Nanotehnologija i nanomaterijali: Nanometarski titanijum dioksid u kozmetici za zaštitu od sunca

Nanotehnologija i nanomaterijali: Nanometarski titanijum dioksid u kozmetici za zaštitu od sunca

Citat riječi

Oko 5% zraka koje sunce zrači imaju ultraljubičaste zrake talasne dužine ≤400 nm. Ultraljubičasti zraci u sunčevoj svjetlosti mogu se podijeliti na: dugotalasne ultraljubičaste zrake talasne dužine od 320 nm do 400 nm, nazvane ultraljubičasti zraci A-tipa (UVA); srednjetalasne ultraljubičaste zrake talasne dužine od 290 nm do 320 nm nazivaju se ultraljubičasti zraci B-tipa (UVB), a kratkotalasne ultraljubičaste zrake talasne dužine od 200 nm do 290 nm nazivaju se ultraljubičasti zraci C-tipa.

Zbog kratke talasne dužine i visoke energije, ultraljubičasti zraci imaju veliku razornu moć, koja može oštetiti kožu, izazvati upalu ili opekotine od sunca, te ozbiljno izazvati rak kože. UVB zračenje je glavni faktor koji uzrokuje upalu kože i opekotine od sunca.

1. princip zaštite ultraljubičastih zraka pomoću nano TiO2

TiO2 je poluprovodnik N-tipa. Kristalni oblik nano-TiO2 koji se koristi u kozmetici za zaštitu od sunca je uglavnom rutil, a širina njegove zabranjene zone je 3,0 eV. Kada UV zraci talasne dužine manje od 400 nm ozrače TiO2, elektroni u valentnoj zoni mogu apsorbovati UV zrake i biti pobuđeni u provodnu zonu, a istovremeno se generišu parovi elektron-šupljina, tako da TiO2 ima funkciju apsorpcije UV zraka. Zbog male veličine čestica i brojnih frakcija, ovo značajno povećava vjerovatnoću blokiranja ili presretanja ultraljubičastih zraka.

2. Karakteristike nano-TiO2 u kozmetici za zaštitu od sunca

2.1

Visoka efikasnost UV zaštite

Sposobnost kozmetike za sunčanje da zaštiti od ultraljubičastog zračenja izražava se faktorom zaštite od sunca (SPF vrijednost), i što je SPF vrijednost veća, to je bolji učinak kreme za sunčanje. To je odnos energije potrebne za stvaranje najnižeg uočljivog eritema na koži premazanoj proizvodima za sunčanje i energije potrebne za stvaranje eritema istog stepena na koži bez proizvoda za sunčanje.

Budući da nano-TiO2 apsorbira i raspršuje ultraljubičaste zrake, smatra se najidealnijom fizičkom kremom za sunčanje u zemlji i inostranstvu. Općenito, sposobnost nano-TiO2 da zaštiti od UVB zračenja je 3-4 puta veća od sposobnosti nano-ZnO.

2.2

Odgovarajući raspon veličine čestica

Sposobnost ultraljubičaste zaštite nano-TiO2 određena je njegovom sposobnošću apsorpcije i sposobnošću raspršenja. Što je manja originalna veličina čestica nano-TiO2, to je jača sposobnost ultraljubičaste apsorpcije. Prema Rayleighovom zakonu raspršenja svjetlosti, postoji optimalna originalna veličina čestica za maksimalnu sposobnost raspršenja nano-TiO2 na ultraljubičaste zrake različitih talasnih dužina. Eksperimenti također pokazuju da što je talasna dužina ultraljubičastih zraka duža, sposobnost zaštite nano-TiO2 više zavisi od njegove sposobnosti raspršenja; što je kraća talasna dužina, to više njegova zaštita zavisi od njegove sposobnosti apsorpcije.

2.3

Odlična disperzibilnost i transparentnost

Originalna veličina čestica nano-TiO2 je ispod 100 nm, što je daleko manje od talasne dužine vidljive svjetlosti. Teoretski, nano-TiO2 može propuštati vidljivu svjetlost kada je potpuno dispergovan, tako da je proziran. Zbog transparentnosti nano-TiO2, neće prekriti kožu kada se doda u kozmetiku za sunčanje. Stoga može pokazati prirodnu ljepotu kože. Prozirnost je jedan od važnih pokazatelja nano-TiO2 u kozmetici za sunčanje. U stvari, nano-TiO2 je proziran, ali ne potpuno proziran u kozmetici za sunčanje, jer nano-TiO2 ima male čestice, veliku specifičnu površinu i izuzetno visoku površinsku energiju, te lako formira agregate, što utiče na disperzibilnost i prozirnost proizvoda.

