Nanotecnologia e nanomateriais: dióxido de titânio nanométrico em cosméticos protetores solares

Nanotecnologia e nanomateriais: dióxido de titânio nanométrico em cosméticos protetores solares

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Cerca de 5% dos raios irradiados pelo sol possuem raios ultravioleta com comprimento de onda ≤400 nm. Os raios ultravioleta da luz solar podem ser divididos em: raios ultravioleta de ondas longas com comprimento de onda de 320 nm ~ 400 nm, chamados raios ultravioleta tipo A (UVA); Os raios ultravioleta de ondas médias com comprimento de onda de 290 nm a 320 nm são chamados de raios ultravioleta do tipo B (UVB) e os raios ultravioleta de ondas curtas com comprimento de onda de 200 nm a 290 nm são chamados de raios ultravioleta do tipo C.

Devido ao seu comprimento de onda curto e alta energia, os raios ultravioleta têm grande poder destrutivo, que pode danificar a pele das pessoas, causar inflamação ou queimaduras solares e causar sérios câncer de pele. UVB é o principal fator que causa inflamação da pele e queimaduras solares.

1. O princípio da proteção dos raios ultravioleta com nano TiO2

TiO _ 2 é um semicondutor do tipo N. A forma cristalina do nano-TiO _ 2 usada em cosméticos de proteção solar é geralmente rutílica e sua largura de banda proibida é de 3,0 eV. Quando os raios UV com comprimento de onda inferior a 400 nm irradiam TiO _ 2, os elétrons na banda de valência podem absorver os raios UV e serem excitados para a banda de condução e pares elétron-buraco são gerados ao mesmo tempo, então o TiO _ 2 tem a função de absorver os raios UV. Com tamanho de partícula pequeno e numerosas frações, isso aumenta muito a probabilidade de bloquear ou interceptar os raios ultravioleta.

2. Características do nano-TiO2 em cosméticos protetores solares

2.1

Alta eficiência de proteção UV

A capacidade de proteção ultravioleta dos cosméticos protetores solares é expressa pelo fator de proteção solar (valor FPS), e quanto maior o valor FPS, melhor será o efeito do protetor solar. A relação entre a energia necessária para produzir o eritema detectável mais baixo para a pele revestida com produtos de proteção solar e a energia necessária para produzir eritema do mesmo grau para a pele sem produtos de proteção solar.

Como o nano-TiO2 absorve e dispersa os raios ultravioleta, é considerado o protetor solar físico ideal no país e no exterior. Em geral, a capacidade do nano-TiO2 de proteger UVB é 3-4 vezes maior que a do nano-ZnO.

2.2

Faixa de tamanho de partícula adequada

A capacidade de proteção ultravioleta do nano-TiO2 é determinada pela sua capacidade de absorção e capacidade de dispersão. Quanto menor o tamanho original da partícula do nano-TiO2, mais forte será a capacidade de absorção ultravioleta. De acordo com a lei de dispersão de luz de Rayleigh, existe um tamanho de partícula original ideal para a capacidade máxima de dispersão do nano-TiO2 em raios ultravioleta com diferentes comprimentos de onda. Experimentos também mostram que quanto maior o comprimento de onda dos raios ultravioleta,A capacidade de blindagem do nano-TiO 2 depende mais de sua capacidade de dispersão; Quanto menor o comprimento de onda, mais a sua blindagem depende da sua capacidade de absorção.

2.3

Excelente dispersibilidade e transparência

O tamanho original das partículas do nano-TiO2 é inferior a 100 nm, muito menor que o comprimento de onda da luz visível. Teoricamente, o nano-TiO2 pode transmitir luz visível quando está completamente disperso, por isso é transparente. Devido à transparência do nano-TiO2, ele não cobrirá a pele quando adicionado a cosméticos protetores solares. Portanto, pode mostrar a beleza natural da pele. A transparência é um dos índices importantes do nano-TiO2 em cosméticos de proteção solar. Na verdade, o nano-TiO 2 é transparente, mas não completamente transparente em cosméticos protetores solares, porque o nano-TiO2 possui partículas pequenas, grande área superficial específica e energia superficial extremamente alta, e é fácil formar agregados, afetando assim a dispersibilidade e a transparência do produtos.

