나노기술과 나노재료: 자외선 차단제 화장품에 사용되는 나노미터 이산화티타늄

나노기술과 나노재료: 자외선 차단제 화장품에 사용되는 나노미터 이산화티타늄

인용문

태양에서 방출되는 광선의 약 5%는 파장이 400 nm 이하인 자외선입니다. 햇빛의 자외선은 다음과 같이 나눌 수 있습니다: A형 자외선(UVA)이라고 불리는 파장이 320nm~400nm인 장파 자외선; 파장 290nm~320nm의 중파장 자외선을 B형 자외선(UVB)이라고 하고, 파장 200nm~290nm의 단파 자외선을 C형 자외선이라고 합니다.

자외선은 파장이 짧고 에너지가 높기 때문에 파괴력이 커서 사람의 피부를 손상시키고 염증이나 일광화상을 일으키며 심각한 피부암을 유발할 수 있습니다. UVB는 피부 염증과 일광화상을 일으키는 주요 요인이다.

1. 나노 TiO2로 자외선을 차단하는 원리

TiO_2는 N형 반도체이다. 자외선 차단 화장품에 사용되는 나노-TiO_2의 결정 형태는 일반적으로 루틸형이며 금지대폭은 3.0eV이다. 400nm 미만의 파장을 갖는 자외선이 TiO_2를 조사하면 원자가대의 전자가 자외선을 흡수하여 여기될 수 있다. 전도대와 전자-정공 쌍이 동시에 생성되므로 TiO_2는 자외선을 흡수하는 기능을 가지고 있습니다. 입자 크기가 작고 분율이 많아 자외선을 차단하거나 차단할 확률이 크게 높아집니다.

2. 자외선 차단 화장품에 사용되는 nano-TiO2의 특성

2.1

높은 UV 차폐 효율

자외선 차단제 화장품의 자외선 차단 능력은 자외선 차단 지수(SPF 값)로 표현되며, SPF 값이 높을수록 자외선 차단 효과가 좋습니다. 자외선 차단제 제품을 도포한 피부에서 감지 가능한 가장 낮은 홍반을 생성하는 데 필요한 에너지와 자외선 차단제 제품을 바르지 않은 피부에서 동일한 정도의 홍반을 생성하는 데 필요한 에너지의 비율입니다.

나노-TiO2는 자외선을 흡수하고 산란시켜 국내외에서 가장 이상적인 물리적 자외선 차단제로 평가받고 있습니다. 일반적으로 나노-TiO2의 UVB 차단 능력은 나노-ZnO의 3~4배입니다.

2.2

적합한 입자 크기 범위

nano-TiO2의 자외선 차단 능력은 흡수 능력과 산란 능력에 의해 결정됩니다. 나노-TiO2의 원래 입자 크기가 작을수록 자외선 흡수 능력이 강해집니다. Rayleigh의 광산란 법칙에 따르면 다양한 파장의 자외선에 대한 nano-TiO2의 최대 산란 능력에 대한 최적의 원래 입자 크기가 있습니다. 실험은 또한 자외선의 파장이 길어질수록 나노-TiO 2의 차폐 능력은 산란 능력에 더 많이 의존한다는 것을 보여줍니다. 파장이 짧을수록 차폐는 흡수 능력에 따라 달라집니다.

2.3

분산성 및 투명성이 우수함

나노-TiO2의 원래 입자 크기는 100nm 미만으로 가시광선의 파장보다 훨씬 작습니다. 이론적으로 nano-TiO2는 완전히 분산되었을 때 가시광선을 투과할 수 있어 투명합니다. nano-TiO2의 투명성으로 인해 자외선 차단제 화장품에 첨가하면 피부를 덮지 않습니다. 따라서 자연스러운 피부미를 보여줄 수 있습니다. 자외선차단제 화장품에서 나노이산화티타늄(nano-TiO2)의 중요한 지표 중 하나가 투명성입니다. 실제로 nano-TiO2는 투명하지만 자외선차단제 화장품에서 완전히 투명하지는 않습니다. 왜냐하면 nano-TiO2는 입자가 작고 비표면적이 크며 표면에너지가 매우 높으며 응집체가 쉽게 형성되어 분산성과 투명도에 영향을 미치기 때문입니다. 제품.

