Nanotechnológia a nanomateriály: Nanometrový oxid titaničitý v kozmetike s opaľovacími krémami

Nanotechnológia a nanomateriály: Nanometrový oxid titaničitý v kozmetike s opaľovacími krémami

Citátové slová

Približne 5 % lúčov vyžarovaných slnkom tvoria ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou ≤ 400 nm. Ultrafialové lúče v slnečnom svetle možno rozdeliť na: dlhovlnné ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou 320 nm až 400 nm, nazývané ultrafialové lúče typu A (UVA); strednovlnné ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou 290 nm až 320 nm, nazývané ultrafialové lúče typu B (UVB) a krátkovlnné ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou 200 nm až 290 nm, nazývané ultrafialové lúče typu C.

Vďaka svojej krátkej vlnovej dĺžke a vysokej energii majú ultrafialové lúče veľkú ničivú silu, ktorá môže poškodiť pokožku, spôsobiť zápal alebo spálenie od slnka a vážne viesť k rakovine kože. UVB žiarenie je hlavným faktorom spôsobujúcim zápal kože a spálenie od slnka.

1. princíp tienenia ultrafialových lúčov pomocou nano TiO2

TiO2 je polovodič typu N. Kryštálová forma nano-TiO2 používaná v kozmetike na ochranu pred slnkom je vo všeobecnosti rutil a šírka jeho zakázaného pásma je 3,0 eV. Keď UV žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 400 nm ožaruje TiO2, elektróny vo valenčnom pásme môžu absorbovať UV žiarenie a byť excitované do vodivostného pásma, pričom súčasne vznikajú elektrónovo-dierové páry, takže TiO2 má funkciu absorbovať UV žiarenie. Vďaka malej veľkosti častíc a početným frakciám sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť blokovania alebo zachytávania ultrafialových lúčov.

2. Charakteristika nano-TiO2 v kozmetike s ochranným faktorom proti slnečnému žiareniu

2.1

Vysoká účinnosť tienenia proti UV žiareniu

Schopnosť opaľovacích prípravkov chrániť pred ultrafialovým žiarením sa vyjadruje ochranným faktorom proti slnečnému žiareniu (hodnota SPF) a čím vyššia je hodnota SPF, tým lepší je opaľovací účinok. Ide o pomer energie potrebnej na vyvolanie najnižšieho detekovateľného erytému na pokožke pokrytej opaľovacími prípravkami k energii potrebnej na vyvolanie erytému rovnakého stupňa na pokožke bez opaľovacích prípravkov.

Keďže nano-TiO2 absorbuje a rozptyľuje ultrafialové lúče, považuje sa za najideálnejší fyzikálny opaľovací krém doma aj v zahraničí. Vo všeobecnosti je schopnosť nano-TiO2 chrániť pred UVB žiarením 3 až 4-krát väčšia ako schopnosť nano-ZnO.

2.2

Vhodný rozsah veľkosti častíc

Schopnosť nano-TiO2 chrániť pred ultrafialovým žiarením je určená jeho absorpčnou a rozptylovou schopnosťou. Čím menšia je pôvodná veľkosť častíc nano-TiO2, tým silnejšia je schopnosť absorbovať ultrafialové žiarenie. Podľa Rayleighovho zákona rozptylu svetla existuje optimálna pôvodná veľkosť častíc pre maximálnu rozptylovú schopnosť nano-TiO2 voči ultrafialovým lúčom s rôznymi vlnovými dĺžkami. Experimenty tiež ukazujú, že čím dlhšia je vlnová dĺžka ultrafialových lúčov, tým viac závisí tieniaca schopnosť nano-TiO2 od jeho rozptylovej schopnosti; čím kratšia je vlnová dĺžka, tým viac závisí tieniaca schopnosť od jeho absorpčnej schopnosti.

2.3

Vynikajúca dispergovateľnosť a transparentnosť

Pôvodná veľkosť častíc nano-TiO2 je menšia ako 100 nm, čo je oveľa menej ako vlnová dĺžka viditeľného svetla. Teoreticky môže nano-TiO2 prepúšťať viditeľné svetlo, keď je úplne dispergovaný, takže je priehľadný. Vďaka priehľadnosti nano-TiO2 nezakryje pokožku, keď sa pridá do opaľovacích prípravkov. Preto môže ukázať prirodzenú krásu pleti. Priehľadnosť je jedným z dôležitých ukazovateľov nano-TiO2 v opaľovacích prípravkoch. V skutočnosti je nano-TiO2 priehľadný, ale nie úplne priehľadný v opaľovacích prípravkoch, pretože nano-TiO2 má malé častice, veľký špecifický povrch a extrémne vysokú povrchovú energiu a ľahko tvorí agregáty, čo ovplyvňuje dispergovateľnosť a priehľadnosť produktov.