2.4

Boa resistência às intempéries

Nano-TiO 2 para cosméticos protetores solares requer certa resistência às intempéries (especialmente resistência à luz). Como o nano-TiO2 tem partículas pequenas e alta atividade, ele gerará pares elétron-buraco após absorver os raios ultravioleta, e alguns pares elétron-buraco migrarão para a superfície, resultando em oxigênio atômico e radicais hidroxila na água adsorvida na superfície de nano-TiO2, que possui forte capacidade de oxidação. Causará descoloração dos produtos e odor devido à decomposição de especiarias. Portanto, uma ou mais camadas de isolamento transparentes, como sílica, alumina e zircônia, devem ser revestidas na superfície do nano-TiO2 para inibir sua atividade fotoquímica.

3. Tipos e tendências de desenvolvimento de nano-TiO2

3.1

Pó de nano-TiO2

Os produtos nano-TiO2 são vendidos na forma de pó sólido, que pode ser dividido em pó hidrofílico e pó lipofílico de acordo com as propriedades de superfície do nano-TiO2. O pó hidrofílico é usado em cosméticos à base de água, enquanto o pó lipofílico é usado em cosméticos à base de óleo. Os pós hidrofílicos são geralmente obtidos por tratamento de superfície inorgânico. A maioria desses pós de nano-TiO2 estrangeiros foram submetidos a tratamento de superfície especial de acordo com seus campos de aplicação.

3.2

Cor da pele nano TiO2

Como as partículas de nano-TiO2 são finas e fáceis de espalhar a luz azul com comprimento de onda mais curto na luz visível, quando adicionadas a cosméticos de proteção solar, a pele apresentará um tom azulado e parecerá pouco saudável. Para combinar com a cor da pele, pigmentos vermelhos, como o óxido de ferro, são frequentemente adicionados às fórmulas cosméticas na fase inicial. No entanto, devido à diferença de densidade e molhabilidade entre o nano-TiO2 _ 2 e o óxido de ferro, ocorrem frequentemente cores flutuantes.

4. Situação da produção de nano-TiO2 na China

A pesquisa em pequena escala sobre nano-TiO2 _ 2 na China é muito ativa e o nível de pesquisa teórica atingiu o nível avançado mundial, mas a pesquisa aplicada e a pesquisa de engenharia estão relativamente atrasadas e muitos resultados da pesquisa não podem ser transformados em produtos industriais. A produção industrial de nano-TiO2 na China começou em 1997, mais de 10 anos depois do Japão.

Existem duas razões que restringem a qualidade e a competitividade do mercado dos produtos nano-TiO2 na China:

① A pesquisa de tecnologia aplicada fica para trás

A pesquisa de tecnologia de aplicação precisa resolver os problemas de adição de processos e avaliação de efeitos do nano-TiO2 em sistemas compósitos. A pesquisa de aplicação do nano-TiO2 em muitos campos não foi totalmente desenvolvida, e a pesquisa em alguns campos, como cosméticos de proteção solar, ainda precisa ser aprofundada.Devido ao atraso na pesquisa de tecnologia aplicada, os produtos nano-TiO2 _ 2 da China não é possível formar marcas seriais para atender aos requisitos especiais de diferentes campos.

② A tecnologia de tratamento de superfície do nano-TiO2 precisa de mais estudos

O tratamento de superfície inclui tratamento de superfície inorgânico e tratamento de superfície orgânico. A tecnologia de tratamento de superfície é composta por fórmula de agente de tratamento de superfície, tecnologia de tratamento de superfície e equipamento de tratamento de superfície.

5. Observações finais

A transparência, desempenho de proteção ultravioleta, dispersibilidade e resistência à luz do nano-TiO2 em cosméticos protetores solares são índices técnicos importantes para avaliar sua qualidade, e o processo de síntese e o método de tratamento de superfície do nano-TiO2 são a chave para determinar esses índices técnicos.