Nanoteknologi og nanomaterialer: Nanometer titandioksid i solkremkosmetikk

Nanoteknologi og nanomaterialer: Nanometer titandioksid i solkremkosmetikk

Sitatord

Omtrent 5 % av strålene som utstråles av solen har ultrafiolette stråler med en bølgelengde ≤400 nm. Ultrafiolette stråler i sollys kan deles inn i: langbølgede ultrafiolette stråler med en bølgelengde på 320 nm~400 nm, kalt A-type ultrafiolette stråler (UVA); mellombølgede ultrafiolette stråler med en bølgelengde på 290 nm til 320 nm kalles B-type ultrafiolette stråler (UVB), og kortbølgede ultrafiolette stråler med en bølgelengde på 200 nm til 290 nm kalles C-type ultrafiolette stråler.

På grunn av sin korte bølgelengde og høye energi har ultrafiolette stråler stor destruktiv kraft, som kan skade folks hud, forårsake betennelse eller solbrenthet, og alvorlig forårsake hudkreft. UVB er hovedfaktoren som forårsaker hudbetennelse og solbrenthet.

1. Prinsippet for å skjerme ultrafiolette stråler med nano-TiO2

TiO_2 er en N-type halvleder. Krystallformen til nano-TiO_2 som brukes i solkremer er vanligvis rutil, og den forbudte båndbredden er 3,0 eV. Når UV-stråler med bølgelengde mindre enn 400 nm bestråler TiO_2, kan elektroner i valensbåndet absorbere UV-stråler og eksiteres til ledningsbåndet, og elektron-hull-par genereres samtidig, slik at TiO_2 har funksjonen å absorbere UV-stråler. Med liten partikkelstørrelse og mange fraksjoner øker dette sannsynligheten for å blokkere eller avskjære ultrafiolette stråler betraktelig.

2. Kjennetegn ved nano-TiO2 i solkremkosmetikk

2.1

Høy UV-skjermingseffektivitet

Den ultrafiolette beskyttelsesevnen til solkremkosmetikk uttrykkes av solfaktoren (SPF-verdi), og jo høyere SPF-verdi, desto bedre solkremeffekt. Forholdet mellom energien som kreves for å produsere den lavest mulige påviselige erytem for hud dekket med solkremprodukter og energien som kreves for å produsere erytem av samme grad for hud uten solkremprodukter.

Ettersom nano-TiO2 absorberer og sprer ultrafiolette stråler, regnes det som den mest ideelle fysiske solkremen i inn- og utland. Generelt sett er nano-TiO2s evne til å skjerme mot UVB 3–4 ganger høyere enn nano-ZnOs.

2.2

Egnet partikkelstørrelsesområde

Nano-TiO2s ultrafiolette skjermingsevne bestemmes av dens absorpsjonsevne og spredningsevne. Jo mindre den opprinnelige partikkelstørrelsen til nano-TiO2 er, desto sterkere er den ultrafiolette absorpsjonsevnen. I følge Rayleighs lov om lysspredning finnes det en optimal opprinnelig partikkelstørrelse for maksimal spredningsevne til nano-TiO2 overfor ultrafiolette stråler med forskjellige bølgelengder. Eksperimenter viser også at jo lengre bølgelengden til ultrafiolette stråler er, desto mer avhenger skjermingsevnen til nano-TiO2 av dens spredningsevne; Jo kortere bølgelengden er, desto mer avhenger skjermingen av dens absorpsjonsevne.

2.3

Utmerket dispergerbarhet og gjennomsiktighet

Den opprinnelige partikkelstørrelsen til nano-TiO2 er under 100 nm, langt mindre enn bølgelengden til synlig lys. Teoretisk sett kan nano-TiO2 slippe gjennom synlig lys når det er fullstendig dispergert, så det er gjennomsiktig. På grunn av gjennomsiktigheten til nano-TiO2 vil det ikke dekke huden når det tilsettes solkremer. Derfor kan det vise naturlig hudskjønnhet. Gjennomsiktighet er en av de viktigste indeksene for nano-TiO2 i solkremer. Faktisk er nano-TiO2 gjennomsiktig, men ikke helt gjennomsiktig i solkremer, fordi nano-TiO2 har små partikler, stort spesifikt overflateareal og ekstremt høy overflateenergi, og det er lett å danne aggregater, noe som påvirker produktenes dispergerbarhet og gjennomsiktighet.

