Nanoteknik och nanomaterial: Nanometer titandioxid i solskyddsmedel

Nanoteknik och nanomaterial: Nanometer titandioxid i solskyddsmedel

Citera ord

Cirka 5 % av strålarna som strålar ut från solen har ultravioletta strålar med en våglängd ≤400 nm. Ultravioletta strålar i solljus kan delas in i: långvågiga ultravioletta strålar med en våglängd på 320 nm~400 nm, kallade ultravioletta strålar av A-typ (UVA); Medelvågiga ultravioletta strålar med en våglängd på 290 nm till 320 nm kallas ultravioletta strålar av B-typ (UVB) och kortvågiga ultravioletta strålar med en våglängd på 200 nm till 290 nm kallas ultravioletta strålar av C-typ.

På grund av sin korta våglängd och höga energi har ultravioletta strålar stor destruktiv kraft, vilket kan skada människors hud, orsaka inflammation eller solbränna och allvarligt producera hudcancer. UVB är den främsta faktorn som orsakar hudinflammation och solbränna.

1. principen att avskärma ultravioletta strålar med nano TiO2

TiO _ 2 är en halvledare av N-typ. Kristallformen av nano-TiO _ 2 som används i kosmetika för solskyddsmedel är i allmänhet rutil, och dess förbjudna bandbredd är 3,0 eV När UV-strålar med en våglängd mindre än 400 nm bestrålar TiO _ 2, kan elektroner på valensbandet absorbera UV-strålar och exciteras till ledningsbandet och elektron-hålpar genereras samtidigt, så TiO _ 2 har funktionen att absorbera UV-strålar. Med liten partikelstorlek och många fraktioner ökar detta avsevärt sannolikheten för att blockera eller fånga upp ultravioletta strålar.

2. Egenskaper hos nano-TiO2 i solskyddsmedel

2.1

Hög UV-avskärmningseffektivitet

Den ultravioletta avskärmningsförmågan hos solskyddsmedel uttrycks av solskyddsfaktorn (SPF-värdet), och ju högre SPF-värdet är, desto bättre solskyddseffekt. Förhållandet mellan energin som krävs för att producera det lägsta detekterbara erytem för hud belagd med solskyddsprodukter och energin som krävs för att producera erytem av samma grad för hud utan solskyddsprodukter.

Eftersom nano-TiO2 absorberar och sprider ultravioletta strålar anses det vara det mest idealiska fysiska solskyddet hemma och utomlands. I allmänhet är förmågan hos nano-TiO2 att skydda UVB 3-4 gånger den för nano-ZnO.

2.2

Lämpligt partikelstorleksområde

Den ultravioletta avskärmningsförmågan hos nano-TiO2 bestäms av dess absorptionsförmåga och spridningsförmåga. Ju mindre den ursprungliga partikelstorleken för nano-TiO2, desto starkare är ultraviolett absorptionsförmåga. Enligt Rayleighs lag om ljusspridning finns det en optimal ursprunglig partikelstorlek för den maximala spridningsförmågan hos nano-TiO2 till ultravioletta strålar med olika våglängder. Experiment visar också att ju längre våglängden för ultravioletta strålar är, beror avskärmningsförmågan hos nano-TiO 2 mer på dess spridningsförmåga; Ju kortare våglängd, desto mer beror dess skärmning på dess absorptionsförmåga.

2.3

Utmärkt spridbarhet och transparens

Den ursprungliga partikelstorleken för nano-TiO2 är under 100 nm, mycket mindre än våglängden för synligt ljus. Teoretiskt kan nano-TiO2 sända synligt ljus när det är helt dispergerat, så det är transparent. På grund av genomskinligheten hos nano-TiO2 täcker den inte huden när den tillsätts i solskyddsmedel. Därför kan den visa naturlig hudskönhet. Transparens är ett av de viktiga indexen för nano-TiO2 i solskyddsmedel. Faktum är att nano-TiO 2 är transparent men inte helt genomskinlig i solskyddsmedel, eftersom nano-TiO2 har små partiklar, stor specifik yta och extremt hög ytenergi, och det är lätt att bilda aggregat, vilket påverkar spridningsförmågan och transparensen av produkter.

