Нанотехнології та наноматеріали: нанометровий діоксид титану в сонцезахисній косметиці

Нанотехнології та наноматеріали: нанометровий діоксид титану в сонцезахисній косметиці

Цитувати слова

Близько 5% променів, які випромінює сонце, мають ультрафіолетові промені з довжиною хвилі ≤400 нм. Ультрафіолетові промені сонячного світла можна розділити на: довгохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 320 нм ~ 400 нм, які називаються ультрафіолетовими променями А-типу (UVA); Середньохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 290 нм до 320 нм називаються ультрафіолетовими променями В-типу (UVB), а короткохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 200 нм до 290 нм — ультрафіолетовими променями С-типу.

Завдяки своїй короткій довжині хвилі та високій енергії ультрафіолетові промені мають велику руйнівну силу, яка може пошкодити шкіру людини, викликати запалення або сонячні опіки та серйозно спричинити рак шкіри. УФВ є основним фактором, що викликає запалення шкіри та сонячні опіки.

1. принцип екранування ультрафіолетових променів нано TiO2

TiO _ 2 — напівпровідник N-типу. Кристалічна форма нано-TiO_2, яка використовується в сонцезахисній косметиці, як правило, є рутилом, і його заборонена ширина смуги становить 3,0 еВ. Коли УФ-промені з довжиною хвилі менше 400 нм опромінюють TiO_2, електрони у валентній зоні можуть поглинати УФ-промені та збуджуватися до зона провідності та електронно-діркові пари генеруються одночасно, тому TiO _ 2 має функцію поглинання УФ-променів. Маючи невеликий розмір частинок і численні фракції, це значно збільшує ймовірність блокування або перехоплення ультрафіолетових променів.

2. Характеристики нано-TiO2 у сонцезахисній косметиці

2.1

Висока ефективність УФ-екранування

Здатність сонцезахисної косметики захищати від ультрафіолету виражається фактором захисту від сонця (значення SPF), і чим вище значення SPF, тим кращий сонцезахисний ефект. Співвідношення енергії, необхідної для виникнення еритеми з найменшою виявленою шкірою, вкритою сонцезахисними продуктами, до енергії, необхідної для виникнення еритеми такого ж ступеня на шкірі без сонцезахисних засобів.

Оскільки нано-TiO2 поглинає та розсіює ультрафіолетові промені, він вважається найбільш ідеальним фізичним сонцезахисним засобом у країні та за кордоном. Загалом, здатність нано-TiO2 захищати UVB в 3-4 рази вища, ніж нано-ZnO.

2.2

Відповідний діапазон розміру частинок

Здатність нано-TiO2 до ультрафіолетового екранування визначається його здатністю поглинати та розсіювати. Чим менший вихідний розмір частинок нано-TiO2, тим сильніша здатність поглинати ультрафіолет. Відповідно до закону розсіювання світла Релея, існує оптимальний вихідний розмір частинок для максимальної здатності нано-TiO2 розсіювати ультрафіолетові промені з різними довжинами хвиль. Експерименти також показують, що чим довша довжина хвилі ультрафіолетових променів, екрануюча здатність нано-TiO 2 більше залежить від його здатності до розсіювання; Чим коротша довжина хвилі, тим більше її екранування залежить від її здатності поглинати.

2.3

Відмінна диспергируемость і прозорість

Початковий розмір частинок нано-TiO2 менше 100 нм, що набагато менше довжини хвилі видимого світла. Теоретично нано-TiO2 може пропускати видиме світло, коли він повністю розсіяний, тому він прозорий. Через прозорість нано-TiO2 він не покриває шкіру при додаванні в сонцезахисну косметику. Тому він може продемонструвати природну красу шкіри. Прозорість є одним із важливих показників нано-TiO2 у сонцезахисній косметиці. Насправді нано-TiO 2 є прозорим, але не повністю прозорим у сонцезахисній косметиці, оскільки нано-TiO 2 має малі частинки, велику питому поверхню та надзвичайно високу поверхневу енергію, і з нього легко утворювати агрегати, що впливає на диспергування та прозорість продуктів.

