Nanotechnologie a nanomateriály: Nanometrový oxid titaničitý v kosmetice s opalovacími krémy

Nanotechnologie a nanomateriály: Nanometrový oxid titaničitý v kosmetice s opalovacími krémy

Citace slov

Přibližně 5 % paprsků vyzařovaných sluncem tvoří ultrafialové paprsky s vlnovou délkou ≤ 400 nm. Ultrafialové paprsky ve slunečním světle lze rozdělit na: dlouhovlnné ultrafialové paprsky s vlnovou délkou 320 nm až 400 nm, nazývané ultrafialové paprsky typu A (UVA); středněvlnné ultrafialové paprsky s vlnovou délkou 290 nm až 320 nm, nazývané ultrafialové paprsky typu B (UVB) a krátkovlnné ultrafialové paprsky s vlnovou délkou 200 nm až 290 nm, nazývané ultrafialové paprsky typu C.

Vzhledem ke své krátké vlnové délce a vysoké energii mají ultrafialové paprsky velkou ničivou sílu, která může poškodit pokožku, způsobit zánět nebo spálení sluncem a vážně vést k rakovině kůže. UVB záření je hlavním faktorem způsobujícím zánět kůže a spálení sluncem.

1. princip stínění ultrafialového záření pomocí nano TiO2

TiO2 je polovodič typu N. Krystalová forma nano-TiO2 používaná v kosmetice s opalovacími krémy je obecně rutil a šířka jeho zakázaného pásu je 3,0 eV. Když je TiO2 ozařován UV zářením s vlnovou délkou menší než 400 nm, elektrony ve valenčním pásu mohou absorbovat UV záření a být excitovány do vodivostního pásu, přičemž se současně generují elektron-děrové páry, takže TiO2 má funkci absorbovat UV záření. Díky malé velikosti částic a velkému počtu frakcí se výrazně zvyšuje pravděpodobnost blokování nebo zachycení ultrafialového záření.

2. Charakteristika nano-TiO2 v kosmetice s ochranným faktorem proti slunečnímu záření

2.1

Vysoká účinnost stínění UV zářením

Schopnost opalovacích kosmetických přípravků chránit před ultrafialovým zářením se vyjadřuje ochranným faktorem proti slunci (hodnota SPF) a čím vyšší je hodnota SPF, tím lepší je opalovací účinek. Jedná se o poměr energie potřebné k vyvolání nejnižšího detekovatelného erytému na pokožce potažené opalovacími přípravky k energii potřebné k vyvolání erytému stejného stupně na pokožce bez opalovacích přípravků.

Protože nano-TiO2 absorbuje a rozptyluje ultrafialové paprsky, je považován za nejideálnější fyzikální opalovací krém doma i v zahraničí. Obecně je schopnost nano-TiO2 chránit před UVB zářením 3–4krát větší než u nano-ZnO.

2.2

Vhodný rozsah velikosti částic

Schopnost nano-TiO2 chránit před ultrafialovým zářením je určena jeho absorpční a rozptylovou schopností. Čím menší je původní velikost částic nano-TiO2, tím silnější je schopnost absorpce ultrafialového záření. Podle Rayleighova zákona rozptylu světla existuje optimální původní velikost částic pro maximální rozptylovou schopnost nano-TiO2 vůči ultrafialovým paprskům s různými vlnovými délkami. Experimenty také ukazují, že čím delší je vlnová délka ultrafialových paprsků, tím více závisí schopnost chránit nano-TiO2 na jeho rozptylové schopnosti; čím kratší je vlnová délka, tím více závisí jeho stínění na jeho absorpční schopnosti.

