Công nghệ nano và vật liệu nano: Nanomet Titanium Dioxide trong mỹ phẩm chống nắng

Công nghệ nano và vật liệu nano: Nanomet Titanium Dioxide trong mỹ phẩm chống nắng

Lời trích dẫn

Khoảng 5% tia bức xạ của mặt trời có tia cực tím có bước sóng ≤400 nm. Tia cực tím trong ánh sáng mặt trời có thể được chia thành: tia cực tím sóng dài có bước sóng 320 nm ~ 400 nm, gọi là tia cực tím loại A (UVA); Tia cực tím sóng trung bình có bước sóng từ 290 nm đến 320 nm được gọi là tia cực tím loại B (UVB) và tia cực tím sóng ngắn có bước sóng từ 200 nm đến 290 nm được gọi là tia cực tím loại C.

Do bước sóng ngắn và năng lượng cao nên tia cực tím có sức tàn phá rất lớn, có thể làm tổn thương làn da của con người, gây viêm nhiễm hoặc cháy nắng và gây ung thư da nghiêm trọng. UVB là tác nhân chính gây viêm da và cháy nắng.

1. nguyên lý che chắn tia cực tím bằng nano TiO2

TiO_2 là chất bán dẫn loại N. Dạng tinh thể của nano-TiO _ 2 được sử dụng trong mỹ phẩm chống nắng nói chung là rutile và độ rộng dải cấm của nó là 3,0 eV. Khi tia UV có bước sóng nhỏ hơn 400nm chiếu xạ TiO _ 2, các electron trên dải hóa trị có thể hấp thụ tia UV và bị kích thích dải dẫn và các cặp electron-lỗ trống được tạo ra cùng lúc nên TiO _ 2 có chức năng hấp thụ tia UV. Với kích thước hạt nhỏ và nhiều phân số, điều này làm tăng đáng kể khả năng chặn hoặc chặn tia cực tím.

2. Đặc điểm của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng

2.1

Hiệu quả che chắn tia cực tím cao

Khả năng che chắn tia cực tím của mỹ phẩm chống nắng được thể hiện bằng hệ số chống nắng (giá trị SPF), giá trị SPF càng cao thì hiệu quả chống nắng càng tốt. Tỷ lệ giữa năng lượng cần thiết để tạo ra ban đỏ thấp nhất có thể phát hiện được đối với da được phủ sản phẩm chống nắng và năng lượng cần thiết để tạo ra ban đỏ ở mức độ tương tự đối với da không có sản phẩm chống nắng.

Vì nano-TiO2 hấp thụ và phân tán tia cực tím nên nó được coi là loại kem chống nắng vật lý lý tưởng nhất trong và ngoài nước. Nhìn chung, khả năng che chắn tia UVB của nano-TiO2 gấp 3-4 lần so với nano-ZnO.

2.2

Phạm vi kích thước hạt phù hợp

Khả năng che chắn tia cực tím của nano-TiO2 được quyết định bởi khả năng hấp thụ và khả năng tán xạ của nó. Kích thước hạt ban đầu của nano-TiO2 càng nhỏ thì khả năng hấp thụ tia cực tím càng mạnh. Theo định luật tán xạ ánh sáng Rayleigh, có một kích thước hạt ban đầu tối ưu để nano-TiO2 có khả năng tán xạ tối đa đối với các tia cực tím có bước sóng khác nhau. Các thí nghiệm còn cho thấy bước sóng của tia cực tím càng dài thì khả năng che chắn của nano-TiO 2 phụ thuộc nhiều hơn vào khả năng tán xạ của nó; Bước sóng càng ngắn thì khả năng che chắn của nó càng phụ thuộc vào khả năng hấp thụ của nó.

2.3

Khả năng phân tán và minh bạch tuyệt vời

Kích thước hạt ban đầu của nano-TiO2 là dưới 100 nm, nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Về mặt lý thuyết, nano-TiO2 có thể truyền ánh sáng khả kiến ​​khi nó bị phân tán hoàn toàn nên trong suốt. Vì tính trong suốt của nano-TiO2 nên sẽ không che phủ da khi cho vào mỹ phẩm chống nắng. Vì vậy, nó có thể thể hiện vẻ đẹp làn da tự nhiên. Độ trong suốt là một trong những chỉ số quan trọng của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng. Trên thực tế, nano-TiO 2 trong suốt nhưng không trong suốt hoàn toàn trong mỹ phẩm chống nắng, vì nano-TiO2 có các hạt nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn và năng lượng bề mặt cực cao, dễ hình thành các tập hợp, do đó ảnh hưởng đến độ phân tán và độ trong suốt của các sản phẩm.