2.4

Хороша атмосферостійкість

Nano-TiO 2 для сонцезахисної косметики вимагає певної стійкості до погодних умов (особливо стійкості до світла). Оскільки нано-TiO2 має малі частинки та високу активність, він генеруватиме електронно-діркові пари після поглинання ультрафіолетових променів, і деякі електронно-діркові пари мігруватимуть на поверхню, в результаті чого атомарний кисень і гідроксильні радикали у воді адсорбуються на поверхні. nano-TiO2, який має сильну здатність до окислення. Це призведе до зміни кольору продуктів і запаху через розкладання спецій. Таким чином, один або кілька прозорих ізоляційних шарів, таких як кремнезем, оксид алюмінію та цирконій, повинні бути покриті поверхнею нано-TiO2, щоб пригнічувати його фотохімічну активність.

3. Види та напрямки розвитку нано-TiO2

3.1

Нано-TiO2 порошок

Продукти нано-TiO2 продаються у формі твердого порошку, який можна розділити на гідрофільний порошок і ліпофільний порошок відповідно до властивостей поверхні нано-TiO2. Гідрофільний порошок використовується в косметиці на водній основі, тоді як ліпофільний порошок використовується в косметиці на масляній основі. Гідрофільні порошки, як правило, отримують неорганічною обробкою поверхні. Більшість цих іноземних порошків нано-TiO2 пройшли спеціальну обробку поверхні відповідно до їх сфер застосування.

3.2

Колір шкіри нано TiO2

Оскільки частинки нано-TiO2 дрібні та легко розсіюють синє світло з коротшою довжиною хвилі у видимому світлі, при додаванні їх до сонцезахисної косметики шкіра матиме синій відтінок і виглядатиме нездоровою. Щоб підібрати колір шкіри, червоні пігменти, такі як оксид заліза, часто додають до косметичних формул на ранніх стадіях. Однак через різницю в щільності та змочуваності між нано-TiO2 _ 2 і оксидом заліза часто виникають плаваючі кольори.

4. Статус виробництва нано-TiO2 в Китаї

Маломасштабні дослідження нано-TiO2 _ 2 у Китаї дуже активні, і рівень теоретичних досліджень досяг світового передового рівня, але прикладні дослідження та інженерні дослідження є відносно відсталими, і багато результатів досліджень не можна перетворити на промислові продукти. Промислове виробництво нано-TiO2 в Китаї почалося в 1997 році, більш ніж на 10 років пізніше, ніж в Японії.

Є дві причини, які обмежують якість і ринкову конкурентоспроможність продукції нано-TiO2 у Китаї:

① Дослідження прикладних технологій відстають

Дослідження технології застосування потребує вирішення проблем додавання процесу та оцінки ефекту нано-TiO2 у композитній системі. Дослідження застосування нано-TiO2 у багатьох галузях ще не були повністю розроблені, а дослідження в деяких галузях, таких як сонцезахисна косметика, все ще потребують поглиблення. Через відставання досліджень прикладних технологій китайські нано-TiO2 _ 2 продукти не може формувати серійні бренди для задоволення особливих вимог різних галузей.

② Технологія обробки поверхні нано-TiO2 потребує подальшого вивчення

Обробка поверхні включає неорганічну обробку поверхні та органічну обробку поверхні. Технологія обробки поверхні складається з формули засобу для обробки поверхні, технології обробки поверхні та обладнання для обробки поверхні.

5. Заключні слова

Прозорість, ультрафіолетове екранування, здатність до диспергування та світлостійкість нано-TiO2 у сонцезахисній косметиці є важливими технічними показниками для оцінки її якості, а процес синтезу та метод обробки поверхні нано-TiO2 є ключовими для визначення цих технічних показників.