Nanotechnologia i nanomateriały: Nanometrowy dwutlenek tytanu w kosmetykach przeciwsłonecznych

Nanotechnologia i nanomateriały: Nanometrowy dwutlenek tytanu w kosmetykach przeciwsłonecznych

Cytat słowa

Około 5% promieni emitowanych przez słońce to promienie ultrafioletowe o długości fali ≤400 nm. Promienie ultrafioletowe w świetle słonecznym można podzielić na: promienie ultrafioletowe długofalowe o długości fali 320 nm~400 nm, zwane promieniami ultrafioletowymi typu A (UVA); promienie ultrafioletowe średniofalowe o długości fali 290 nm do 320 nm nazywane są promieniami ultrafioletowymi typu B (UVB), a promienie ultrafioletowe krótkofalowe o długości fali 200 nm do 290 nm nazywane są promieniami ultrafioletowymi typu C.

Ze względu na krótką długość fali i wysoką energię, promienie ultrafioletowe mają ogromną siłę niszczenia, która może uszkodzić skórę ludzi, wywołać stany zapalne lub oparzenia słoneczne i poważnie wywołać raka skóry. UVB jest głównym czynnikiem powodującym stany zapalne skóry i oparzenia słoneczne.

1. Zasada ekranowania promieni ultrafioletowych za pomocą nano TiO2

TiO_2 jest półprzewodnikiem typu N. Krystaliczna forma nano-TiO_2 stosowana w kosmetykach przeciwsłonecznych jest na ogół rutylowa, a szerokość jego pasma zabronionego wynosi 3,0 eV. Gdy promienie UV o długości fali mniejszej niż 400 nm napromieniowują TiO_2, elektrony w paśmie walencyjnym mogą absorbować promienie UV i być wzbudzane do pasma przewodnictwa, a pary elektron-dziura są generowane w tym samym czasie, więc TiO_2 ma funkcję absorbowania promieni UV. Przy małym rozmiarze cząstek i licznych frakcjach znacznie zwiększa to prawdopodobieństwo blokowania lub przechwytywania promieni ultrafioletowych.

2. Charakterystyka nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych

2.1

Wysoka skuteczność ochrony przed promieniowaniem UV

Zdolność kosmetyków przeciwsłonecznych do ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym jest wyrażona współczynnikiem ochrony przeciwsłonecznej (wartość SPF), a im wyższa wartość SPF, tym lepszy efekt ochrony przeciwsłonecznej. Stosunek energii wymaganej do wytworzenia najniższego wykrywalnego rumienia dla skóry pokrytej produktami przeciwsłonecznymi do energii wymaganej do wytworzenia rumienia tego samego stopnia dla skóry bez produktów przeciwsłonecznych.

Ponieważ nano-TiO2 pochłania i rozprasza promienie ultrafioletowe, jest uważany za najbardziej idealny fizyczny filtr przeciwsłoneczny w kraju i za granicą. Ogólnie rzecz biorąc, zdolność nano-TiO2 do ochrony przed promieniowaniem UVB jest 3-4 razy większa niż nano-ZnO.

2.2

Zakres odpowiednich rozmiarów cząstek

Zdolność nano-TiO2 do ekranowania przed promieniowaniem ultrafioletowym jest określana przez jego zdolność absorpcji i zdolność rozpraszania. Im mniejszy jest pierwotny rozmiar cząstek nano-TiO2, tym silniejsza jest zdolność absorpcji promieniowania ultrafioletowego. Zgodnie z prawem rozpraszania światła Rayleigha istnieje optymalny pierwotny rozmiar cząstek dla maksymalnej zdolności rozpraszania nano-TiO2 przez promienie ultrafioletowe o różnych długościach fal. Eksperymenty pokazują również, że im dłuższa jest długość fali promieni ultrafioletowych, zdolność ekranowania nano-TiO2 zależy bardziej od jego zdolności rozpraszania; im krótsza jest długość fali, tym bardziej jego ekranowanie zależy od jego zdolności absorpcji.

2.3

Doskonała dyspersyjność i przejrzystość

Pierwotny rozmiar cząstek nano-TiO2 wynosi poniżej 100 nm, znacznie mniej niż długość fali światła widzialnego. Teoretycznie nano-TiO2 może przepuszczać światło widzialne, gdy jest całkowicie rozproszone, więc jest przezroczyste. Ze względu na przezroczystość nano-TiO2 nie pokryje skóry, gdy zostanie dodane do kosmetyków przeciwsłonecznych. Dlatego może ukazywać naturalne piękno skóry. Przezroczystość jest jednym z ważnych wskaźników nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych. W rzeczywistości nano-TiO2 jest przezroczyste, ale nie całkowicie przezroczyste w kosmetykach przeciwsłonecznych, ponieważ nano-TiO2 ma małe cząsteczki, dużą powierzchnię właściwą i niezwykle wysoką energię powierzchniową, a także łatwo tworzy agregaty, co wpływa na dyspersyjność i przezroczystość produktów.

