Nanotecnologie e nanomateriali: biossido di titanio nanometrico nei cosmetici per la protezione solare

Nanotecnologie e nanomateriali: biossido di titanio nanometrico nei cosmetici per la protezione solare

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Circa il 5% dei raggi irradiati dal sole ha raggi ultravioletti con lunghezza d'onda ≤400 nm. I raggi ultravioletti della luce solare possono essere suddivisi in: raggi ultravioletti a onda lunga con una lunghezza d'onda di 320 nm~400 nm, chiamati raggi ultravioletti di tipo A (UVA); I raggi ultravioletti a onde medie con una lunghezza d'onda compresa tra 290 nm e 320 nm sono chiamati raggi ultravioletti di tipo B (UVB) e i raggi ultravioletti a onde corte con una lunghezza d'onda compresa tra 200 nm e 290 nm sono chiamati raggi ultravioletti di tipo C.

A causa della loro breve lunghezza d'onda e dell'elevata energia, i raggi ultravioletti hanno un grande potere distruttivo, che può danneggiare la pelle delle persone, causare infiammazioni o scottature solari e provocare gravemente il cancro della pelle. Gli UVB sono il principale fattore che causa infiammazioni cutanee e scottature solari.

1. il principio di schermatura dei raggi ultravioletti con nano TiO2

TiO_2 è un semiconduttore di tipo N. La forma cristallina del nano-TiO _ 2 utilizzata nei cosmetici per la protezione solare è generalmente rutilo e la sua larghezza di banda vietata è 3,0 eV. Quando i raggi UV con lunghezza d'onda inferiore a 400 nm irradiano TiO _ 2, gli elettroni sulla banda di valenza possono assorbire i raggi UV ed essere eccitati la banda di conduzione e le coppie elettrone-lacuna vengono generate contemporaneamente, quindi TiO _ 2 ha la funzione di assorbire i raggi UV. Con particelle di piccole dimensioni e numerose frazioni, ciò aumenta notevolmente la probabilità di bloccare o intercettare i raggi ultravioletti.

2. Caratteristiche del nano-TiO2 nei cosmetici per la protezione solare

2.1

Elevata efficienza di schermatura UV

La capacità di schermatura dai raggi ultravioletti dei cosmetici solari è espressa dal fattore di protezione solare (valore SPF) e maggiore è il valore SPF, migliore è l'effetto della protezione solare. Il rapporto tra l'energia richiesta per produrre l'eritema più basso rilevabile per la pelle rivestita con prodotti per la protezione solare e l'energia richiesta per produrre un eritema dello stesso grado per la pelle senza prodotti per la protezione solare.

Poiché il nano-TiO2 assorbe e disperde i raggi ultravioletti, è considerato la protezione solare fisica più ideale in patria e all'estero. In generale, la capacità del nano-TiO2 di schermare gli UVB è 3-4 volte quella del nano-ZnO.

2.2

Intervallo di dimensioni delle particelle adatte

La capacità di schermatura ultravioletta del nano-TiO2 è determinata dalla sua capacità di assorbimento e di diffusione. Quanto più piccola è la dimensione originale delle particelle di nano-TiO2, tanto più forte è la capacità di assorbimento degli ultravioletti. Secondo la legge di Rayleigh sulla diffusione della luce, esiste una dimensione originale ottimale delle particelle per la massima capacità di diffusione del nano-TiO2 ai raggi ultravioletti con diverse lunghezze d'onda. Gli esperimenti mostrano anche che maggiore è la lunghezza d'onda dei raggi ultravioletti, la capacità di schermatura del nano-TiO 2 dipende maggiormente dalla sua capacità di diffusione; Quanto più corta è la lunghezza d'onda, tanto più la sua schermatura dipende dalla sua capacità di assorbimento.

2.3

Eccellente disperdibilità e trasparenza

La dimensione originale delle particelle di nano-TiO2 è inferiore a 100 nm, molto inferiore alla lunghezza d'onda della luce visibile. Teoricamente, il nano-TiO2 può trasmettere la luce visibile quando è completamente dispersa, quindi è trasparente. A causa della trasparenza del nano-TiO2, non coprirà la pelle quando aggiunto ai cosmetici per la protezione solare. Pertanto, può mostrare la bellezza naturale della pelle. La trasparenza è uno degli indici importanti di nano-TiO2 nei cosmetici per la protezione solare. Infatti, il nano-TiO 2 è trasparente ma non completamente trasparente nei cosmetici per la protezione solare, perché il nano-TiO2 ha particelle piccole, un'ampia area superficiale specifica ed un'energia superficiale estremamente elevata, ed è facile formare aggregati, influenzando così la disperdibilità e la trasparenza dei cosmetici. prodotti.