2.4

Dobrá odolnosť voči poveternostným vplyvom

Nano-TiO2 používaný v kozmetike na ochranu pred slnkom vyžaduje určitú odolnosť voči poveternostným vplyvom (najmä odolnosť voči svetlu). Pretože nano-TiO2 má malé častice a vysokú aktivitu, po absorpcii ultrafialového žiarenia vytvára elektrónovo-dierové páry a niektoré elektrónovo-dierové páry migrujú na povrch, čo vedie k adsorbovaniu atómového kyslíka a hydroxylových radikálov vo vode na povrchu nano-TiO2, ktorý má silnú oxidačnú schopnosť. V dôsledku rozkladu korenia spôsobuje zmenu farby produktov a zápach. Preto musí byť na povrch nano-TiO2 nanesená jedna alebo viacero priehľadných izolačných vrstiev, ako je oxid kremičitý, oxid hlinitý a oxid zirkoničitý, aby sa zabránilo jeho fotochemickej aktivite.

3. Typy a vývojové trendy nano-TiO2

3.1

Prášok nano-TiO2

Produkty nano-TiO2 sa predávajú vo forme pevného prášku, ktorý sa podľa povrchových vlastností nano-TiO2 delí na hydrofilný prášok a lipofilný prášok. Hydrofilný prášok sa používa v kozmetike na vodnej báze, zatiaľ čo lipofilný prášok sa používa v kozmetike na olejovej báze. Hydrofilné prášky sa zvyčajne získavajú anorganickou povrchovou úpravou. Väčšina týchto zahraničných práškov nano-TiO2 prešla špeciálnou povrchovou úpravou podľa oblasti ich použitia.

3.2

Nano TiO2 farba pokožky

Keďže častice nano-TiO2 sú jemné a ľahko rozptyľujú modré svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou vo viditeľnom svetle, po pridaní do kozmetiky na opaľovanie bude mať pokožka modrý odtieň a bude vyzerať nezdravo. Aby sa zladila farba pleti, do kozmetických zložení sa v počiatočnom štádiu často pridávajú červené pigmenty, ako napríklad oxid železa. Avšak kvôli rozdielu v hustote a zmáčavosti medzi nano-TiO2_2 a oxidom železa sa často vyskytujú plávajúce farby.

4. Stav výroby nano-TiO2 v Číne

Výskum nano-TiO2 _ 2 v malom rozsahu je v Číne veľmi aktívny a teoretický výskum dosiahol svetovú pokročilú úroveň, ale aplikovaný výskum a inžiniersky výskum sú relatívne zaostalí a mnohé výsledky výskumu sa nedajú premeniť na priemyselné produkty. Priemyselná výroba nano-TiO2 v Číne sa začala v roku 1997, o viac ako 10 rokov neskôr ako v Japonsku.

Kvalitu a konkurencieschopnosť produktov z nano-TiO2 v Číne obmedzujú dva dôvody:

① Výskum aplikovaných technológií zaostáva

Výskum aplikačných technológií musí vyriešiť problémy s pridávaním procesu a hodnotením účinkov nano-TiO2 v kompozitných systémoch. Výskum aplikácií nano-TiO2 v mnohých oblastiach ešte nebol úplne rozvinutý a výskum v niektorých oblastiach, ako napríklad v kozmetike na ochranu pred slnkom, si stále vyžaduje prehĺbenie. Vzhľadom na oneskorenie výskumu aplikovaných technológií nemôžu čínske produkty s nano-TiO2_2 vytvárať sériové značky, ktoré by spĺňali špeciálne požiadavky rôznych oblastí.

② Technológia povrchovej úpravy nano-TiO2 si vyžaduje ďalšie štúdium

Povrchová úprava zahŕňa anorganickú povrchovú úpravu a organickú povrchovú úpravu. Technológia povrchovej úpravy pozostáva z receptúry činidla na povrchovú úpravu, technológie povrchovej úpravy a zariadenia na povrchovú úpravu.

5. Záverečné poznámky

Transparentnosť, odolnosť voči ultrafialovému žiareniu, dispergovateľnosť a odolnosť nano-TiO2 voči svetlu v kozmetike na opaľovanie sú dôležitými technickými ukazovateľmi na posúdenie jeho kvality a proces syntézy a metóda povrchovej úpravy nano-TiO2 sú kľúčom k určeniu týchto technických ukazovateľov.