Нанотехнологии и наноматериалы: нанометровый диоксид титана в солнцезащитной косметике
Цитировать слова
Около 5% лучей, излучаемых солнцем, имеют ультрафиолетовые лучи с длиной волны ≤400 нм. Ультрафиолетовые лучи в солнечном свете можно разделить на: длинноволновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны 320 нм~400 нм, называемые ультрафиолетовыми лучами типа А (UVA); средневолновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 290 нм до 320 нм называются ультрафиолетовыми лучами типа В (UVB) и коротковолновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 200 нм до 290 нм называются ультрафиолетовыми лучами типа С.
Из-за своей короткой длины волны и высокой энергии ультрафиолетовые лучи обладают большой разрушительной силой, которая может повредить кожу человека, вызвать воспаление или солнечный ожог, а также серьезно вызвать рак кожи. UVB является основным фактором, вызывающим воспаление кожи и солнечный ожог.
1. принцип экранирования ультрафиолетовых лучей с помощью нано TiO2
TiO _ 2 является полупроводником N-типа. Кристаллическая форма нано-TiO _ 2, используемая в солнцезащитной косметике, обычно представляет собой рутил, а ширина его запрещенной зоны составляет 3,0 эВ. Когда УФ-лучи с длиной волны менее 400 нм облучают TiO _ 2, электроны в валентной зоне могут поглощать УФ-лучи и возбуждаться в зону проводимости, и в то же время генерируются электронно-дырочные пары, поэтому TiO _ 2 выполняет функцию поглощения УФ-лучей. При небольшом размере частиц и многочисленных фракциях это значительно увеличивает вероятность блокировки или перехвата ультрафиолетовых лучей.
2. Характеристики нано-TiO2 в солнцезащитной косметике
2.1
Высокая эффективность защиты от УФ-излучения
Способность солнцезащитной косметики экранировать ультрафиолетовое излучение выражается фактором защиты от солнца (SPF), и чем выше значение SPF, тем лучше эффект солнцезащитного средства. Отношение энергии, необходимой для создания минимальной обнаруживаемой эритемы для кожи, покрытой солнцезащитными средствами, к энергии, необходимой для создания эритемы той же степени для кожи без солнцезащитных средств.
Поскольку нано-TiO2 поглощает и рассеивает ультрафиолетовые лучи, он считается самым идеальным физическим солнцезащитным кремом в стране и за рубежом. В целом, способность нано-TiO2 экранировать UVB в 3-4 раза выше, чем у нано-ZnO.
2.2
Подходящий диапазон размеров частиц
Способность нано-TiO2 экранировать ультрафиолет определяется его способностью поглощать и рассеивать. Чем меньше исходный размер частиц нано-TiO2, тем сильнее способность поглощать ультрафиолет. Согласно закону Рэлея о рассеянии света, существует оптимальный исходный размер частиц для максимальной рассеивающей способности нано-TiO2 к ультрафиолетовым лучам с различными длинами волн. Эксперименты также показывают, что чем больше длина волны ультрафиолетовых лучей, тем больше экранирующая способность нано-TiO 2 зависит от его рассеивающей способности; чем короче длина волны, тем больше его экранирование зависит от его поглощающей способности.
2.3
Отличная диспергируемость и прозрачность
Исходный размер частиц нано-TiO2 составляет менее 100 нм, что намного меньше длины волны видимого света. Теоретически нано-TiO2 может пропускать видимый свет, когда он полностью диспергирован, поэтому он прозрачен. Из-за прозрачности нано-TiO2 он не покроет кожу при добавлении в солнцезащитную косметику. Поэтому он может показать естественную красоту кожи. Прозрачность является одним из важных показателей нано-TiO2 в солнцезащитной косметике. Фактически, нано-TiO 2 прозрачен, но не полностью прозрачен в солнцезащитной косметике, потому что нано-TiO2 имеет мелкие частицы, большую удельную площадь поверхности и чрезвычайно высокую поверхностную энергию, и он легко образует агрегаты, тем самым влияя на диспергируемость и прозрачность продуктов.
