ננוטכנולוגיה וננו חומרים: ננומטר טיטניום דו חמצני בקוסמטיקה של קרם הגנה

ננוטכנולוגיה וננו חומרים: ננומטר טיטניום דו חמצני בקוסמטיקה של קרם הגנה

ציטוט מילים

לכ-5% מהקרניים המוקרנות על ידי השמש יש קרניים אולטרה סגולות באורך גל ≤400 ננומטר. ניתן לחלק את הקרניים האולטרה סגולות באור השמש ל: קרניים אולטרה סגולות ארוכות גל באורך גל של 320 ננומטר~400 ננומטר, הנקראות קרניים אולטרה סגולות מסוג A (UVA); קרניים אולטרה סגולות בעלות גל בינוני באורך גל של 290 ננומטר עד 320 ננומטר נקראות קרניים אולטרה סגולות מסוג B (UVB) וקרניים אולטרה סגולות בעלות גל קצר באורך גל של 200 ננומטר עד 290 ננומטר נקראות קרניים אולטרה סגולות מסוג C.

בשל אורך הגל הקצר והאנרגיה הגבוהה שלה, לקרניים האולטרה סגולות כוח הרס רב, שעלול לפגוע בעור של אנשים, לגרום לדלקת או כוויות שמש, ולגרום לסרטן העור ברצינות. UVB הוא הגורם העיקרי הגורם לדלקת עור ולכוויות שמש.

1. העיקרון של מיגון קרניים אולטרה סגולות עם ננו TiO2

TiO _ 2 הוא מוליך למחצה מסוג N. צורת הגביש של ננו-TiO _ 2 המשמשת בקוסמטיקה מסנני קרינה היא בדרך כלל רוטילית, ורוחב הפס האסור שלה הוא 3.0 eV כאשר קרני UV בעלות אורך גל של פחות מ-400 ננומטר מקרינות TiO _ 2, אלקטרונים על פס הערכיות יכולים לספוג קרני UV ולהתרגש ל רצועת ההולכה וצמדי אלקטרונים-חור נוצרים בו-זמנית, ולכן ל-TiO _ 2 יש את הפונקציה של קליטת קרני UV. עם גודל חלקיקים קטן ושברים רבים, זה מגדיל מאוד את ההסתברות לחסימה או ליירט של קרניים אולטרה סגולות.

2. מאפיינים של ננו-TiO2 בקוסמטיקה של קרם הגנה

2.1

יעילות מיגון UV גבוהה

יכולת המיגון האולטרה סגול של מוצרי קוסמטיקה של קרם הגנה מתבטאת במקדם ההגנה מפני השמש (ערך SPF), וככל שערך ה-SPF גבוה יותר, כך אפקט קרם ההגנה טוב יותר. היחס בין האנרגיה הנדרשת לייצור אריתמה הנמוכה ביותר שניתן לזהות לעור המצופה במוצרי קרם הגנה לבין האנרגיה הנדרשת לייצור אריתמה באותה מידה לעור ללא מוצרי קרם הגנה.

מכיוון שננו-TiO2 סופג ומפזר קרניים אולטרה סגולות, הוא נחשב למקדם ההגנה הפיזי האידיאלי ביותר בבית ומחוצה לו. באופן כללי, היכולת של ננו-TiO2 להגן על UVB היא פי 3-4 מזו של ננו-ZnO.

2.2

טווח גודל חלקיקים מתאים

יכולת המיגון האולטרה סגול של ננו-TiO2 נקבעת על פי יכולת הספיגה ויכולת הפיזור שלו. ככל שגודל החלקיקים המקורי של ננו-TiO2 קטן יותר, כך חזקה יותר יכולת הספיגה האולטרה סגולה. על פי חוק פיזור האור של ריילי, קיים גודל חלקיקים מקורי אופטימלי ליכולת הפיזור המקסימלית של ננו-TiO2 לקרניים אולטרה סגולות בעלות אורכי גל שונים. ניסויים מראים גם שככל שאורך הגל של הקרניים האולטרה סגולות ארוך יותר, יכולת המיגון של ננו-TiO 2 תלויה יותר ביכולת הפיזור שלו; ככל שאורך הגל קצר יותר, כך המיגון שלו תלוי יותר ביכולת הספיגה שלו.

2.3

פיזור ושקיפות מעולים

גודל החלקיקים המקורי של ננו-TiO2 הוא מתחת ל-100 ננומטר, הרבה פחות מאורך הגל של האור הנראה. תיאורטית, ננו-TiO2 יכול להעביר אור נראה כשהוא מפוזר לחלוטין, כך שהוא שקוף. בגלל השקיפות של ננו-TiO2, הוא לא יכסה את העור בהוספתו לקוסמטיקה של קרם הגנה. לכן, זה יכול להראות יופי טבעי של העור. שקיפות היא אחד המדדים החשובים של ננו-TiO2 בקוסמטיקה של קרם הגנה. למעשה, ננו-TiO 2 הוא שקוף אך אינו שקוף לחלוטין בקוסמטיקה של קרם הגנה מפני השמש, מכיוון שלננו-TiO2 יש חלקיקים קטנים, שטח פנים ספציפי גדול ואנרגיית פני שטח גבוהה במיוחד, וקל ליצור אגרגטים, ובכך משפיע על הפיזור והשקיפות של מוצרים.

