Nanotehnologija in nanomateriali: nanometrski titanov dioksid v kozmetičnih izdelkih za sončenje

Nanotehnologija in nanomateriali: nanometrski titanov dioksid v kozmetičnih izdelkih za sončenje

Citiraj besede

Približno 5 % žarkov, ki jih seva sonce, ima ultravijolične žarke z valovno dolžino ≤400 nm. Ultravijolične žarke v sončni svetlobi lahko razdelimo na: dolgovalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino 320 nm ~ 400 nm, imenovane ultravijolični žarki tipa A (UVA); Srednjevalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino od 290 nm do 320 nm imenujemo ultravijolični žarki tipa B (UVB), kratkovalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino od 200 nm do 290 nm pa imenujemo ultravijolični žarki tipa C.

Ultravijolični žarki imajo zaradi svoje kratke valovne dolžine in visoke energije veliko uničujočo moč, ki lahko poškoduje kožo ljudi, povzroči vnetje ali sončne opekline ter resno povzroči kožnega raka. UVB je glavni dejavnik, ki povzroča vnetje kože in sončne opekline.

1. princip zaščite ultravijoličnih žarkov z nano TiO2

TiO _ 2 je polprevodnik tipa N. Kristalna oblika nano-TiO _ 2, ki se uporablja v kozmetičnih izdelkih za zaščito pred soncem, je na splošno rutil, njegova širina prepovedanega pasu pa je 3,0 eV. Ko UV žarki z valovno dolžino manj kot 400 nm obsevajo TiO _ 2, lahko elektroni na valenčnem pasu absorbirajo UV žarke in se vzbudijo prevodni pas in hkrati nastanejo pari elektron-luknja, zato ima TiO _ 2 funkcijo absorbiranja UV žarkov. Z majhno velikostjo delcev in številnimi frakcijami to močno poveča verjetnost blokiranja ali prestrezanja ultravijoličnih žarkov.

2. Značilnosti nano-TiO2 v kozmetičnih izdelkih za sončenje

2.1

Visoka učinkovitost UV zaščite

Sposobnost zaščite pred ultravijoličnim sevanjem kozmetičnih izdelkov za zaščito pred soncem je izražena z zaščitnim faktorjem (vrednost SPF) in višja kot je vrednost SPF, boljši je učinek zaščite pred soncem. Razmerje med energijo, potrebno za nastanek najmanjšega zaznavnega eritema na koži, prevlečeni z izdelki za zaščito pred soncem, in energijo, potrebno za nastanek eritema enake stopnje na koži brez izdelkov za zaščito pred soncem.

Ker nano-TiO2 absorbira in razprši ultravijolične žarke, velja za najbolj idealno fizično zaščito pred soncem doma in v tujini. Na splošno je sposobnost nano-TiO2 za zaščito pred UVB 3- do 4-krat večja od nano-ZnO.

2.2

Primerno območje velikosti delcev

Sposobnost ultravijolične zaščite nano-TiO2 je določena z njegovo absorpcijsko sposobnostjo in sposobnostjo sipanja. Manjša kot je izvirna velikost delcev nano-TiO2, močnejša je sposobnost absorpcije ultravijoličnega sevanja. V skladu z Rayleighovim zakonom o sipanju svetlobe obstaja optimalna izvirna velikost delcev za največjo sposobnost sipanja nano-TiO2 na ultravijoličnih žarkih z različnimi valovnimi dolžinami. Eksperimenti tudi kažejo, da daljša kot je valovna dolžina ultravijoličnih žarkov, je zaščitna sposobnost nano-TiO 2 bolj odvisna od njegove sposobnosti sipanja; Krajša kot je valovna dolžina, bolj je njegova zaščita odvisna od njene absorpcijske sposobnosti.

2.3

Odlična disperzibilnost in prosojnost

Prvotna velikost delcev nano-TiO2 je pod 100 nm, kar je veliko manj od valovne dolžine vidne svetlobe. Teoretično lahko nano-TiO2 prepušča vidno svetlobo, ko je popolnoma razpršen, torej je prozoren. Zaradi prosojnosti nano-TiO2 ne bo prekril kože, če ga dodamo v kozmetiko za zaščito pred soncem. Zato lahko pokaže naravno lepoto kože. Transparentnost je eden od pomembnih indeksov nano-TiO2 v kozmetičnih izdelkih za zaščito pred soncem. Pravzaprav je nano-TiO 2 prozoren, vendar ne popolnoma prozoren v kozmetičnih izdelkih za zaščito pred soncem, ker ima nano-TiO 2 majhne delce, veliko specifično površino in izjemno visoko površinsko energijo ter je enostavno tvoriti agregate, kar vpliva na disperzibilnost in preglednost izdelkov.

