ナノテクノロジーとナノマテリアル: 日焼け止め化粧品中のナノメートル二酸化チタン

ナノテクノロジーとナノマテリアル: 日焼け止め化粧品中のナノメートル二酸化チタン

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太陽から放射される光線の約 5% は、波長 400 nm 以下の紫外線を含みます。太陽光に含まれる紫外線は、A型紫外線（UVA）と呼ばれる波長320nm～400nmの長波紫外線と、A型紫外線（UVA）と呼ばれる長波紫外線に分けられます。波長290nm～320nmの中波紫外線をB型紫外線（UVB）といい、波長200nm～290nmの短波紫外線をC型紫外線といいます。

紫外線は波長が短くエネルギーが高いため、人の肌にダメージを与え、炎症や日焼けを引き起こし、深刻な皮膚がんを引き起こす可能性があり、非常に破壊力があります。 UVBは皮膚の炎症や日焼けを引き起こす主な要因です。

1. ナノTiO2による紫外線遮蔽の原理

TiO_2 は N 型半導体です。日焼け止め化粧品に使用されるナノTiO_2の結晶形は一般にルチルであり、その禁制帯幅は3.0eVです。波長400nm以下の紫外線がTiO_2に照射されると、価電子帯上の電子が紫外線を吸収して励起されます。 TiO_2 は伝導帯の変化と同時に電子・正孔対が生成されるため、紫外線を吸収する働きがあります。粒子サイズが小さく、分画数が多いため、紫外線を遮断または遮断する可能性が大幅に高まります。

2. 日焼け止め化粧品におけるナノ酸化チタンの特徴

2.1

高い紫外線遮蔽効果

日焼け止め化粧品の紫外線遮蔽力はサンプロテクションファクター（SPF値）で表され、SPF値が高いほど日焼け止め効果が高くなります。日焼け止め製品でコーティングされた皮膚に検出可能な最小の紅斑を生成するのに必要なエネルギーと、日焼け止め製品を塗布していない皮膚に同程度の紅斑を生成するのに必要なエネルギーの比。

ナノ酸化チタンは紫外線を吸収、散乱するため、国内外で最も理想的な物理日焼け止めとして評価されています。一般に、ナノ TiO2 の UVB を遮蔽する能力は、ナノ ZnO の 3 ～ 4 倍です。

2.2

適切な粒径範囲

ナノTiO2の紫外線遮蔽能力は、その吸収能力と散乱能力によって決まります。ナノTiO2の元の粒子サイズが小さいほど、紫外線吸収能力が強くなります。レイリーの光散乱の法則によれば、さまざまな波長の紫外線に対するナノ TiO2 の散乱能力を最大限に高めるための最適な元の粒子サイズが存在します。実験では、紫外線の波長が長ければ長いほど、ナノ TiO 2 の遮蔽能力はその散乱能力に大きく依存することも示しています。波長が短ければ短いほど、その遮蔽はその吸収能力に大きく依存します。

2.3

優れた分散性と透明性

ナノ TiO2 の元の粒子サイズは 100 nm 以下で、可視光の波長よりもはるかに小さいです。理論的には、ナノ TiO2 は完全に分散すると可視光を透過できるため、透明になります。ナノ二酸化チタンは透明なので、日焼け止め化粧品に配合しても肌を覆いません。そのため、自然な肌の美しさを表現することができます。日焼け止め化粧品におけるナノ酸化チタンの重要な指標の一つに透明性があります。実際、ナノ酸化チタンは透明ですが、日焼け止め化粧品では完全に透明ではありません。これは、ナノ酸化チタンは粒子が小さく、比表面積が大きく、表面エネルギーが非常に高いため、凝集体を形成しやすく、分散性や透明性に影響を与えるためです。製品。

2.4

優れた耐候性

日焼け止め化粧品用のナノTiO 2 には、一定の耐候性（特に耐光性）が求められます。ナノTiO2は粒子が小さく活性が高いため、紫外線を吸収すると電子・正孔対が生成され、一部の電子・正孔対が表面に移動し、水中の原子状酸素とヒドロキシルラジカルが表面に吸着されます。ナノ二酸化チタンは強い酸化力を持っており、香辛料の分解により製品の変色や臭いの原因となります。したがって、ナノ TiO2 の光化学活性を抑制するには、シリカ、アルミナ、ジルコニアなどの 1 つ以上の透明な絶縁層をナノ TiO2 の表面にコーティングする必要があります。

3. ナノTiO2の種類と開発動向

3.1

ナノTiO2粉末

ナノTiO2製品は固体粉末の形で販売されており、ナノTiO2の表面特性に応じて親水性粉末と親油性粉末に分類できます。親水性粉体は水性化粧品に使用され、親油性粉体は油性化粧品に使用されます。親水性粉末は一般に無機表面処理によって得られます。これらの外国製ナノTiO2粉末のほとんどは、その応用分野に応じて特殊な表面処理が施されています。

3.2

肌色ナノTiO2

ナノTiO2粒子は微細で可視光線の中でも波長の短い青色光を散乱しやすいため、日焼け止め化粧品に配合すると肌が青みを帯びて不健康に見えてしまいます。肌の色に合わせるために、初期段階で酸化鉄などの赤い色素が化粧品に配合されることがよくあります。しかし、ナノTiO2_2と酸化鉄の密度や濡れ性の違いにより、浮き色が発生することがよくあります。

4. 中国におけるナノTiO2の生産状況

中国におけるナノTiO2_2の小規模研究は非常に活発であり、理論研究レベルは世界先進レベルに達しているが、応用研究と工学研究は比較的遅れており、多くの研究成果は工業製品に変換できていない。中国におけるナノ二酸化チタンの工業生産は、日本より 10 年以上遅れて 1997 年に始まりました。

中国におけるナノ TiO2 製品の品質と市場競争力を制限する理由は 2 つあります。

①応用技術研究が遅れている

応用技術研究では、複合系におけるナノTiO2の添加プロセスと効果評価の問題を解決する必要がある。多くの分野でのナノ酸化チタンの応用研究は十分に開発されておらず、日焼け止め化粧品などの一部の分野では研究をさらに深める必要があります。応用技術研究の遅れにより、中国のナノ酸化チタン製品はさまざまな分野の特別な要件を満たすシリアルブランドを形成することはできません。

② ナノTiO2の表面処理技術は更なる研究が必要

表面処理には、無機表面処理と有機表面処理とがある。表面処理技術は、表面処理剤配合、表面処理技術、表面処理設備から構成されます。

5. 結論

日焼け止め化粧品におけるナノ二酸化チタンの透明性、紫外線遮蔽性能、分散性、耐光性はその品質を判断する重要な技術指標であり、ナノ二酸化チタンの合成プロセスと表面処理方法がこれらの技術指標を決定する鍵となります。