2.4

עמידות טובה במזג האוויר

Nano-TiO 2 לקוסמטיקה של קרם הגנה דורש עמידות מסוימת במזג האוויר (במיוחד עמידות לאור). מכיוון שלננו-TiO2 יש חלקיקים קטנים ופעילות גבוהה, הוא יוצר זוגות של חורים אלקטרונים לאחר קליטת קרניים אולטרה סגולות, וכמה זוגות אלקטרונים-חורים ינודדו אל פני השטח, וכתוצאה מכך חמצן אטומי ורדיקלי הידרוקסיל במים הנספגים על פני השטח של nano-TiO2, בעל יכולת חמצון חזקה. זה יגרום לשינוי צבע של מוצרים וריח עקב פירוק של תבלינים. לכן, שכבת בידוד שקופה אחת או יותר, כגון סיליקה, אלומינה וזירקוניה, חייבת להיות מצופה על פני השטח של ננו-TiO2 כדי לעכב את הפעילות הפוטוכימית שלו.

3. סוגים ומגמות פיתוח של ננו-TiO2

3.1

אבקת ננו-TiO2

מוצרי הננו-TiO2 נמכרים בצורה של אבקה מוצקה, אותה ניתן לחלק לאבקה הידרופלית ואבקה ליפופילית לפי תכונות פני השטח של ננו-TiO2. אבקה הידרופלית משמשת בקוסמטיקה על בסיס מים, בעוד שאבקה ליפופילית משמשת בקוסמטיקה על בסיס שמן. אבקות הידרופיליות מתקבלות בדרך כלל על ידי טיפול משטח אנאורגני. רוב אבקות הננו-TiO2 הזרות הללו עברו טיפול משטח מיוחד בהתאם לתחומי היישום שלהן.

3.2

צבע עור ננו TiO2

מכיוון שחלקיקי ננו-TiO2 עדינים וקלים לפיזור אור כחול עם אורך גל קצר יותר באור נראה, כאשר מוסיפים אותם לקוסמטיקה של קרם הגנה, העור יראה גוון כחול ויראה לא בריא. על מנת להתאים את צבע העור, פיגמנטים אדומים כגון תחמוצת ברזל מתווספים לרוב לפורמולות הקוסמטיות בשלב מוקדם. עם זאת, בשל ההבדל בצפיפות ובהרטבה בין ננו-TiO2 _ 2 לתחמוצת ברזל, מתרחשים לעתים קרובות צבעים צפים.

4. מצב ייצור של ננו-TiO2 בסין

מחקר בקנה מידה קטן על ננו-TiO2 _ 2 בסין פעיל מאוד, ורמת המחקר התיאורטית הגיעה לרמה מתקדמת בעולם, אך המחקר היישומי והמחקר ההנדסי נחשלים יחסית, ולא ניתן להפוך תוצאות מחקר רבות למוצרים תעשייתיים. הייצור התעשייתי של ננו-TiO2 בסין החל בשנת 1997, יותר מ-10 שנים מאוחר יותר מיפן.

ישנן שתי סיבות המגבילות את האיכות ואת התחרותיות בשוק של מוצרי ננו-TiO2 בסין:

① מחקר טכנולוגיה יישומית מפגר מאחור

מחקר טכנולוגיית היישום צריך לפתור את הבעיות של הוספת הערכת תהליך והשפעה של ננו-TiO2 במערכת מורכבת. מחקר היישומים של ננו-TiO2 בתחומים רבים לא פותח במלואו, והמחקר בתחומים מסוימים, כגון קוסמטיקה של קרם הגנה, עדיין צריך להיות מעמיק. עקב הפיגור של מחקר טכנולוגיה יישומית, מוצרי nano-TiO2 _ 2 של סין לא יכול ליצור מותגים סדרתיים כדי לעמוד בדרישות המיוחדות של תחומים שונים.

② טכנולוגיית טיפול פני השטח של ננו-TiO2 זקוקה למחקר נוסף

טיפול פני השטח כולל טיפול פני השטח אנאורגניים וטיפול פני השטח האורגני. טכנולוגיית טיפול פני השטח מורכבת מנוסחת חומרי טיפול פני השטח, טכנולוגיית טיפול פני השטח וציוד לטיפול פני השטח.

5. דברי סיום

השקיפות, ביצועי המיגון האולטרה-סגול, הפיזור ועמידות האור של ננו-TiO2 בקוסמטיקה של קרם הגנה מהשמש הם מדדים טכניים חשובים לשפוט את איכותו, ותהליך הסינתזה ושיטת טיפול פני השטח של ננו-TiO2 הם המפתח לקביעת המדדים הטכניים הללו.