Нанотехнології та наноматеріали: нанометровий діоксид титану в сонцезахисній косметиці

Нанотехнології та наноматеріали: нанометровий діоксид титану в сонцезахисній косметиці

Цитати слів

Близько 5% променів, що випромінюються сонцем, складають ультрафіолетові промені з довжиною хвилі ≤400 нм. Ультрафіолетові промені сонячного світла можна розділити на: довгохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 320 нм ~ 400 нм, які називаються ультрафіолетовими променями типу А (UVA); середньохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 290 нм до 320 нм називаються ультрафіолетовими променями типу B (UVB), а короткохвильові ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 200 нм до 290 нм називаються ультрафіолетовими променями типу C.

Через свою коротку довжину хвилі та високу енергію, ультрафіолетові промені мають велику руйнівну силу, яка може пошкодити шкіру людей, викликати запалення або сонячні опіки, а також серйозно спричинити рак шкіри. UVB є основним фактором, що викликає запалення шкіри та сонячні опіки.

1. принцип екранування ультрафіолетових променів за допомогою наночастинок TiO2

TiO2 – це напівпровідник N-типу. Кристалічна форма нано-TiO2, що використовується в сонцезахисній косметиці, зазвичай є рутилом, а ширина його забороненої зони становить 3,0 еВ. Коли TiO2 опромінюється ультрафіолетовими променями з довжиною хвилі менше 400 нм, електрони валентної зони можуть поглинати ультрафіолетові промені та збуджуватися в зону провідності, одночасно утворюючи електрон-діркові пари, тому TiO2 має функцію поглинання ультрафіолетових променів. Завдяки малому розміру частинок та численним фракціям це значно збільшує ймовірність блокування або перехоплення ультрафіолетових променів.

2. Характеристики нано-TiO2 у сонцезахисній косметиці

2.1

Висока ефективність захисту від ультрафіолетового випромінювання

Здатність сонцезахисної косметики захищати від ультрафіолетового випромінювання виражається сонцезахисним фактором (значення SPF), і чим вище значення SPF, тим кращий сонцезахисний ефект. Це співвідношення енергії, необхідної для виникнення найнижчої помітної еритеми на шкірі, покритій сонцезахисними засобами, до енергії, необхідної для виникнення еритеми такого ж ступеня на шкірі без сонцезахисних засобів.

Оскільки нано-TiO2 поглинає та розсіює ультрафіолетові промені, його вважають найкращим фізичним сонцезахисним засобом як у країні, так і за кордоном. Загалом, здатність нано-TiO2 захищати від UVB-променів у 3-4 рази перевищує здатність нано-ZnO.

2.2

Відповідний діапазон розмірів частинок

Здатність нано-TiO2 до ультрафіолетового екранування визначається його поглинальною та розсіювальною здатністю. Чим менший початковий розмір частинок нано-TiO2, тим сильніша здатність до поглинання ультрафіолетового випромінювання. Згідно із законом розсіювання світла Релея, існує оптимальний початковий розмір частинок для максимальної розсіювальної здатності нано-TiO2 до ультрафіолетових променів різної довжини хвилі. Експерименти також показують, що чим довша довжина хвилі ультрафіолетових променів, тим більше екрануюча здатність нано-TiO2 залежить від його розсіювальної здатності; чим коротша довжина хвилі, тим більше його екранування залежить від його поглинальної здатності.

2.3

Відмінна диспергованість та прозорість

Початковий розмір частинок nano-TiO2 менше 100 нм, що значно менше за довжину хвилі видимого світла. Теоретично, nano-TiO2 може пропускати видиме світло, коли він повністю диспергований, тому він прозорий. Завдяки прозорості nano-TiO2 він не покриватиме шкіру при додаванні до сонцезахисної косметики. Таким чином, він може підкреслити природну красу шкіри. Прозорість є одним із важливих показників nano-TiO2 у сонцезахисній косметиці. Фактично, nano-TiO2 прозорий, але не повністю прозорий у сонцезахисній косметиці, оскільки nano-TiO2 має дрібні частинки, велику питому площу поверхні та надзвичайно високу поверхневу енергію, і він легко утворює агрегати, що впливає на диспергованість та прозорість продуктів.

