Nanotechnologie en nanomaterialen: nanometer titaniumdioxide in zonnebrandcosmetica

Nanotechnologie en nanomaterialen: nanometer titaniumdioxide in zonnebrandcosmetica

Citeer woorden

Ongeveer 5% van de door de zon uitgestraalde straling bestaat uit ultraviolette stralen met een golflengte ≤400 nm. Ultraviolette stralen in zonlicht kunnen worden onderverdeeld in: langgolvige ultraviolette stralen met een golflengte van 320 nm ~ 400 nm, de zogenaamde A-type ultraviolette stralen (UVA); Middengolf ultraviolette stralen met een golflengte van 290 nm tot 320 nm worden B-type ultraviolette stralen (UVB) genoemd en kortegolf ultraviolette stralen met een golflengte van 200 nm tot 290 nm worden C-type ultraviolette stralen genoemd.

Vanwege de korte golflengte en hoge energie hebben ultraviolette stralen een grote vernietigende kracht, die de huid van mensen kan beschadigen, ontstekingen of zonnebrand kan veroorzaken en ernstig huidkanker kan veroorzaken. UVB is de belangrijkste factor die huidontsteking en zonnebrand veroorzaakt.

1. het principe van het afschermen van ultraviolette stralen met nano TiO2

TiO _ 2 is een halfgeleider van het N-type. De kristalvorm van nano-TiO _ 2 die in zonnebrandcosmetica wordt gebruikt, is over het algemeen rutiel en de verboden bandbreedte ervan is 3,0 eV. Wanneer UV-stralen met een golflengte van minder dan 400 nm TiO _ 2 bestralen, kunnen elektronen op de valentieband UV-stralen absorberen en opgewonden raken. de geleidingsband, en elektronen-gatparen worden tegelijkertijd gegenereerd, dus TiO _ 2 heeft de functie om UV-stralen te absorberen. Met een kleine deeltjesgrootte en talrijke fracties vergroot dit de kans op het blokkeren of onderscheppen van ultraviolette straling aanzienlijk.

2. Kenmerken van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica

2.1

Hoge UV-afschermingsefficiëntie

Het ultraviolette afschermende vermogen van zonnebrandcosmetica wordt uitgedrukt door de zonbeschermingsfactor (SPF-waarde), en hoe hoger de SPF-waarde, hoe beter het zonnebrandeffect. De verhouding tussen de energie die nodig is om het laagst waarneembare erytheem te produceren voor een huid bedekt met zonnebrandproducten, en de energie die nodig is om erytheem van dezelfde graad te produceren voor een huid zonder zonnebrandproducten.

Omdat nano-TiO2 ultraviolette straling absorbeert en verstrooit, wordt het in binnen- en buitenland beschouwd als de meest ideale fysieke zonnebrandcrème. Over het algemeen is het vermogen van nano-TiO2 om UVB af te schermen drie tot vier keer zo groot als dat van nano-ZnO.

2.2

Geschikt deeltjesgroottebereik

Het ultraviolette afschermingsvermogen van nano-TiO2 wordt bepaald door zijn absorptievermogen en verstrooiingsvermogen. Hoe kleiner de oorspronkelijke deeltjesgrootte van nano-TiO2, hoe sterker het ultraviolet-absorptievermogen. Volgens de wet van lichtverstrooiing van Rayleigh is er een optimale oorspronkelijke deeltjesgrootte voor het maximale verstrooiingsvermogen van nano-TiO2 voor ultraviolette stralen met verschillende golflengten. Experimenten tonen ook aan dat hoe langer de golflengte van ultraviolette stralen is, het afschermende vermogen van nano-TiO 2 meer afhangt van zijn verstrooiingsvermogen; Hoe korter de golflengte, hoe meer de afscherming afhangt van het absorptievermogen.

2.3

Uitstekende dispergeerbaarheid en transparantie

De oorspronkelijke deeltjesgrootte van nano-TiO2 ligt onder de 100 nm, veel kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht. Theoretisch gezien kan nano-TiO2 zichtbaar licht doorlaten wanneer het volledig verspreid is, en dus transparant is. Vanwege de transparantie van nano-TiO2 zal het de huid niet bedekken wanneer het wordt toegevoegd aan zonnebrandcosmetica. Daarom kan het de natuurlijke schoonheid van de huid laten zien. Transparantie is een van de belangrijke indicatoren van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica. Nano-TiO 2 is in feite transparant, maar niet volledig transparant in zonnebrandcosmetica, omdat nano-TiO2 kleine deeltjes, een groot specifiek oppervlak en een extreem hoge oppervlakte-energie heeft, en het gemakkelijk is om aggregaten te vormen, waardoor de dispergeerbaarheid en transparantie van het product worden beïnvloed. producten.

