Нанотехнологии и наноматериали: Нанометров титанов диоксид в слънцезащитната козметика
Цитат думи
Около 5% от лъчите, излъчвани от слънцето, са ултравиолетови лъчи с дължина на вълната ≤400 nm. Ултравиолетовите лъчи в слънчевата светлина могат да бъдат разделени на: дълговълнови ултравиолетови лъчи с дължина на вълната 320 nm~400 nm, наречени ултравиолетови лъчи от тип А (UVA); средновълнови ултравиолетови лъчи с дължина на вълната от 290 nm до 320 nm, наречени ултравиолетови лъчи от тип B (UVB), а късовълнови ултравиолетови лъчи с дължина на вълната от 200 nm до 290 nm, наречени ултравиолетови лъчи от тип C.
Поради късата си дължина на вълната и високата си енергия, ултравиолетовите лъчи имат голяма разрушителна сила, която може да увреди кожата на хората, да причини възпаление или слънчево изгаряне и сериозно да доведе до рак на кожата. UVB лъчите са основният фактор, причиняващ възпаление на кожата и слънчево изгаряне.
1. принципът на екраниране на ултравиолетовите лъчи с нано TiO2
TiO2 е N-тип полупроводник. Кристалната форма на nano-TiO2, използвана в слънцезащитната козметика, обикновено е рутил, а ширината на забранената му зона е 3.0 eV. Когато UV лъчи с дължина на вълната по-малка от 400 nm облъчват TiO2, електроните във валентната зона могат да абсорбират UV лъчите и да се възбудят в проводимата зона, като едновременно с това се генерират електрон-дупкови двойки, така че TiO2 има функцията да абсорбира UV лъчите. С малкия размер на частиците и многобройните им фракции, това значително увеличава вероятността от блокиране или прихващане на ултравиолетовите лъчи.
2. Характеристики на nano-TiO2 в слънцезащитните козметични продукти
2.1
Висока ефективност на UV защита
Способността на слънцезащитните козметични продукти да защитават от ултравиолетовите лъчи се изразява чрез слънцезащитен фактор (SPF стойност), като колкото по-висока е SPF стойността, толкова по-добър е слънцезащитният ефект. Това е съотношението на енергията, необходима за получаване на най-ниската забележима еритема за кожа, покрита със слънцезащитни продукти, към енергията, необходима за получаване на еритема от същата степен за кожа без слънцезащитни продукти.
Тъй като nano-TiO2 абсорбира и разсейва ултравиолетовите лъчи, той се счита за най-идеалния физически слънцезащитен продукт в страната и чужбина. Като цяло, способността на nano-TiO2 да екранира UVB лъчите е 3-4 пъти по-голяма от тази на nano-ZnO.
2.2
Подходящ диапазон на размера на частиците
Способността на nano-TiO2 да екранира ултравиолетовите лъчи се определя от неговата абсорбционна и разсейваща способност. Колкото по-малък е оригиналният размер на частиците nano-TiO2, толкова по-силна е способността му да абсорбира ултравиолетовите лъчи. Съгласно закона на Рейли за разсейване на светлината, съществува оптимален оригинален размер на частиците за максимална разсейваща способност на nano-TiO2 към ултравиолетови лъчи с различни дължини на вълната. Експериментите показват също, че колкото по-дълга е дължината на вълната на ултравиолетовите лъчи, толкова повече екраниращата способност на nano-TiO2 зависи от неговата разсейваща способност; колкото по-къса е дължината на вълната, толкова повече екранирането зависи от неговата абсорбционна способност.
2.3
Отлична диспергируемост и прозрачност
Оригиналният размер на частиците на nano-TiO2 е под 100 nm, много по-малък от дължината на вълната на видимата светлина. Теоретично, nano-TiO2 може да пропуска видима светлина, когато е напълно диспергиран, така че е прозрачен. Поради прозрачността на nano-TiO2, той няма да покрие кожата, когато се добави към слънцезащитната козметика. Следователно, може да покаже естествената красота на кожата. Прозрачността е един от важните показатели на nano-TiO2 в слънцезащитната козметика. Всъщност, nano-TiO2 е прозрачен, но не е напълно прозрачен в слънцезащитната козметика, тъй като nano-TiO2 има малки частици, голяма специфична повърхност и изключително висока повърхностна енергия и е лесно да образува агрегати, като по този начин влияе върху диспергируемостта и прозрачността на продуктите.
