Нанотехнологија и наноматеријали: Нанометарски титанијум диоксид у козметици за заштиту од сунца

Нанотехнологија и наноматеријали: Нанометарски титанијум диоксид у козметици за заштиту од сунца

Цитат речи

Око 5% зрака које зрачи сунце имају ултраљубичасте зраке таласне дужине ≤400 nm. Ултраљубичасти зраци у сунчевој светлости могу се поделити на: дуготаласне ултраљубичасте зраке таласне дужине од 320 nm до 400 nm, назване ултраљубичасти зраци А-типа (UVA); средњеталасне ултраљубичасте зраке таласне дужине од 290 nm до 320 nm називају се ултраљубичасти зраци Б-типа (UVB), а краткоталасне ултраљубичасте зраке таласне дужине од 200 nm до 290 nm називају се ултраљубичасти зраци Ц-типа.

Због своје кратке таласне дужине и високе енергије, ултраљубичасти зраци имају велику разорну моћ, која може оштетити кожу људи, изазвати упалу или опекотине од сунца, и озбиљно изазвати рак коже. УВБ зрачење је главни фактор који изазива упалу коже и опекотине од сунца.

1. принцип заштите ултраљубичастих зрака помоћу нано TiO2

TiO2 је полупроводник N-типа. Кристални облик нано-TiO2 који се користи у козметици за заштиту од сунца је генерално рутил, а ширина његове забрањене зоне је 3,0 eV. Када УВ зраци таласне дужине мање од 400 nm озраче TiO2, електрони у валентној зони могу апсорбовати УВ зраке и бити побуђени у проводну зону, а истовремено се генеришу електрон-шупљи парови, тако да TiO2 има функцију апсорбовања УВ зрака. Са малом величином честица и бројним фракцијама, ово значајно повећава вероватноћу блокирања или пресретања ултраљубичастих зрака.

2. Карактеристике нано-TiO2 у козметици за заштиту од сунца

2.1

Висока ефикасност УВ заштите

Способност козметике за заштиту од ултраљубичастог зрачења изражава се фактором заштите од сунца (SPF вредност), и што је SPF вредност већа, то је бољи ефекат креме за сунчање. Однос енергије потребне за стварање најнижег детектабилног еритема на кожи премазаној производима за сунчање и енергије потребне за стварање еритема истог степена на кожи без производа за заштиту од сунца.

Пошто нано-TiO2 апсорбује и расејава ултраљубичасте зраке, сматра се најидеалнијом физичком кремом за сунчање у земљи и иностранству. Генерално, способност нано-TiO2 да заштити од UVB зрачења је 3-4 пута већа од способности нано-ZnO.

2.2

Одговарајући распон величине честица

Способност ултраљубичасте заштите нано-TiO2 одређена је његовом способношћу апсорпције и способношћу расејања. Што је мања оригинална величина честица нано-TiO2, то је јача способност ултраљубичасте апсорпције. Према Рејлијевом закону расејања светлости, постоји оптимална оригинална величина честица за максималну способност расејања нано-TiO2 на ултраљубичасте зраке различитих таласних дужина. Експерименти такође показују да што је таласна дужина ултраљубичастих зрака већа, способност заштите нано-TiO2 више зависи од његове способности расејања; што је краћа таласна дужина, то више његова заштита зависи од његове способности апсорпције.

2.3

Одлична дисперзибилност и транспарентност

Оригинална величина честица нано-TiO2 је испод 100 nm, што је далеко мање од таласне дужине видљиве светлости. Теоретски, нано-TiO2 може да пропушта видљиву светлост када је потпуно диспергован, тако да је транспарентан. Због транспарентности нано-TiO2, он неће прекривати кожу када се дода у козметику за заштиту од сунца. Стога може показати природну лепоту коже. Транспарентност је један од важних показатеља нано-TiO2 у козметици за заштиту од сунца. У ствари, нано-TiO2 је транспарентан, али не потпуно транспарентан у козметици за заштиту од сунца, јер нано-TiO2 има мале честице, велику специфичну површину и изузетно високу површинску енергију, и лако се формирају агрегати, што утиче на дисперзибилност и транспарентност производа.

2.4

Добра отпорност на временске услове

Нано-TiO2 за козметику са кремом за сунчање захтева одређену отпорност на временске услове (посебно отпорност на светлост). Пошто нано-TiO2 има мале честице и високу активност, након апсорпције ултраљубичастих зрака генерисаће електрон-шупљичне парове, а неки електрон-шупљински парови ће мигрирати на површину, што резултира атомским кисеоником и хидроксилним радикалима у води адсорбованим на површини нано-TiO2, који има јаку оксидациону способност. То ће изазвати промену боје производа и мирис због разградње зачина. Стога, један или више провидних изолационих слојева, као што су силицијум диоксид, алуминијум оксид и цирконијум, морају бити премазани на површини нано-TiO2 како би се инхибирала његова фотохемијска активност.

3. Врсте и трендови развоја нано-TiO2

3.1

Нано-TiO2 прах

Производи од нано-TiO2 се продају у облику чврстог праха, који се може поделити на хидрофилни прах и липофилни прах према површинским својствима нано-TiO2. Хидрофилни прах се користи у козметици на бази воде, док се липофилни прах користи у козметици на бази уља. Хидрофилни прахови се генерално добијају неорганском површинском обрадом. Већина ових страних нано-TiO2 прахова је прошла посебан површински третман у складу са њиховим областима примене.

3.2

Нано TiO2 боја коже

Пошто су честице нано-TiO2 фине и лако расејавају плаву светлост са краћом таласном дужином у видљивој светлости, када се додају у козметику за заштиту од сунца, кожа ће показати плави тон и изгледати нездраво. Да би се ускладили са бојом коже, црвени пигменти попут гвожђе оксида се често додају козметичким формулама у раној фази. Међутим, због разлике у густини и влажности између нано-TiO2_2 и гвожђе оксида, често се јављају плутајуће боје.

4. Статус производње nano-TiO2 у Кини

Истраживања нано-TiO2 _ 2 у малом обиму у Кини су веома активна, а теоријски ниво истраживања је достигао светски напредни ниво, али су примењена истраживања и инжењерска истраживања релативно заостала и многи резултати истраживања не могу се трансформисати у индустријске производе. Индустријска производња нано-TiO2 у Кини је почела 1997. године, више од 10 година касније него у Јапану.

Постоје два разлога која ограничавају квалитет и тржишну конкурентност нано-TiO2 производа у Кини:

① Истраживање примењене технологије заостаје

Истраживање примене технологије треба да реши проблеме додавања процеса и процене ефеката нано-TiO2 у композитном систему. Истраживање примене нано-TiO2 у многим областима није у потпуности развијено, а истраживање у неким областима, као што је козметика за заштиту од сунца, још увек треба да се продуби. Због заостајања у истраживању примењене технологије, кинески производи од нано-TiO2_2 не могу да формирају серијске брендове како би задовољили посебне захтеве различитих области.

② Технологија површинске обраде нано-TiO2 захтева даља истраживања

Површинска обрада обухвата неорганску површинску обраду и органску површинску обраду. Технологија површинске обраде састоји се од формуле средства за површинску обраду, технологије површинске обраде и опреме за површинску обраду.

5. Завршне напомене

Транспарентност, перформансе ултраљубичасте заштите, дисперзибилност и отпорност на светлост нано-TiO2 у козметици за заштиту од сунца су важни технички индекси за процену његовог квалитета, а процес синтезе и метод површинске обраде нано-TiO2 су кључни за одређивање ових техничких индекса.