Nanotechnológia és nanoanyagok: Nanométeres titán-dioxid naptej kozmetikumokban

Nanotechnológia és nanoanyagok: Nanométeres titán-dioxid naptej kozmetikumokban

Idézet szavak

A Nap által kisugárzott sugarak körülbelül 5%-a ≤400 nm hullámhosszú ultraibolya sugarakból áll. A napfény ultraibolya sugarai a következőkre oszthatók: hosszú hullámú ultraibolya sugarak 320 nm ~ 400 nm hullámhosszon, az úgynevezett A-típusú ultraibolya sugarak; középhullámú ultraibolya sugarak 290 nm és 320 nm közötti hullámhosszon, a B-típusú ultraibolya sugarak (UVB), és rövid hullámú ultraibolya sugarak 200 nm és 290 nm közötti hullámhosszon, a C-típusú ultraibolya sugarak.

Rövid hullámhosszuk és nagy energiájuk miatt az ultraibolya sugarak nagy romboló erejűek, amelyek károsíthatják az emberek bőrét, gyulladást vagy leégést okozhatnak, és súlyos bőrrákot is okozhatnak. Az UVB a bőrgyulladás és a leégés fő okozója.

1. az ultraibolya sugarak nano-TiO2-vel történő árnyékolásának elve

A TiO_2 egy N-típusú félvezető. A fényvédő kozmetikumokban használt nano-TiO_2 kristályformája általában rutil, tiltott sávszélessége 3,0 eV. Amikor 400 nm-nél kisebb hullámhosszúságú UV-sugarak sugározzák be a TiO_2-t, a vegyértéksávban lévő elektronok elnyelhetik az UV-sugarakat, és gerjeszthetők a vezetési sávba, miközben elektron-lyuk párok keletkeznek, így a TiO_2 az UV-sugarak elnyelésének funkcióját látja el. Kis részecskemérete és számos frakciója nagymértékben növeli az ultraibolya sugarak blokkolásának vagy elfogásának valószínűségét.

2. A nano-TiO2 jellemzői a fényvédő kozmetikumokban

2.1

Magas UV-árnyékolási hatékonyság

A fényvédő kozmetikumok ultraibolya sugárzás elleni védőképességét a napvédő faktor (SPF-érték) fejezi ki, és minél magasabb az SPF-érték, annál jobb a fényvédő hatása. A fényvédő termékekkel bevont bőrön a legkisebb kimutatható eritéma eléréséhez szükséges energia és a fényvédő termékek nélküli bőrön azonos mértékű eritéma eléréséhez szükséges energia aránya.

Mivel a nano-TiO2 elnyeli és szétszórja az ultraibolya sugarakat, a legideálisabb fizikai fényvédőnek tekintik itthon és külföldön egyaránt. Általánosságban elmondható, hogy a nano-TiO2 UVB-szűrő képessége 3-4-szerese a nano-ZnO-nak.

2.2

Megfelelő részecskeméret-tartomány

A nano-TiO2 ultraibolya árnyékoló képességét az abszorpciós és a szórási képessége határozza meg. Minél kisebb a nano-TiO2 eredeti részecskemérete, annál erősebb az ultraibolya abszorpciós képessége. Rayleigh fényszórási törvénye szerint létezik egy optimális eredeti részecskeméret a nano-TiO2 maximális szórási képességéhez különböző hullámhosszú ultraibolya sugarakkal szemben. A kísérletek azt is mutatják, hogy minél hosszabb az ultraibolya sugarak hullámhossza, a nano-TiO2 árnyékoló képessége jobban függ a szórási képességétől; minél rövidebb a hullámhossz, annál jobban függ az árnyékolása az abszorpciós képességétől.

2.3

Kiváló diszpergálhatóság és átlátszóság

A nano-TiO2 eredeti részecskemérete 100 nm alatt van, ami jóval kisebb, mint a látható fény hullámhossza. Elméletileg a nano-TiO2 teljesen diszpergálva átengedi a látható fényt, tehát átlátszó. A nano-TiO2 átlátszósága miatt nem fedi be a bőrt, ha fényvédő kozmetikumokhoz adják. Ezért képes megmutatni a bőr természetes szépségét. Az átlátszóság a nano-TiO2 egyik fontos mutatója a fényvédő kozmetikumokban. Valójában a nano-TiO2 átlátszó, de nem teljesen átlátszó a fényvédő kozmetikumokban, mivel a nano-TiO2 apró részecskékkel, nagy fajlagos felülettel és rendkívül magas felületi energiával rendelkezik, és könnyen aggregátumokat képez, ami befolyásolja a termékek diszpergálhatóságát és átlátszóságát.