2.4
Хорошая устойчивость к погодным условиям
Nano-TiO 2 для солнцезащитной косметики требует определенной устойчивости к погодным условиям (особенно к свету). Поскольку nano-TiO2 имеет небольшие частицы и высокую активность, он будет генерировать пары электрон-дырка после поглощения ультрафиолетовых лучей, и некоторые пары электрон-дырка будут мигрировать на поверхность, в результате чего атомарный кислород и гидроксильные радикалы в воде будут адсорбироваться на поверхности nano-TiO2, которая обладает сильной окислительной способностью. Это вызовет обесцвечивание продуктов и запах из-за разложения специй. Поэтому один или несколько прозрачных изоляционных слоев, таких как кремний, оксид алюминия и цирконий, должны быть нанесены на поверхность nano-TiO2 для ингибирования его фотохимической активности.
3. Виды и тенденции развития нано-TiO2
3.1
Нано-TiO2 порошок
Продукция nano-TiO2 продается в виде твердого порошка, который можно разделить на гидрофильный порошок и липофильный порошок в соответствии с поверхностными свойствами nano-TiO2. Гидрофильный порошок используется в косметике на водной основе, а липофильный порошок используется в косметике на масляной основе. Гидрофильные порошки обычно получают путем неорганической обработки поверхности. Большинство этих зарубежных nano-TiO2 порошков прошли специальную обработку поверхности в соответствии с их областями применения.
3.2
Цвет кожи нано TiO2
Поскольку частицы нано-TiO2 мелкие и легко рассеивают синий свет с более короткой длиной волны в видимом свете, при добавлении в солнцезащитную косметику кожа будет иметь синеватый оттенок и выглядеть нездоровой. Чтобы соответствовать цвету кожи, в косметические формулы на ранней стадии часто добавляют красные пигменты, такие как оксид железа. Однако из-за разницы в плотности и смачиваемости между нано-TiO2 _ 2 и оксидом железа часто возникают плавающие цвета.
4. Состояние производства нано-TiO2 в Китае
Мелкомасштабные исследования нано-TiO2 _ 2 в Китае очень активны, и уровень теоретических исследований достиг мирового передового уровня, но прикладные исследования и инженерные исследования относительно отсталые, и многие результаты исследований не могут быть преобразованы в промышленные продукты. Промышленное производство нано-TiO2 в Китае началось в 1997 году, более чем на 10 лет позже, чем в Японии.
Существуют две причины, ограничивающие качество и рыночную конкурентоспособность продукции нано-TiO2 в Китае:
① Исследования в области прикладных технологий отстают
Исследования в области прикладных технологий должны решить проблемы добавления процесса и оценки эффекта нано-TiO2 в композитную систему. Исследования в области применения нано-TiO2 во многих областях еще не полностью разработаны, а исследования в некоторых областях, таких как солнцезащитная косметика, все еще нуждаются в углублении. Из-за отставания в исследованиях в области прикладных технологий китайские продукты нано-TiO2 _ 2 не могут сформировать серийные бренды для удовлетворения особых требований различных областей.
② Технология обработки поверхности нано-TiO2 требует дальнейшего изучения.
Обработка поверхности включает неорганическую обработку поверхности и органическую обработку поверхности. Технология обработки поверхности состоит из формулы агента для обработки поверхности, технологии обработки поверхности и оборудования для обработки поверхности.
5. Заключительные замечания
Прозрачность, эффективность защиты от ультрафиолета, дисперсность и светостойкость нано-TiO2 в солнцезащитной косметике являются важными техническими показателями, позволяющими судить о его качестве, а процесс синтеза и метод обработки поверхности нано-TiO2 являются ключевыми для определения этих технических показателей.
Время публикации: 04-07-2022