Нанотехнологии и наноматериалы: нанометровый диоксид титана в солнцезащитной косметике
Цитировать слова
Около 5% лучей, излучаемых Солнцем, составляют ультрафиолетовые лучи с длиной волны ≤400 нм.Ультрафиолетовые лучи солнечного света можно разделить на: длинноволновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны 320–400 нм, называемые ультрафиолетовыми лучами А-типа (UVA);Средневолновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 290 до 320 нм называются ультрафиолетовыми лучами B-типа (UVB), а коротковолновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 200 до 290 нм называются ультрафиолетовыми лучами C-типа.
Из-за короткой длины волны и высокой энергии ультрафиолетовые лучи обладают огромной разрушительной силой, которая может повредить кожу человека, вызвать воспаление или солнечный ожог, а также вызвать серьезный рак кожи.UVB является основным фактором, вызывающим воспаление кожи и солнечные ожоги.
1. принцип экранирования ультрафиолетовых лучей нано TiO2
TiO_2 представляет собой полупроводник 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 валентной зоны могут поглощать УФ-лучи и возбуждаться зона проводимости и электронно-дырочные пары генерируются одновременно, поэтому TiO_2 имеет функцию поглощения УФ-лучей.Благодаря небольшому размеру частиц и многочисленным фракциям, это значительно увеличивает вероятность блокировки или перехвата ультрафиолетовых лучей.
2. Характеристики нано-TiO2 в солнцезащитной косметике
2.1
Высокая эффективность защиты от ультрафиолета
Способность солнцезащитной косметики защищать от ультрафиолета выражается фактором защиты от солнца (значением SPF), и чем выше значение SPF, тем лучше солнцезащитный эффект.Отношение энергии, необходимой для возникновения наименьшей обнаруживаемой эритемы на коже, покрытой солнцезащитными средствами, к энергии, необходимой для возникновения эритемы той же степени на коже 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 защищать от ультрафиолета в 3-4 раза выше, чем у нано-ZnO.
2.2
Подходящий диапазон размеров частиц
Способность нано-TiO2 защищать от ультрафиолета определяется его поглощающей и рассеивающей способностью.Чем меньше исходный размер частиц нано-TiO2, тем сильнее способность поглощать ультрафиолет.Согласно закону рассеяния света Рэлея, существует оптимальный исходный размер частиц для максимальной рассеивающей способности нано-TiO2 ультрафиолетовых лучей с различными длинами волн.Эксперименты также показывают, что чем длиннее длина волны ультрафиолетовых лучей, экранирующая способность нано-TiO 2 больше зависит от его рассеивающей способности;Чем короче длина волны, тем больше ее экранирование зависит от ее 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 передавать видимый свет, когда он полностью рассеян, поэтому он прозрачен.Благодаря прозрачности нано-TiO2 он не покрывает кожу при добавлении в солнцезащитную косметику.Таким образом, 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, поскольку нано-TiO 2 имеет мелкие частицы, большую удельную поверхность и чрезвычайно высокую поверхностную энергию, и он легко образует агрегаты, что влияет на диспергируемость и прозрачность продукты.
2.4
Хорошая устойчивость к атмосферным воздействиям
Nano-TiO 2 для солнцезащитной косметики требует определенной устойчивости к погодным условиям (особенно к свету).Поскольку нано-TiO2 имеет мелкие частицы и высокую активность, он будет генерировать электронно-дырочные пары после поглощения ультрафиолетовых лучей, а некоторые электронно-дырочные пары будут мигрировать на поверхность, в результате чего атомарный кислород и гидроксильные радикалы в воде адсорбируются на поверхности. нано-TiO2, обладающий сильной окислительной способностью. Он вызывает изменение цвета продуктов и появление запаха из-за разложения специй.Поэтому на поверхность нано-TiO2 необходимо нанести один или несколько прозрачных изолирующих слоев, таких как кремнезем, оксид алюминия и цирконий, чтобы ингибировать его фотохимическую активность.
3. Виды и тенденции развития нано-TiO2.
3.1
Нано-TiO2 порошок
Продукты нано-TiO2 продаются в виде твердого порошка, который можно разделить на гидрофильный порошок и липофильный порошок в зависимости от поверхностных свойств нано-TiO2.Гидрофильный порошок используется в косметике на водной основе, а липофильный порошок — в косметике на масляной основе.Гидрофильные порошки обычно получают путем неорганической обработки поверхности. Большинство зарубежных порошков нано-TiO2 прошли специальную обработку поверхности в соответствии с областями их 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 приобретет синий оттенок и будет выглядеть нездоровой.Чтобы соответствовать цвету кожи, на ранних стадиях в косметические формулы 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. Статус производства нано-TiO2 в Китае
Мелкомасштабные исследования нано-TiO2_2 в Китае очень активны, а уровень теоретических исследований достиг мирового уровня, но прикладные исследования и инженерные исследования относительно отстали, и многие результаты исследований не могут быть преобразованы в промышленную продукцию.Промышленное производство нано-TiO2 в Китае началось в 1997 году, более чем на 10 лет позже, чем в Японии.
Есть две причины, которые ограничивают качество и рыночную конкурентоспособность продукции нано-TiO2 в Китае:
① Исследования в области прикладных технологий отстают
Исследование прикладных технологий должно решить проблемы добавления процесса и оценки эффекта нано-TiO2 в композитную систему.Исследования по применению нано-TiO2 во многих областях еще не полностью развиты, а исследования в некоторых областях, таких как солнцезащитная косметика, все еще нуждаются в углублении. Из-за отставания в исследованиях прикладных технологий китайские продукты нано-TiO2 _ 2 не может создавать серийные бренды для удовлетворения особых требований в различных областях.
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 средства для обработки поверхности, технологии обработки поверхности и оборудования для обработки поверхности.
5. Заключительные замечания
Прозрачность, защита от ультрафиолета, диспергируемость и светостойкость нано-TiO2 в солнцезащитной косметике являются важными техническими показателями для оценки ее качества, а процесс синтеза и метод обработки поверхности нано-TiO2 являются ключевыми для определения этих технических показателей.
Время публикации: 04 июля 2022 г.