2.4

좋은 날씨 저항

자외선 차단 화장품용 Nano-TiO2는 일정한 내후성(특히 내광성)이 필요합니다. 나노-TiO2는 입자가 작고 활성도가 높기 때문에 자외선을 흡수한 후 전자-정공 쌍을 생성하고 일부 전자-정공 쌍이 표면으로 이동하여 물의 원자 산소와 수산기 라디칼이 표면에 흡착됩니다. 산화력이 강한 nano-TiO2는 향료의 분해로 인해 제품의 변색 및 냄새의 원인이 됩니다. 따라서 실리카, 알루미나, 지르코니아와 같은 하나 이상의 투명 절연층을 나노-TiO2 표면에 코팅하여 광화학적 활성을 억제해야 합니다.

3. nano-TiO2의 종류 및 개발 동향

3.1

Nano-TiO2 분말

Nano-TiO2 제품은 고체 분말 형태로 판매되고 있으며, Nano-TiO2의 표면 특성에 따라 친수성 분말과 친유성 분말로 구분됩니다. 친수성 파우더는 수용성 화장품에 사용되고, 친유성 파우더는 유성 화장품에 사용됩니다. 친수성 분말은 일반적으로 무기 표면 처리를 통해 얻어집니다. 이러한 외래 나노-TiO2 분말은 대부분 응용 분야에 따라 특수 표면 처리를 거쳤습니다.

3.2

피부색 나노 TiO2

나노-TiO2 입자는 미세하고 가시광선 중 파장이 짧은 청색광을 산란시키기 쉽기 때문에 자외선 차단제 화장품에 첨가하면 피부가 푸른색을 띠고 건강에 해로워 보일 수 있습니다. 피부색을 맞추기 위해 산화철 등 붉은색 색소를 화장품 처방 초기에 첨가하는 경우가 많다. 그러나 나노-TiO2_2와 산화철의 밀도와 습윤성의 차이로 인해 플로팅 컬러가 자주 발생합니다.

4. 중국의 nano-TiO2 생산 현황

중국에서는 나노-TiO2_2에 대한 소규모 연구가 매우 활발하고 이론적 연구 수준은 세계 선진 수준에 도달했지만 응용 연구 및 공학 연구는 상대적으로 낙후되어 있으며 많은 연구 성과가 산업 제품으로 전환되지 못하고 있습니다. 중국의 나노-TiO2 산업생산은 일본보다 10년 이상 늦은 1997년부터 시작됐다.

중국에서 nano-TiO2 제품의 품질과 시장 경쟁력을 제한하는 두 가지 이유가 있습니다.

① 응용기술 연구는 낙후되어 있다

응용 기술 연구는 복합 시스템에 나노-TiO2의 공정 및 효과 평가를 추가하는 문제를 해결해야 합니다. 많은 분야에서의 nano-TiO2 응용연구는 아직 충분히 발전되지 않았으며 자외선 차단제 화장품 등 일부 분야의 연구는 여전히 심화될 필요가 있습니다. 응용기술 연구의 지연으로 인해 중국의 nano-TiO2_2 제품은 다양한 분야의 특별한 요구 사항을 충족시키기 위해 일련의 브랜드를 형성할 수 없습니다.

② Nano-TiO2의 표면처리 기술에 대한 추가 연구가 필요하다

표면 처리에는 무기 표면 처리와 유기 표면 처리가 있습니다. 표면처리 기술은 표면처리제 배합, 표면처리 기술, 표면처리 장비로 구성됩니다.

5. 결론

자외선 차단제 화장품에서 nano-TiO2의 투명성, 자외선 차단 성능, 분산성, 내광성은 품질을 판단하는 중요한 기술 지표이며, nano-TiO2의 합성 과정과 표면 처리 방법은 이러한 기술 지표를 결정하는 핵심입니다.