Nanotechnologia i nanomateriały: nanometrowy dwutlenek tytanu w kosmetykach przeciwsłonecznych

Nanotechnologia i nanomateriały: nanometrowy dwutlenek tytanu w kosmetykach przeciwsłonecznych

Cytuj słowa

Około 5% promieni emitowanych przez słońce to promienie ultrafioletowe o długości fali ≤400 nm. Promienie ultrafioletowe w świetle słonecznym można podzielić na: długofalowe promienie ultrafioletowe o długości fali 320 nm–400 nm, zwane promieniami ultrafioletowymi typu A (UVA); Średniofalowe promienie ultrafioletowe o długości fali od 290 nm do 320 nm nazywane są promieniami ultrafioletowymi typu B (UVB), a krótkofalowe promienie ultrafioletowe o długości fali od 200 nm do 290 nm nazywane są promieniami ultrafioletowymi typu C.

Ze względu na krótką długość fali i wysoką energię promienie ultrafioletowe mają wielką niszczycielską moc, która może uszkodzić ludzką skórę, spowodować stan zapalny lub oparzenia słoneczne, a także poważnie spowodować raka skóry. UVB jest głównym czynnikiem powodującym stany zapalne skóry i oparzenia słoneczne.

1. zasada ekranowania promieni ultrafioletowych za pomocą nano TiO2

TiO_2 jest półprzewodnikiem typu N. Postać krystaliczna nano-TiO _ 2 stosowana w kosmetykach przeciwsłonecznych jest zazwyczaj rutylowa, a jej zabroniona szerokość pasma wynosi 3,0 eV. Kiedy promienie UV o długości fali mniejszej niż 400 nm naświetlają TiO _ 2, elektrony w paśmie walencyjnym mogą pochłaniać promienie UV i być wzbudzane do jednocześnie generowane jest pasmo przewodnictwa i pary elektron-dziura, zatem TiO_2 pełni funkcję pochłaniania promieni UV. Dzięki małym rozmiarom cząstek i licznym frakcjom znacznie zwiększa to prawdopodobieństwo zablokowania lub przechwycenia promieni ultrafioletowych.

2. Charakterystyka nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych

2.1

Wysoka skuteczność ekranowania UV

Zdolność kosmetyków z filtrem przeciwsłonecznym do ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym wyraża się współczynnikiem ochrony przeciwsłonecznej (wartość SPF), przy czym im wyższa wartość SPF, tym lepszy efekt ochrony przeciwsłonecznej. Stosunek energii potrzebnej do wywołania najmniejszego wykrywalnego rumienia w przypadku skóry pokrytej produktami z filtrami przeciwsłonecznymi do energii potrzebnej do wytworzenia rumienia tego samego stopnia w przypadku skóry bez produktów z filtrami przeciwsłonecznymi.

Ponieważ nano-TiO2 pochłania i rozprasza promienie ultrafioletowe, jest uważany za najbardziej idealny fizyczny filtr przeciwsłoneczny w kraju i za granicą. Ogólnie rzecz biorąc, zdolność nano-TiO2 do ochrony przed promieniowaniem UVB jest 3-4 razy większa niż nano-ZnO.

2.2

Odpowiedni zakres wielkości cząstek

Zdolność nano-TiO2 do ekranowania ultrafioletu zależy od jego zdolności absorpcji i zdolności rozpraszania. Im mniejszy pierwotny rozmiar cząstek nano-TiO2, tym silniejsza zdolność absorpcji ultrafioletu. Zgodnie z prawem Rayleigha dotyczącym rozpraszania światła istnieje optymalny pierwotny rozmiar cząstek zapewniający maksymalną zdolność rozpraszania nano-TiO2 na promienie ultrafioletowe o różnych długościach fal. Eksperymenty pokazują również, że im dłuższa długość fali promieni ultrafioletowych, tym zdolność ekranowania nano-TiO 2 zależy bardziej od jego zdolności rozpraszania; Im krótsza długość fali, tym bardziej ekranowanie zależy od zdolności absorpcji.

2.3

Doskonała dyspergowalność i przezroczystość

Pierwotny rozmiar cząstek nano-TiO2 wynosi poniżej 100 nm, czyli znacznie mniej niż długość fali światła widzialnego. Teoretycznie nano-TiO2 może przepuszczać światło widzialne, gdy jest całkowicie rozproszone, dzięki czemu jest przezroczyste. Ze względu na przezroczystość nano-TiO2, dodany do kosmetyków z filtrem przeciwsłonecznym nie zakryje skóry. Dzięki temu może ukazać naturalne piękno skóry. Przezroczystość jest jednym z ważnych wskaźników nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych. W rzeczywistości nano-TiO 2 jest przezroczysty, ale nie całkowicie przezroczysty w kosmetykach przeciwsłonecznych, ponieważ nano-TiO2 ma małe cząsteczki, dużą powierzchnię właściwą i wyjątkowo wysoką energię powierzchniową oraz łatwo tworzy agregaty, wpływając w ten sposób na dyspergowalność i przezroczystość produkty.

