی به لوازم آرایشی ضد آفتاب اضافه می‌شوند، پوست رنگ آبی نشان داده و ناسالم به نظر می‌رسد. به منظور هماهنگی با رنگ پوست، رنگدانه های قرمز مانند اکسید آهن اغلب در مراحل اولیه به فرمول های آرایشی اضافه می شود. با این حال، به دلیل تفاوت در چگالی و ترشوندگی بین نانو TiO2 _ 2 و اکسید آهن، رنگ های شناور اغلب رخ می دهد.

4. وضعیت تولید نانو TiO2 در چین

تحقیقات در مقیاس کوچک در مورد نانو TiO2 _ 2 در چین بسیار فعال است و سطح تحقیقات نظری به سطح پیشرفته جهانی رسیده است، اما تحقیقات کاربردی و تحقیقات مهندسی نسبتاً عقب مانده است و بسیاری از نتایج تحقیقات را نمی توان به محصولات صنعتی تبدیل کرد. تولید صنعتی نانو TiO2 در چین در سال 1997 و بیش از 10 سال دیرتر از ژاپن آغاز شد.

دو دلیل وجود دارد که کیفیت و رقابت بازار محصولات نانو TiO2 را در چین محدود می کند:

① تحقیقات فناوری کاربردی عقب مانده است

تحقیقات فناوری کاربردی نیاز به حل مشکلات افزودن فرآیند و ارزیابی اثر نانو TiO2 در سیستم کامپوزیت دارد. تحقیقات کاربردی نانو TiO2 در بسیاری از زمینه ها به طور کامل توسعه نیافته است و تحقیقات در برخی زمینه ها مانند محصولات آرایشی ضد آفتاب هنوز نیاز به تعمیق دارد. با توجه به تاخیر تحقیقات فناوری کاربردی، محصولات نانو TiO2 _ 2 چین نمی تواند برندهای سریالی را برای برآورده کردن نیازهای خاص زمینه های مختلف تشکیل دهد.

② فن آوری تصفیه سطح نانو TiO2 نیاز به مطالعه بیشتر دارد

عملیات سطحی شامل عملیات سطحی معدنی و عملیات سطحی آلی است. تکنولوژی درمان سطحی از فرمول عامل درمان سطحی، فناوری تصفیه سطح و تجهیزات تصفیه سطح تشکیل شده است.

5. سخنان پایانی

شفافیت، عملکرد محافظ اشعه ماوراء بنفش، پراکندگی و مقاومت نوری نانو TiO2 در لوازم آرایشی ضد آفتاب، شاخص های فنی مهمی برای قضاوت در مورد کیفیت آن هستند و فرآیند سنتز و روش تصفیه سطح نانو TiO2، کلید تعیین این شاخص های فنی است.