Nanoteknologi dan Nanomaterial: Nanometer Titanium Dioksida dalam Kosmetik Tabir Surya

Nanoteknologi dan Nanomaterial: Nanometer Titanium Dioksida dalam Kosmetik Tabir Surya

Mengutip kata-kata

Sekitar 5% sinar yang dipancarkan matahari mempunyai sinar ultraviolet dengan panjang gelombang ≤400 nm. Sinar ultraviolet pada sinar matahari dapat dibagi menjadi: sinar ultraviolet gelombang panjang dengan panjang gelombang 320 nm~400 nm, disebut sinar ultraviolet tipe A (UVA); Sinar ultraviolet gelombang menengah dengan panjang gelombang 290 nm sampai 320 nm disebut sinar ultraviolet tipe B (UVB) dan sinar ultraviolet gelombang pendek dengan panjang gelombang 200 nm sampai 290 nm disebut sinar ultraviolet tipe C.

Karena panjang gelombangnya yang pendek dan energinya yang tinggi, sinar ultraviolet memiliki daya rusak yang besar, yang dapat merusak kulit manusia, menyebabkan peradangan atau sengatan matahari, dan menyebabkan kanker kulit secara serius. UVB merupakan faktor utama penyebab peradangan kulit dan sengatan matahari.

1. prinsip melindungi sinar ultraviolet dengan nano TiO2

TiO _ 2 adalah semikonduktor tipe-N. Bentuk kristal nano-TiO _ 2 yang digunakan dalam kosmetik tabir surya umumnya rutil, dan lebar pita terlarangnya adalah 3,0 eV Ketika sinar UV dengan panjang gelombang kurang dari 400nm menyinari TiO _ 2, elektron pada pita valensi dapat menyerap sinar UV dan tereksitasi ke pita konduksi, dan pasangan lubang elektron dihasilkan secara bersamaan, sehingga TiO _ 2 berfungsi menyerap sinar UV. Dengan ukuran partikel yang kecil dan banyak fraksi, hal ini sangat meningkatkan kemungkinan menghalangi atau mencegat sinar ultraviolet.

2. Karakteristik nano-TiO2 pada kosmetik tabir surya

2.1

Efisiensi pelindung UV yang tinggi

Kemampuan kosmetik tabir surya dalam melindungi terhadap sinar ultraviolet dinyatakan dengan faktor perlindungan matahari (nilai SPF), dan semakin tinggi nilai SPF maka semakin baik efek tabir surya. Rasio energi yang diperlukan untuk menghasilkan eritema terendah yang terdeteksi pada kulit yang dilapisi produk tabir surya dengan energi yang diperlukan untuk menghasilkan eritema dengan derajat yang sama pada kulit tanpa produk tabir surya.

Karena nano-TiO2 menyerap dan menyebarkan sinar ultraviolet, nano-TiO2 dianggap sebagai tabir surya fisik paling ideal di dalam dan luar negeri. Secara umum kemampuan nano-TiO2 dalam melindungi UVB 3-4 kali lipat dibandingkan nano-ZnO.

2.2

Kisaran ukuran partikel yang sesuai

Kemampuan nano-TiO2 dalam melindungi sinar ultraviolet ditentukan oleh kemampuan penyerapan dan kemampuan hamburannya. Semakin kecil ukuran partikel asli nano-TiO2 maka semakin kuat pula kemampuan serapan sinar ultravioletnya. Menurut hukum hamburan cahaya Rayleigh, terdapat ukuran partikel asli yang optimal untuk kemampuan hamburan maksimum nano-TiO2 terhadap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang berbeda. Eksperimen juga menunjukkan bahwa semakin panjang panjang gelombang sinar ultraviolet,Kemampuan perisai nano-TiO 2 lebih bergantung pada kemampuan hamburannya; Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin besar perlindungannya bergantung pada kemampuan penyerapannya.

2.3

Dispersibilitas dan transparansi yang sangat baik

Ukuran partikel asli nano-TiO2 berada di bawah 100 nm, jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak. Secara teoritis, nano-TiO2 dapat mentransmisikan cahaya tampak ketika tersebar sempurna, sehingga bersifat transparan. Karena transparansi nano-TiO2, tidak akan menutupi kulit saat ditambahkan ke kosmetik tabir surya. Sehingga dapat menampilkan kecantikan alami kulit. Transparansi merupakan salah satu indeks penting nano-TiO2 dalam kosmetik tabir surya. Faktanya, nano-TiO 2 bersifat transparan tetapi tidak sepenuhnya transparan dalam kosmetik tabir surya, karena nano-TiO2 memiliki partikel kecil, luas permukaan spesifik yang besar, dan energi permukaan yang sangat tinggi, serta mudah membentuk agregat, sehingga mempengaruhi dispersibilitas dan transparansi. produk.