2.4

Goede weerbestendigheid

Nano-TiO 2 voor zonnebrandcosmetica vereist een bepaalde weerbestendigheid (vooral lichtbestendigheid). Omdat nano-TiO2 kleine deeltjes en een hoge activiteit heeft, zal het elektron-gatparen genereren na het absorberen van ultraviolette straling, en sommige elektron-gatparen zullen naar het oppervlak migreren, wat resulteert in atomaire zuurstof- en hydroxylradicalen in het water dat wordt geadsorbeerd op het oppervlak van nano-TiO2, dat een sterk oxidatievermogen heeft. Het zal verkleuring van producten en geur veroorzaken als gevolg van de ontbinding van kruiden. Daarom moeten een of meer transparante isolatielagen, zoals silica, aluminiumoxide en zirkoniumoxide, op het oppervlak van nano-TiO2 worden gecoat om de fotochemische activiteit ervan te remmen.

3. Typen en ontwikkelingstrends van nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2-poeder

De nano-TiO2-producten worden verkocht in de vorm van vast poeder, dat kan worden onderverdeeld in hydrofiel poeder en lipofiel poeder volgens de oppervlakte-eigenschappen van nano-TiO2. Hydrofiel poeder wordt gebruikt in cosmetica op waterbasis, terwijl lipofiel poeder wordt gebruikt in cosmetica op oliebasis. Hydrofiele poeders worden doorgaans verkregen door anorganische oppervlaktebehandeling. De meeste van deze vreemde nano-TiO2-poeders hebben een speciale oppervlaktebehandeling ondergaan afhankelijk van hun toepassingsgebied.

3.2

Huidskleur nano TiO2

Omdat nano-TiO2-deeltjes fijn zijn en blauw licht met een kortere golflengte in zichtbaar licht gemakkelijk kunnen verstrooien, zal de huid, wanneer ze worden toegevoegd aan zonnebrandcosmetica, een blauwe tint vertonen en er ongezond uitzien. Om de huidskleur te matchen, worden vaak in een vroeg stadium rode pigmenten zoals ijzeroxide aan cosmetische formules toegevoegd. Vanwege het verschil in dichtheid en bevochtigbaarheid tussen nano-TiO2 _ 2 en ijzeroxide komen echter vaak zwevende kleuren voor.

4. Productiestatus van nano-TiO2 in China

Kleinschalig onderzoek naar nano-TiO2_2 in China is zeer actief en het theoretische onderzoeksniveau heeft het geavanceerde niveau van de wereld bereikt, maar het toegepaste onderzoek en technisch onderzoek zijn relatief achtergebleven en veel onderzoeksresultaten kunnen niet worden omgezet in industriële producten. De industriële productie van nano-TiO2 in China begon in 1997, ruim tien jaar later dan in Japan.

Er zijn twee redenen die de kwaliteit en het concurrentievermogen van nano-TiO2-producten in China beperken:

① Onderzoek naar toegepaste technologie blijft achter

Het toepassingstechnologieonderzoek moet de problemen oplossen van het toevoegen van proces- en effectevaluatie van nano-TiO2 in composietsystemen. Het toepassingsonderzoek van nano-TiO2 op veel gebieden is nog niet volledig ontwikkeld en het onderzoek op sommige gebieden, zoals zonnebrandcosmetica, moet nog steeds worden verdiept. Vanwege de vertraging bij toegepast technologisch onderzoek zijn de Chinese nano-TiO2-producten kan geen seriële merken vormen om aan de speciale vereisten van verschillende velden te voldoen.

② De oppervlaktebehandelingstechnologie van nano-TiO2 behoeft verder onderzoek

Oppervlaktebehandeling omvat anorganische oppervlaktebehandeling en organische oppervlaktebehandeling. Oppervlaktebehandelingstechnologie bestaat uit een oppervlaktebehandelingsmiddelformule, oppervlaktebehandelingstechnologie en oppervlaktebehandelingsapparatuur.

5. Slotopmerkingen

De transparantie, de bescherming tegen ultraviolette straling, de dispergeerbaarheid en de lichtbestendigheid van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica zijn belangrijke technische indicatoren om de kwaliteit ervan te beoordelen, en het syntheseproces en de oppervlaktebehandelingsmethode van nano-TiO2 zijn de sleutel om deze technische indexen te bepalen.