2.4

Jó időjárásállóság

A fényvédő kozmetikumokban használt nano-TiO2 bizonyos időjárásállóságot (különösen fényállóságot) igényel. Mivel a nano-TiO2 kis részecskéi és nagy aktivitása miatt az ultraibolya sugarak elnyelése után elektron-lyuk párokat hoz létre, és néhány elektron-lyuk pár a felületre vándorol, ami atomos oxigént és hidroxilgyököket eredményez a nano-TiO2 felületén adszorbeált vízben, amely erős oxidációs képességgel rendelkezik. Ez a termékek elszíneződését és a fűszerek bomlása miatt szagokat okozhat. Ezért egy vagy több átlátszó szigetelőréteget, például szilícium-dioxidot, alumínium-oxidot és cirkónium-dioxidot kell bevonni a nano-TiO2 felületére a fotokémiai aktivitásának gátlása érdekében.

3. A nano-TiO2 típusai és fejlesztési trendjei

3.1

Nano-TiO2 por

A nano-TiO2 termékeket szilárd por formájában forgalmazzák, amelyek a nano-TiO2 felületi tulajdonságai alapján hidrofil porra és lipofil porra oszthatók. A hidrofil port vízbázisú kozmetikumokban, míg a lipofil port olajbázisú kozmetikumokban használják. A hidrofil porokat általában szervetlen felületkezeléssel állítják elő. Ezen külföldi nano-TiO2 porok többsége speciális felületkezelésen esett át az alkalmazási területüknek megfelelően.

3.2

Bőrszín nano TiO2

Mivel a nano-TiO2 részecskék finomak és könnyen szétszórják a rövidebb hullámhosszú kék fényt a látható fényben, fényvédő kozmetikumokhoz adva a bőr kékes árnyalatot mutathat és egészségtelennek tűnhet. A bőrszínhez való illeszkedés érdekében a kozmetikai készítményekhez gyakran adnak vörös pigmenteket, például vas-oxidot a korai stádiumban. A nano-TiO2_2 és a vas-oxid közötti sűrűség és nedvesíthetőség közötti különbség miatt azonban gyakran előfordulnak lebegő színek.

4. A nano-TiO2 termelési helyzete Kínában

Kínában a nano-TiO2_2 kisléptékű kutatása nagyon aktív, és az elméleti kutatási szint elérte a világ élvonalát, de az alkalmazott kutatás és a mérnöki kutatás viszonylag elmaradott, és sok kutatási eredmény nem alakítható át ipari termékké. A nano-TiO2 ipari termelése Kínában 1997-ben kezdődött, több mint 10 évvel később, mint Japánban.

Két ok korlátozza a nano-TiO2 termékek minőségét és piaci versenyképességét Kínában:

① Az alkalmazott technológiai kutatás lemaradt

Az alkalmazástechnológiai kutatásnak meg kell oldania a nano-TiO2 kompozit rendszerekben történő hozzáadásának folyamatával és hatásvizsgálatával kapcsolatos problémákat. A nano-TiO2 alkalmazáskutatása számos területen még nem teljesen kidolgozott, és egyes területeken, például a fényvédő kozmetikumokban, a kutatást még el kell mélyíteni. Az alkalmazott technológiai kutatás elmaradása miatt a kínai nano-TiO2_2 termékek nem tudnak sorozatgyártást végezni, hogy megfeleljenek a különböző területek speciális követelményeinek.

② A nano-TiO2 felületkezelési technológiája további vizsgálatokra szorul

A felületkezelés magában foglalja a szervetlen felületkezelést és a szerves felületkezelést. A felületkezelési technológia a felületkezelő szer formulájából, a felületkezelési technológiából és a felületkezelő berendezésekből áll.

5. Záró megjegyzések

A nano-TiO2 átlátszósága, ultraibolya sugárzás elleni védőképessége, diszpergálhatósága és fényállósága a fényvédő kozmetikumokban fontos műszaki mutatók a minőség megítéléséhez, és a nano-TiO2 szintézisfolyamata és felületkezelési módja kulcsfontosságú ezen műszaki mutatók meghatározásában.