2.4

Dobra otpornost na vremenske uvjete

Nano-TiO2 za kozmetiku sa zaštitnim faktorom zahtijeva određenu otpornost na vremenske uvjete (posebno otpornost na svjetlost). Budući da nano-TiO2 ima male čestice i visoku aktivnost, nakon apsorpcije ultraljubičastih zraka generirat će elektron-šupljinske parove, a neki elektron-šupljinski parovi će migrirati na površinu, što rezultira atomskim kisikom i hidroksilnim radikalima u vodi adsorbiranim na površini nano-TiO2, koji ima jaku oksidacijsku sposobnost. To će uzrokovati promjenu boje proizvoda i mirisa zbog raspadanja začina. Stoga, jedan ili više prozirnih izolacijskih slojeva, poput silicija, aluminijevog oksida i cirkonija, moraju se premazati na površini nano-TiO2 kako bi se inhibirala njegova fotohemijska aktivnost.

3. Vrste i trendovi razvoja nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2 prah

Nano-TiO2 proizvodi se prodaju u obliku čvrstog praha, koji se može podijeliti na hidrofilni prah i lipofilni prah prema površinskim svojstvima nano-TiO2. Hidrofilni prah se koristi u kozmetici na bazi vode, dok se lipofilni prah koristi u kozmetici na bazi ulja. Hidrofilni prahovi se uglavnom dobijaju neorganskom površinskom obradom. Većina ovih stranih nano-TiO2 prahova je podvrgnuta posebnoj površinskoj obradi u skladu sa njihovim područjima primjene.

3.2

Nano TiO2 boja kože

Budući da su nano-TiO2 čestice fine i lako raspršuju plavu svjetlost s kraćom valnom dužinom u vidljivoj svjetlosti, kada se dodaju u kozmetiku za sunčanje, koža će pokazati plavi ton i izgledati nezdravo. Kako bi se uskladili s bojom kože, crveni pigmenti poput željeznog oksida često se dodaju kozmetičkim formulama u ranoj fazi. Međutim, zbog razlike u gustoći i kvašenju između nano-TiO2_2 i željeznog oksida, često se javljaju plutajuće boje.

4. Status proizvodnje nano-TiO2 u Kini

Istraživanje nano-TiO2_2 u Kini je vrlo aktivno u malom obimu, a teorijski nivo istraživanja je dostigao napredni svjetski nivo, ali primijenjena istraživanja i inženjerska istraživanja su relativno zaostala i mnogi rezultati istraživanja se ne mogu transformisati u industrijske proizvode. Industrijska proizvodnja nano-TiO2 u Kini je započela 1997. godine, više od 10 godina kasnije nego u Japanu.

Postoje dva razloga koja ograničavaju kvalitet i tržišnu konkurentnost nano-TiO2 proizvoda u Kini:

① Istraživanje primijenjene tehnologije zaostaje

Istraživanje primijenjene tehnologije treba riješiti probleme dodavanja procesa i evaluacije efekata nano-TiO2 u kompozitnim sistemima. Istraživanje primjene nano-TiO2 u mnogim oblastima nije u potpunosti razvijeno, a istraživanja u nekim oblastima, kao što je kozmetika za zaštitu od sunca, još uvijek treba produbiti. Zbog zaostajanja u istraživanju primijenjene tehnologije, kineski proizvodi od nano-TiO2_2 ne mogu formirati serijske brendove kako bi zadovoljili posebne zahtjeve različitih oblasti.

② Tehnologija površinske obrade nano-TiO2 zahtijeva daljnja istraživanja

Površinska obrada uključuje neorgansku površinsku obradu i organsku površinsku obradu. Tehnologija površinske obrade sastoji se od formule sredstva za površinsku obradu, tehnologije površinske obrade i opreme za površinsku obradu.

5. Završne napomene

Transparentnost, svojstva zaštite od ultraljubičastog zračenja, disperzibilnost i otpornost na svjetlost nano-TiO2 u kozmetici za zaštitu od sunca važni su tehnički pokazatelji za procjenu njegovog kvaliteta, a proces sinteze i metoda površinske obrade nano-TiO2 ključni su za određivanje ovih tehničkih pokazatelja.