2.4

Buona resistenza agli agenti atmosferici

Il Nano-TiO 2 per i cosmetici solari richiede una certa resistenza agli agenti atmosferici (in particolare alla luce). Poiché il nano-TiO2 ha particelle piccole e un'elevata attività, genererà coppie elettrone-lacuna dopo aver assorbito i raggi ultravioletti e alcune coppie elettrone-lacuna migreranno verso la superficie, risultando in ossigeno atomico e radicali idrossilici nell'acqua adsorbita sulla superficie di nano-TiO2, che ha una forte capacità di ossidazione. Causerà scolorimento dei prodotti e odore dovuto alla decomposizione delle spezie. Pertanto, uno o più strati isolanti trasparenti, come silice, allumina e zirconio, devono essere rivestiti sulla superficie del nano-TiO2 per inibirne l'attività fotochimica.

3. Tipologie e tendenze di sviluppo del nano-TiO2

3.1

Polvere di nano-TiO2

I prodotti nano-TiO2 sono venduti sotto forma di polvere solida, che può essere divisa in polvere idrofila e polvere lipofila in base alle proprietà superficiali del nano-TiO2. La polvere idrofila viene utilizzata nei cosmetici a base di acqua, mentre la polvere lipofila viene utilizzata nei cosmetici a base di olio. Le polveri idrofile sono generalmente ottenute mediante trattamento superficiale inorganico. La maggior parte di queste polveri estranee di nano-TiO2 sono state sottoposte a un trattamento superficiale speciale in base ai loro campi di applicazione.

3.2

Colore della pelle nano TiO2

Poiché le particelle di nano-TiO2 sono fini e facili da diffondere la luce blu con una lunghezza d'onda più corta nella luce visibile, quando aggiunte ai cosmetici per la protezione solare, la pelle mostrerà una tonalità blu e avrà un aspetto malsano. Per abbinare il colore della pelle, nelle fasi iniziali vengono spesso aggiunti pigmenti rossi come l'ossido di ferro alle formule cosmetiche. Tuttavia, a causa della differenza di densità e bagnabilità tra nano-TiO2 _ 2 e ossido di ferro, spesso si verificano colori fluttuanti.

4. Stato di produzione del nano-TiO2 in Cina

La ricerca su piccola scala sul nano-TiO2 _ 2 in Cina è molto attiva e il livello di ricerca teorica ha raggiunto il livello avanzato mondiale, ma la ricerca applicata e la ricerca ingegneristica sono relativamente arretrate e molti risultati della ricerca non possono essere trasformati in prodotti industriali. La produzione industriale di nano-TiO2 in Cina è iniziata nel 1997, più di 10 anni dopo rispetto al Giappone.

Ci sono due ragioni che limitano la qualità e la competitività sul mercato dei prodotti nano-TiO2 in Cina:

① La ricerca tecnologica applicata è in ritardo

La ricerca sulla tecnologia applicativa deve risolvere i problemi legati all'aggiunta della valutazione del processo e degli effetti del nano-TiO2 nel sistema composito. La ricerca applicativa del nano-TiO2 in molti campi non è stata completamente sviluppata e la ricerca in alcuni campi, come i cosmetici per la protezione solare, deve ancora essere approfondita. A causa del ritardo della ricerca tecnologica applicata, i prodotti cinesi a base di nano-TiO2 _ 2 non è possibile formare marchi seriali per soddisfare i requisiti speciali di diversi campi.

② La tecnologia di trattamento superficiale del nano-TiO2 necessita di ulteriori studi

Il trattamento superficiale comprende il trattamento superficiale inorganico e il trattamento superficiale organico. La tecnologia di trattamento superficiale è composta dalla formula dell'agente per il trattamento superficiale, dalla tecnologia di trattamento superficiale e dall'attrezzatura per il trattamento superficiale.

5. Considerazioni conclusive

La trasparenza, le prestazioni di schermatura ultravioletta, la disperdibilità e la resistenza alla luce del nano-TiO2 nei cosmetici per la protezione solare sono importanti indici tecnici per giudicarne la qualità, e il processo di sintesi e il metodo di trattamento superficiale del nano-TiO2 sono la chiave per determinare questi indici tecnici.