2.4

Ketahanan cuaca yang baik

Nano-TiO 2 untuk kosmetik tabir surya memerlukan ketahanan cuaca tertentu (terutama ketahanan cahaya). Karena nano-TiO2 memiliki partikel kecil dan aktivitas tinggi, maka akan menghasilkan pasangan lubang elektron setelah menyerap sinar ultraviolet, dan beberapa pasangan lubang elektron akan bermigrasi ke permukaan, mengakibatkan atom oksigen dan radikal hidroksil dalam air teradsorpsi di permukaan. nano-TiO2 yang memiliki kemampuan oksidasi yang kuat akan menyebabkan perubahan warna pada produk dan bau akibat penguraian rempah-rempah. Oleh karena itu, satu atau lebih lapisan isolasi transparan, seperti silika, alumina dan zirkonia, harus dilapisi pada permukaan nano-TiO2 untuk menghambat aktivitas fotokimianya.

3. Jenis dan tren perkembangan nano-TiO2

3.1

Serbuk nano-TiO2

Produk nano-TiO2 dijual dalam bentuk bubuk padat, yang dapat dibedakan menjadi bubuk hidrofilik dan bubuk lipofilik sesuai dengan sifat permukaan nano-TiO2. Bubuk hidrofilik digunakan pada kosmetik berbahan dasar air, sedangkan bubuk lipofilik digunakan pada kosmetik berbahan dasar minyak. Serbuk hidrofilik umumnya diperoleh dengan perlakuan permukaan anorganik. Sebagian besar serbuk nano-TiO2 asing ini telah menjalani perlakuan permukaan khusus sesuai dengan bidang aplikasinya.

3.2

Warna kulit nano TiO2

Karena partikel nano-TiO2 halus dan mudah menyebarkan cahaya biru dengan panjang gelombang lebih pendek pada cahaya tampak, bila ditambahkan ke kosmetik tabir surya, kulit akan menunjukkan warna biru dan terlihat tidak sehat. Untuk mencocokkan warna kulit, pigmen merah seperti oksida besi sering ditambahkan ke formula kosmetik pada tahap awal. Namun karena perbedaan densitas dan keterbasahan antara nano-TiO2 _ 2 dan besi oksida, warna mengambang sering terjadi.

4. Status produksi nano-TiO2 di Tiongkok

Penelitian skala kecil tentang nano-TiO2 _ 2 di Tiongkok sangat aktif, dan tingkat penelitian teoritis telah mencapai tingkat mahir dunia, namun penelitian terapan dan penelitian teknik relatif terbelakang, dan banyak hasil penelitian tidak dapat diubah menjadi produk industri. Produksi industri nano-TiO2 di Tiongkok dimulai pada tahun 1997, lebih dari 10 tahun lebih lambat dibandingkan Jepang.

Ada dua alasan yang membatasi kualitas dan daya saing pasar produk nano-TiO2 di Tiongkok:

① Penelitian teknologi terapan tertinggal

Penelitian penerapan teknologi perlu memecahkan permasalahan proses penambahan dan evaluasi efek nano-TiO2 pada sistem komposit. Penelitian penerapan nano-TiO2 di berbagai bidang belum sepenuhnya dikembangkan, dan penelitian di beberapa bidang, seperti kosmetik tabir surya, masih perlu diperdalam. Karena ketertinggalan penelitian teknologi terapan, produk nano-TiO2 _ 2 China tidak dapat membentuk merek serial untuk memenuhi persyaratan khusus di berbagai bidang.

② Teknologi perawatan permukaan nano-TiO2 memerlukan studi lebih lanjut

Perawatan permukaan meliputi perawatan permukaan anorganik dan perawatan permukaan organik. Teknologi perawatan permukaan terdiri dari formula bahan perawatan permukaan, teknologi perawatan permukaan, dan peralatan perawatan permukaan.

5. Catatan penutup

Transparansi, kinerja pelindung ultraviolet, dispersibilitas dan ketahanan cahaya nano-TiO2 dalam kosmetik tabir surya merupakan indeks teknis penting untuk menilai kualitasnya, dan proses sintesis serta metode perawatan permukaan nano-TiO2 adalah kunci untuk menentukan indeks teknis ini.