2.4

Dobra odporność na warunki atmosferyczne

Nano-TiO 2 do kosmetyków przeciwsłonecznych wymaga pewnej odporności na warunki atmosferyczne (zwłaszcza odporność na światło). Ponieważ nano-TiO2 ma małe cząstki i wysoką aktywność, po zaabsorbowaniu promieni ultrafioletowych będzie generował pary elektron-dziura, a niektóre pary elektron-dziura będą migrować na powierzchnię, powodując powstanie tlenu atomowego i rodników hydroksylowych w wodzie zaadsorbowanej na powierzchni nano-TiO2, który ma silną zdolność utleniania. Będzie powodować przebarwienia produktów i nieprzyjemny zapach w wyniku rozkładu przypraw. Dlatego na powierzchnię nano-TiO2 należy nałożyć jedną lub więcej przezroczystych warstw izolacyjnych, takich jak krzemionka, tlenek glinu i tlenek cyrkonu, aby zahamować jego aktywność fotochemiczną.

3. Rodzaje i kierunki rozwoju nano-TiO2

3.1

Proszek Nano-TiO2

Produkty nano-TiO2 sprzedawane są w postaci stałego proszku, który można podzielić na proszek hydrofilowy i proszek lipofilowy w zależności od właściwości powierzchniowych nano-TiO2. Proszek hydrofilowy stosuje się w kosmetykach na bazie wody, natomiast puder lipofilowy stosuje się w kosmetykach na bazie oleju. Proszki hydrofilowe zazwyczaj otrzymuje się poprzez nieorganiczną obróbkę powierzchni. Większość tych obcych proszków nano-TiO2 została poddana specjalnej obróbce powierzchniowej, zgodnie z ich obszarami zastosowania.

3.2

Kolor skóry nano TiO2

Ponieważ cząsteczki nano-TiO2 są drobne i łatwo rozpraszają niebieskie światło o krótszej długości fali w świetle widzialnym, po dodaniu do kosmetyków z filtrem przeciwsłonecznym skóra będzie miała niebieski odcień i będzie wyglądać niezdrowo. Aby dopasować się do koloru skóry, do formuł kosmetycznych często już na wczesnym etapie dodaje się czerwone pigmenty, takie jak tlenek żelaza. Jednakże, ze względu na różnicę w gęstości i zwilżalności pomiędzy nano-TiO2_2 i tlenkiem żelaza, często występują pływające kolory.

4. Stan produkcji nano-TiO2 w Chinach

Badania na małą skalę nad nano-TiO2_2 w Chinach są bardzo aktywne, a poziom badań teoretycznych osiągnął światowy poziom zaawansowany, ale badania stosowane i badania inżynieryjne są stosunkowo zacofane, a wielu wyników badań nie można przełożyć na produkty przemysłowe. Przemysłową produkcję nano-TiO2 w Chinach rozpoczęto w 1997 r., ponad 10 lat później niż w Japonii.

Istnieją dwa powody ograniczające jakość i konkurencyjność rynkową produktów nano-TiO2 w Chinach:

① Badania w zakresie technologii stosowanych pozostają w tyle

Badania technologii aplikacji wymagają rozwiązania problemów dodawania i oceny efektu nano-TiO2 w układzie kompozytowym. Badania nad zastosowaniem nano-TiO2 w wielu dziedzinach nie zostały w pełni rozwinięte, a badania w niektórych dziedzinach, np. kosmetykach przeciwsłonecznych, nadal wymagają pogłębienia. Ze względu na opóźnienia w badaniach nad technologiami stosowanymi, chińskie produkty nano-TiO2_2 nie może tworzyć marek seryjnych, aby spełnić specjalne wymagania różnych dziedzin.

② Technologia obróbki powierzchni nano-TiO2 wymaga dalszych badań

Obróbka powierzchniowa obejmuje nieorganiczną obróbkę powierzchni i organiczną obróbkę powierzchni. Technologia obróbki powierzchni składa się z formuły środka do obróbki powierzchni, technologii obróbki powierzchni i sprzętu do obróbki powierzchni.

5. Uwagi końcowe

Przezroczystość, skuteczność ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym, dyspergowalność i odporność na światło nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych to ważne wskaźniki techniczne umożliwiające ocenę jego jakości, a proces syntezy i metoda obróbki powierzchni nano-TiO2 są kluczem do określenia tych wskaźników technicznych.