2.4

Гарна стійкість до погодних умов

Нано-TiO2 для сонцезахисної косметики вимагає певної стійкості до атмосферних впливів (особливо світлостійкості). Оскільки нано-TiO2 має дрібні частинки та високу активність, після поглинання ультрафіолетових променів він генеруватиме електрон-діркові пари, і деякі електрон-діркові пари мігруватимуть на поверхню, в результаті чого атомарний кисень та гідроксильні радикали у воді адсорбуються на поверхні нано-TiO2, який має сильну окислювальну здатність. Це спричиняє зміну кольору продуктів та запаху через розкладання спецій. Тому на поверхню нано-TiO2 необхідно нанести один або кілька прозорих ізоляційних шарів, таких як діоксид кремнію, оксид алюмінію та цирконію, щоб пригнічувати його фотохімічну активність.

3. Типи та тенденції розвитку нано-TiO2

3.1

Порошок нано-TiO2

Продукти нано-TiO2 продаються у формі твердого порошку, який можна розділити на гідрофільний порошок та ліпофільний порошок залежно від властивостей поверхні нано-TiO2. Гідрофільний порошок використовується у косметиці на водній основі, тоді як ліпофільний порошок використовується у косметиці на масляній основі. Гідрофільні порошки зазвичай отримують шляхом неорганічної обробки поверхні. Більшість цих іноземних порошків нано-TiO2 пройшли спеціальну обробку поверхні відповідно до сфер їх застосування.

3.2

Колір шкіри нано TiO2

Оскільки частинки нано-TiO2 є дрібними та легко розсіюють синє світло з коротшою довжиною хвилі у видимому світлі, при додаванні до сонцезахисної косметики шкіра матиме синій відтінок та виглядатиме нездоровою. Щоб відповідати кольору шкіри, червоні пігменти, такі як оксид заліза, часто додають до косметичних формул на ранній стадії. Однак через різницю в щільності та змочуваності між нано-TiO2_2 та оксидом заліза часто виникають плаваючі кольори.

4. Стан виробництва нано-TiO2 у Китаї

Дрібномасштабні дослідження нано-TiO2 _ 2 у Китаї дуже активні, а теоретичний рівень досліджень досяг передового світового рівня, але прикладні дослідження та інженерні дослідження є відносно відсталими, і багато результатів досліджень не можуть бути перетворені на промислову продукцію. Промислове виробництво нано-TiO2 у Китаї розпочалося у 1997 році, більш ніж на 10 років пізніше, ніж у Японії.

Існує дві причини, які обмежують якість та конкурентоспроможність продукції з нано-TiO2 на ринку в Китаї:

① Дослідження прикладних технологій відстають

Дослідження прикладних технологій потребують вирішення проблем процесу додавання та оцінки ефекту нано-TiO2 у композитних системах. Дослідження застосування нано-TiO2 у багатьох галузях ще не повністю розроблені, а дослідження в деяких галузях, таких як сонцезахисна косметика, все ще потребують поглиблення. Через відставання досліджень прикладних технологій, китайські продукти нано-TiO2_2 не можуть формувати серійні бренди, щоб відповідати особливим вимогам різних галузей.

② Технологія обробки поверхні нано-TiO2 потребує подальшого вивчення

Обробка поверхні включає неорганічну та органічну обробку поверхні. Технологія обробки поверхні складається з формули агента для обробки поверхні, технології обробки поверхні та обладнання для обробки поверхні.

5. Заключні зауваження

Прозорість, захист від ультрафіолету, дисперсність та світлостійкість nano-TiO2 у сонцезахисній косметиці є важливими технічними показниками для оцінки його якості, а процес синтезу та метод обробки поверхні nano-TiO2 є ключовими для визначення цих технічних показників.