2.4

Chịu được thời tiết tốt

Nano-TiO 2 dùng cho mỹ phẩm chống nắng đòi hỏi khả năng chống chịu thời tiết nhất định (đặc biệt là khả năng chống chịu ánh sáng). Do nano-TiO2 có các hạt nhỏ và hoạt tính cao nên sau khi hấp thụ tia cực tím sẽ tạo ra các cặp electron-lỗ trống và một số cặp lỗ electron sẽ di chuyển lên bề mặt, dẫn đến các gốc oxy nguyên tử và hydroxyl trong nước bị hấp phụ trên bề mặt. nano-TiO2 có khả năng oxy hóa mạnh, sẽ làm sản phẩm bị biến màu và có mùi hôi do gia vị phân hủy. Do đó, một hoặc nhiều lớp cách ly trong suốt như silica, alumina và zirconia phải được phủ lên bề mặt nano-TiO2 để ức chế hoạt động quang hóa của nó.

3. Các loại và xu hướng phát triển của nano-TiO2

3.1

Bột Nano-TiO2

Các sản phẩm nano-TiO2 được bán ở dạng bột rắn, có thể chia thành bột ưa nước và bột ưa mỡ theo tính chất bề mặt của nano-TiO2. Bột ưa nước được sử dụng trong mỹ phẩm gốc nước, trong khi bột ưa mỡ được sử dụng trong mỹ phẩm gốc dầu. Bột ưa nước thường thu được bằng cách xử lý bề mặt vô cơ. Hầu hết các loại bột nano-TiO2 ngoại lai này đã trải qua quá trình xử lý bề mặt đặc biệt tùy theo lĩnh vực ứng dụng của chúng.

3.2

Màu da nano TiO2

Vì các hạt nano-TiO2 mịn và dễ tán xạ ánh sáng xanh có bước sóng ngắn hơn trong ánh sáng khả kiến ​​nên khi cho vào mỹ phẩm chống nắng, da sẽ xuất hiện tông xanh và trông không khỏe mạnh. Để phù hợp với màu da, các sắc tố màu đỏ như oxit sắt thường được thêm vào các công thức mỹ phẩm ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên, do sự khác biệt về mật độ và độ thấm ướt giữa nano-TiO2_2 và oxit sắt nên thường xảy ra hiện tượng nổi màu.

4. Tình hình sản xuất nano-TiO2 tại Trung Quốc

Nghiên cứu quy mô nhỏ về nano-TiO2 _ 2 ở Trung Quốc rất tích cực, trình độ nghiên cứu lý thuyết đã đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu kỹ thuật còn tương đối lạc hậu, nhiều kết quả nghiên cứu chưa thể chuyển hóa thành sản phẩm công nghiệp. Việc sản xuất công nghiệp nano-TiO2 ở Trung Quốc bắt đầu vào năm 1997, muộn hơn Nhật Bản hơn 10 năm.

Có hai lý do hạn chế chất lượng và khả năng cạnh tranh thị trường của sản phẩm nano-TiO2 tại Trung Quốc:

① Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tụt hậu

Việc nghiên cứu công nghệ ứng dụng cần giải quyết bài toán bổ sung đánh giá quá trình và hiệu quả của nano-TiO2 trong hệ composite. Nghiên cứu ứng dụng nano-TiO2 trong nhiều lĩnh vực vẫn chưa được phát triển đầy đủ, nghiên cứu trong một số lĩnh vực như mỹ phẩm chống nắng vẫn cần được đào sâu hơn. Do nghiên cứu công nghệ ứng dụng còn chậm nên các sản phẩm nano-TiO2 _ 2 của Trung Quốc không thể hình thành các thương hiệu nối tiếp để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của các lĩnh vực khác nhau.

② Công nghệ xử lý bề mặt nano-TiO2 cần được nghiên cứu thêm

Xử lý bề mặt bao gồm xử lý bề mặt vô cơ và xử lý bề mặt hữu cơ. Công nghệ xử lý bề mặt bao gồm công thức chất xử lý bề mặt, công nghệ xử lý bề mặt và thiết bị xử lý bề mặt.

5. Nhận xét kết luận

Độ trong suốt, hiệu suất che chắn tia cực tím, độ phân tán và khả năng cản ánh sáng của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng là những chỉ số kỹ thuật quan trọng để đánh giá chất lượng của nó, và quy trình tổng hợp cũng như phương pháp xử lý bề mặt của nano-TiO2 là chìa khóa để xác định các chỉ số kỹ thuật này.