2.4

Dobra odporność na warunki atmosferyczne

Nano-TiO2 do kosmetyków przeciwsłonecznych wymaga pewnej odporności na warunki atmosferyczne (szczególnie odporności na światło). Ponieważ nano-TiO2 ma małe cząsteczki i wysoką aktywność, wygeneruje pary elektron-dziura po pochłonięciu promieni ultrafioletowych, a niektóre pary elektron-dziura będą migrować na powierzchnię, powodując tlen atomowy i rodniki hydroksylowe w wodzie zaadsorbowanej na powierzchni nano-TiO2, który ma silne właściwości utleniające. Spowoduje to odbarwienie produktów i zapach z powodu rozkładu przypraw. Dlatego też jedna lub więcej przezroczystych warstw izolacyjnych, takich jak krzemionka, tlenek glinu i cyrkonia, musi być pokryta na powierzchni nano-TiO2, aby zahamować jego aktywność fotochemiczną.

3. Typy i trendy rozwojowe nano-TiO2

3.1

Proszek Nano-TiO2

Produkty nano-TiO2 są sprzedawane w postaci stałego proszku, który można podzielić na proszek hydrofilowy i proszek lipofilowy w zależności od właściwości powierzchniowych nano-TiO2. Proszek hydrofilowy jest stosowany w kosmetykach na bazie wody, podczas gdy proszek lipofilowy jest stosowany w kosmetykach na bazie oleju. Proszki hydrofilowe są zazwyczaj uzyskiwane przez nieorganiczną obróbkę powierzchni. Większość tych obcych proszków nano-TiO2 przeszła specjalną obróbkę powierzchni zgodnie z ich obszarami zastosowania.

3.2

Kolor skóry nano TiO2

Ponieważ cząsteczki nano-TiO2 są drobne i łatwo rozpraszają niebieskie światło o krótszej długości fali w świetle widzialnym, po dodaniu do kosmetyków przeciwsłonecznych skóra będzie miała niebieski odcień i będzie wyglądać niezdrowo. Aby dopasować kolor skóry, do formuł kosmetycznych na wczesnym etapie często dodaje się czerwone pigmenty, takie jak tlenek żelaza. Jednak ze względu na różnicę w gęstości i zwilżalności między nano-TiO2_2 a tlenkiem żelaza często występują pływające kolory.

4. Status produkcji nano-TiO2 w Chinach

Badania na małą skalę nad nano-TiO2_2 w Chinach są bardzo aktywne, a poziom badań teoretycznych osiągnął poziom zaawansowany na świecie, ale badania stosowane i inżynieryjne są stosunkowo zacofane, a wiele wyników badań nie może zostać przekształconych w produkty przemysłowe. Produkcja przemysłowa nano-TiO2 w Chinach rozpoczęła się w 1997 r., ponad 10 lat później niż w Japonii.

Istnieją dwa powody, które ograniczają jakość i konkurencyjność rynkową produktów nano-TiO2 w Chinach:

① Badania nad technologią stosowaną pozostają w tyle

Badania nad technologią aplikacji muszą rozwiązać problemy dodawania procesu i oceny efektów nano-TiO2 w systemie kompozytowym. Badania nad aplikacją nano-TiO2 w wielu dziedzinach nie zostały w pełni rozwinięte, a badania w niektórych dziedzinach, takich jak kosmetyki przeciwsłoneczne, nadal wymagają pogłębienia. Ze względu na opóźnienie w badaniach nad technologią aplikacji, chińskie produkty nano-TiO2 _ 2 nie mogą tworzyć marek seryjnych, aby sprostać szczególnym wymaganiom różnych dziedzin.

② Technologia obróbki powierzchni nano-TiO2 wymaga dalszych badań

Obróbka powierzchni obejmuje nieorganiczną obróbkę powierzchni i organiczną obróbkę powierzchni. Technologia obróbki powierzchni składa się z formuły środka do obróbki powierzchni, technologii obróbki powierzchni i sprzętu do obróbki powierzchni.

5. Uwagi końcowe

Przezroczystość, właściwości ekranujące przed promieniowaniem ultrafioletowym, dyspersyjność i odporność na światło nano-TiO2 w kosmetykach przeciwsłonecznych to ważne wskaźniki techniczne służące ocenie jego jakości. Kluczem do ustalenia tych wskaźników technicznych jest proces syntezy i metoda obróbki powierzchni nano-TiO2.