2.4

Bra väderbeständighet

Nano-TiO 2 för solskyddsmedel kräver viss väderbeständighet (särskilt ljusbeständighet). Eftersom nano-TiO2 har små partiklar och hög aktivitet, kommer den att generera elektron-hål-par efter att ha absorberat ultravioletta strålar, och vissa elektron-hål-par kommer att migrera till ytan, vilket resulterar i atomära syre- och hydroxylradikaler i vattnet som adsorberas på ytan av nano-TiO2, som har stark oxidationsförmåga. Det kommer att orsaka missfärgning av produkter och lukt på grund av nedbrytning av kryddor. Därför måste ett eller flera transparenta isoleringsskikt, såsom kiseldioxid, aluminiumoxid och zirkoniumoxid, beläggas på ytan av nano-TiO2 för att hämma dess fotokemiska aktivitet.

3. Typer och utvecklingstrender av nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2-pulver

Nano-TiO2-produkterna säljs i form av fast pulver, som kan delas upp i hydrofilt pulver och lipofilt pulver enligt ytegenskaperna hos nano-TiO2. Hydrofilt pulver används i vattenbaserad kosmetika, medan lipofilt pulver används i oljebaserad kosmetika. Hydrofila pulver erhålls i allmänhet genom oorganisk ytbehandling. De flesta av dessa främmande nano-TiO2-pulver har genomgått speciell ytbehandling beroende på deras användningsområde.

3.2

Hudfärg nano TiO2

Eftersom nano-TiO2-partiklar är fina och lätta att sprida blått ljus med kortare våglängd i synligt ljus, när de tillsätts i solskyddsmedel kommer huden att visa blå ton och se ohälsosam ut. För att matcha hudfärgen tillsätts ofta röda pigment som järnoxid till kosmetiska formler i ett tidigt skede. Men på grund av skillnaden i densitet och vätbarhet mellan nano-TiO2 _ 2 och järnoxid, uppstår ofta flytande färger.

4. Produktionsstatus för nano-TiO2 i Kina

Småskalig forskning om nano-TiO2 _ 2 i Kina är mycket aktiv, och den teoretiska forskningsnivån har nått världsnivån, men den tillämpade forskningen och ingenjörsforskningen är relativt efterbliven, och många forskningsresultat kan inte omvandlas till industriella produkter. Den industriella produktionen av nano-TiO2 i Kina började 1997, mer än 10 år senare än Japan.

Det finns två skäl som begränsar kvaliteten och konkurrenskraften på marknaden för nano-TiO2-produkter i Kina:

① Tillämpad teknologiforskning släpar efter

Den applikationsteknologiska forskningen behöver lösa problemen med att lägga till process- och effektutvärdering av nano-TiO2 i kompositsystem. Tillämpningsforskningen av nano-TiO2 inom många områden har inte utvecklats fullt ut, och forskningen inom vissa områden, såsom kosmetika för solskyddsmedel, behöver fortfarande fördjupas. På grund av eftersläpningen av tillämpad teknologiforskning har Kinas nano-TiO2 _ 2 produkter kan inte bilda seriemärken för att möta de speciella kraven för olika områden.

② Ytbehandlingstekniken för nano-TiO2 behöver studeras ytterligare

Ytbehandling innefattar oorganisk ytbehandling och organisk ytbehandling. Ytbehandlingstekniken består av ytbehandlingsmedelsformel, ytbehandlingsteknik och ytbehandlingsutrustning.

5. Avslutande kommentarer

Transparensen, den ultravioletta skärmningsprestandan, spridningsförmågan och ljusbeständigheten hos nano-TiO2 i kosmetika för solskyddsmedel är viktiga tekniska index för att bedöma dess kvalitet, och syntesprocessen och ytbehandlingsmetoden för nano-TiO2 är nyckeln för att bestämma dessa tekniska index.