2.4
Добра устойчивост на атмосферни влияния
Нано-TiO2 за слънцезащитна козметика изисква известна устойчивост на атмосферни влияния (особено устойчивост на светлина). Тъй като нано-TiO2 има малки частици и висока активност, той ще генерира електрон-дупкови двойки след абсорбиране на ултравиолетовите лъчи и някои електрон-дупкови двойки ще мигрират към повърхността, което ще доведе до адсорбиране на атомен кислород и хидроксилни радикали във водата върху повърхността на нано-TiO2, който има силна окислителна способност. Това ще причини обезцветяване на продуктите и миризма поради разлагане на подправки. Следователно, върху повърхността на нано-TiO2 трябва да се нанесат един или повече прозрачни изолационни слоеве, като силициев диоксид, алуминиев оксид и цирконий, за да се инхибира фотохимичната му активност.
3. Видове и тенденции на развитие на нано-TiO2
3.1
Нано-TiO2 прах
Продуктите от нано-TiO2 се продават под формата на твърд прах, който може да бъде разделен на хидрофилен прах и липофилен прах според повърхностните свойства на нано-TiO2. Хидрофилният прах се използва в козметика на водна основа, докато липофилният прах се използва в козметика на маслена основа. Хидрофилните прахове обикновено се получават чрез неорганична повърхностна обработка. Повечето от тези чуждестранни нано-TiO2 прахове са претърпели специална повърхностна обработка според областите им на приложение.
3.2
Цвят на кожата нано TiO2
Тъй като нано-TiO2 частиците са фини и лесно разсейват синя светлина с по-къса дължина на вълната във видимата светлина, когато се добавят към слънцезащитни козметични продукти, кожата ще покаже син оттенък и ще изглежда нездравословна. За да съответстват на цвета на кожата, червени пигменти като железен оксид често се добавят към козметичните формули в ранния етап. Поради разликата в плътността и омокряемостта между nano-TiO2_2 и железния оксид обаче, често се появяват плаващи цветове.
4. Производствен статус на nano-TiO2 в Китай
Малкомащабните изследвания на nano-TiO2 _ 2 в Китай са много активни и нивото на теоретичните изследвания е достигнало световно напреднало ниво, но приложните изследвания и инженерните изследвания са сравнително изостанали и много от резултатите от изследванията не могат да бъдат трансформирани в промишлени продукти. Промишленото производство на nano-TiO2 в Китай започва през 1997 г., повече от 10 години по-късно от Япония.
Има две причини, които ограничават качеството и пазарната конкурентоспособност на продуктите от nano-TiO2 в Китай:
① Изследванията в областта на приложните технологии изостават
Изследванията в областта на приложните технологии трябва да решат проблемите, свързани с добавянето на процес и оценката на ефекта от nano-TiO2 в композитни системи. Изследванията в областта на приложението на nano-TiO2 в много области не са напълно развити, а изследванията в някои области, като например слънцезащитната козметика, все още се нуждаят от задълбочаване. Поради изоставането в изследванията в областта на приложните технологии, китайските продукти с nano-TiO2_2 не могат да формират серийни марки, за да отговорят на специфичните изисквания на различните области.
② Технологията за повърхностна обработка на nano-TiO2 се нуждае от допълнително проучване
Повърхностната обработка включва неорганична повърхностна обработка и органична повърхностна обработка. Технологията за повърхностна обработка се състои от формула на агент за повърхностна обработка, технология за повърхностна обработка и оборудване за повърхностна обработка.
5. Заключителни бележки
Прозрачността, ултравиолетовата екранираща способност, диспергируемостта и светлоустойчивостта на nano-TiO2 в слънцезащитната козметика са важни технически показатели за оценка на нейното качество, а процесът на синтез и методът на повърхностна обработка на nano-TiO2 са ключови за определяне на тези технически показатели.
Време на публикуване: 04 юли 2022 г.