2.4

God værbestandighet

Nano-TiO2 for solkremkosmetikk krever en viss værbestandighet (spesielt lysbestandighet). Fordi nano-TiO2 har små partikler og høy aktivitet, vil det generere elektronhullpar etter å ha absorbert ultrafiolette stråler, og noen elektronhullpar vil migrere til overflaten, noe som resulterer i atomisk oksygen og hydroksylradikaler i vannet som absorberes på overflaten av nano-TiO2, som har sterk oksidasjonsevne. Det vil forårsake misfarging av produkter og lukt på grunn av nedbrytning av krydder. Derfor må ett eller flere gjennomsiktige isolasjonslag, som silika, alumina og zirkoniumoksid, belegges på overflaten av nano-TiO2 for å hemme dens fotokjemiske aktivitet.

3. Typer og utviklingstrender for nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2-pulver

Nano-TiO2-produktene selges i form av fast pulver, som kan deles inn i hydrofilt pulver og lipofilt pulver i henhold til overflateegenskapene til nano-TiO2. Hydrofilt pulver brukes i vannbasert kosmetikk, mens lipofilt pulver brukes i oljebasert kosmetikk. Hydrofile pulver oppnås vanligvis ved uorganisk overflatebehandling. De fleste av disse utenlandske nano-TiO2-pulverne har gjennomgått spesiell overflatebehandling i henhold til bruksområdene.

3.2

Hudfarge nano TiO2

Fordi nano-TiO2-partikler er fine og lett sprer blått lys med kortere bølgelengde i synlig lys, vil huden vise en blåtone og se usunn ut når de tilsettes solkremer. For å matche hudfargen tilsettes ofte røde pigmenter som jernoksid i kosmetiske formler i et tidlig stadium. På grunn av forskjellen i tetthet og fuktbarhet mellom nano-TiO2_2 og jernoksid, forekommer imidlertid ofte flytende farger.

4. Produksjonsstatus for nano-TiO2 i Kina

Småskalaforskning på nano-TiO2 _2 i Kina er svært aktiv, og det teoretiske forskningsnivået har nådd verdens avanserte nivå, men den anvendte forskningen og ingeniørforskningen er relativt tilbakestående, og mange forskningsresultater kan ikke omdannes til industriprodukter. Den industrielle produksjonen av nano-TiO2 i Kina startet i 1997, mer enn 10 år senere enn i Japan.

Det er to grunner som begrenser kvaliteten og markedskonkurranseevnen til nano-TiO2-produkter i Kina:

① Anvendt teknologiforskning henger etter

Forskningen på anvendelsesteknologi må løse problemene med å legge til prosess- og effektevaluering av nano-TiO2 i komposittsystemer. Forskningen på anvendelsen av nano-TiO2 er ikke fullt utviklet på mange felt, og forskningen på noen felt, som solkremkosmetikk, må fortsatt utdypes. På grunn av etterslepet i anvendt teknologiforskning kan ikke Kinas nano-TiO2_2-produkter danne seriemerker for å møte de spesielle kravene til ulike felt.

② Overflatebehandlingsteknologien til nano-TiO2 trenger videre studier

Overflatebehandling omfatter uorganisk overflatebehandling og organisk overflatebehandling. Overflatebehandlingsteknologi består av formelen for overflatebehandlingsmiddel, overflatebehandlingsteknologi og overflatebehandlingsutstyr.

5. Avsluttende bemerkninger

Gjennomsiktigheten, ultrafiolett skjermingsevne, dispergerbarhet og lysmotstanden til nano-TiO2 i solkremkosmetikk er viktige tekniske indekser for å bedømme kvaliteten, og synteseprosessen og overflatebehandlingsmetoden for nano-TiO2 er nøkkelen til å bestemme disse tekniske indeksene.