2.4

Dobra vremenska odpornost

Nano-TiO 2 za kozmetiko za zaščito pred soncem zahteva določeno odpornost na vremenske vplive (zlasti odpornost na svetlobo). Ker ima nano-TiO2 majhne delce in visoko aktivnost, bo po absorpciji ultravijoličnih žarkov ustvaril pare elektron-luknja, nekateri pari elektron-luknja pa se bodo preselili na površino, kar bo povzročilo atomski kisik in hidroksilne radikale v vodi, adsorbirani na površini nano-TiO2, ki ima močno oksidacijsko sposobnost. Povzročil bo razbarvanje izdelkov in vonj zaradi razgradnje začimb. Zato je treba na površino nano-TiO2 prevleči eno ali več prozornih izolacijskih plasti, kot so silicijev dioksid, aluminijev oksid in cirkonijev oksid, da zavirajo njegovo fotokemično aktivnost.

3. Vrste in trendi razvoja nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2 prah

Izdelki nano-TiO2 se prodajajo v obliki trdnega prahu, ki ga lahko glede na površinske lastnosti nano-TiO2 razdelimo na hidrofilni prah in lipofilni prah. Hidrofilni prašek se uporablja v kozmetiki na vodni osnovi, lipofilni prašek pa v kozmetiki na oljni osnovi. Hidrofilni praški so običajno pridobljeni z anorgansko površinsko obdelavo. Večina teh tujih nano-TiO2 praškov je bila podvržena posebni površinski obdelavi glede na njihova področja uporabe.

3.2

Kožna barva nano TiO2

Ker so delci nano-TiO2 fini in zlahka razpršijo modro svetlobo s krajšo valovno dolžino v vidni svetlobi, bo koža, ko jih dodamo v kozmetiko za zaščito pred soncem, modrikasta in videti nezdrava. Da bi barvo kože uskladili, kozmetičnim formulam v zgodnji fazi pogosto dodajajo rdeče pigmente, kot je železov oksid. Vendar se zaradi razlike v gostoti in omočljivosti med nano-TiO2 _ 2 in železovim oksidom pogosto pojavljajo lebdeče barve.

4. Status proizvodnje nano-TiO2 na Kitajskem

Majhne raziskave nano-TiO2 _ 2 na Kitajskem so zelo aktivne in raven teoretičnih raziskav je dosegla svetovno napredno raven, vendar so uporabne raziskave in inženirske raziskave relativno zaostale in številnih rezultatov raziskav ni mogoče preoblikovati v industrijske izdelke. Industrijska proizvodnja nano-TiO2 na Kitajskem se je začela leta 1997, več kot 10 let kasneje kot na Japonskem.

Dva razloga omejujeta kakovost in tržno konkurenčnost izdelkov nano-TiO2 na Kitajskem:

① Raziskave uporabne tehnologije zaostajajo

Raziskave aplikacijske tehnologije morajo rešiti probleme dodajanja procesa in vrednotenja učinka nano-TiO2 v kompozitnem sistemu. Raziskave uporabe nano-TiO2 na številnih področjih niso bile v celoti razvite, raziskave na nekaterih področjih, kot je kozmetika za zaščito pred soncem, pa je treba še poglobiti. Zaradi zaostanka raziskav uporabne tehnologije so kitajski izdelki nano-TiO2 _ 2 ne more oblikovati serijskih blagovnih znamk, ki bi izpolnjevale posebne zahteve različnih področij.

② Tehnologijo površinske obdelave nano-TiO2 je treba dodatno preučiti

Površinska obdelava vključuje anorgansko površinsko obdelavo in organsko površinsko obdelavo. Tehnologija površinske obdelave je sestavljena iz formule sredstva za površinsko obdelavo, tehnologije površinske obdelave in opreme za površinsko obdelavo.

5. Sklepne opombe

Transparentnost, učinkovitost ultravijolične zaščite, disperzibilnost in svetlobna odpornost nano-TiO2 v kozmetičnih izdelkih za zaščito pred soncem so pomembni tehnični indeksi za presojo njegove kakovosti, postopek sinteze in metoda površinske obdelave nano-TiO2 pa sta ključna za določitev teh tehničnih indeksov.