2.3

Vynikající dispergovatelnost a transparentnost

Původní velikost částic nano-TiO2 je menší než 100 nm, což je mnohem méně než vlnová délka viditelného světla. Teoreticky může nano-TiO2 propouštět viditelné světlo, když je zcela dispergován, takže je průhledný. Díky průhlednosti nano-TiO2 nezakryje pokožku, když je přidán do opalovací kosmetiky. Proto může ukázat přirozenou krásu pleti. Průhlednost je jedním z důležitých ukazatelů nano-TiO2 v opalovací kosmetice. Nano-TiO2 je ve skutečnosti průhledný, ale ne v opalovací kosmetice zcela průhledný, protože nano-TiO2 má malé částice, velký specifický povrch a extrémně vysokou povrchovou energii a snadno tvoří agregáty, což ovlivňuje dispergovatelnost a průhlednost produktů.

2.4

Dobrá odolnost vůči povětrnostním vlivům

Nano-TiO2 pro kosmetiku s ochranným faktorem proti povětrnostním vlivům (zejména odolnost vůči světlu). Vzhledem k tomu, že nano-TiO2 má malé částice a vysokou aktivitu, po absorpci ultrafialového záření generuje elektron-děrové páry a některé elektron-děrové páry migrují na povrch, což vede k adsorbování atomového kyslíku a hydroxylových radikálů ve vodě na povrchu nano-TiO2, který má silnou oxidační schopnost. To způsobí změnu barvy produktů a zápach v důsledku rozkladu koření. Proto musí být na povrch nano-TiO2 nanesena jedna nebo více průhledných izolačních vrstev, jako je oxid křemičitý, oxid hlinitý a oxid zirkoničitý, aby se inhibovala jeho fotochemická aktivita.

3. Typy a vývojové trendy nano-TiO2

3.1

Prášek nano-TiO2

Produkty s nano-TiO2 se prodávají ve formě pevného prášku, který lze podle povrchových vlastností nano-TiO2 rozdělit na hydrofilní a lipofilní. Hydrofilní prášek se používá v kosmetice na vodní bázi, zatímco lipofilní prášek se používá v kosmetice na olejové bázi. Hydrofilní prášky se obvykle získávají anorganickou povrchovou úpravou. Většina těchto zahraničních prášků s nano-TiO2 prošla speciální povrchovou úpravou v závislosti na jejich oblasti použití.

3.2

Nano TiO2 v barvě pleti

Protože částice nano-TiO2 jsou jemné a snadno rozptylují modré světlo s kratší vlnovou délkou ve viditelném světle, po přidání do kosmetiky s ochranným faktorem bude mít pokožka modrý odstín a nezdravý vzhled. Aby se sladila s barvou pleti, do kosmetických přípravků se v rané fázi často přidávají červené pigmenty, jako je oxid železa. Vzhledem k rozdílu v hustotě a smáčivosti mezi nano-TiO2_2 a oxidem železa se však často vyskytují plovoucí barvy.

4. Stav výroby nano-TiO2 v Číně

Výzkum nano-TiO2_2 v Číně je v malém měřítku velmi aktivní a teoretická úroveň výzkumu dosáhla světové pokročilosti, ale aplikovaný výzkum a inženýrský výzkum jsou relativně zaostalé a mnoho výsledků výzkumu nelze převést do průmyslových produktů. Průmyslová výroba nano-TiO2 v Číně začala v roce 1997, o více než 10 let později než v Japonsku.

Existují dva důvody, které omezují kvalitu a konkurenceschopnost produktů z nano-TiO2 na trhu v Číně:

① Výzkum aplikovaných technologií zaostává

Výzkum aplikačních technologií musí vyřešit problémy s přidáváním procesů a hodnocením účinků nano-TiO2 v kompozitních systémech. Výzkum aplikací nano-TiO2 v mnoha oblastech nebyl plně rozvinut a výzkum v některých oblastech, jako je kosmetika s ochranným krémem proti slunci, je stále třeba prohloubit. Vzhledem k zaostávajícímu výzkumu aplikovaných technologií nemohou čínské produkty s nano-TiO2_2 vytvářet sériové značky, které by splňovaly specifické požadavky různých oborů.

② Technologie povrchové úpravy nano-TiO2 vyžaduje další studium

Povrchová úprava zahrnuje anorganickou povrchovou úpravu a organickou povrchovou úpravu. Technologie povrchové úpravy se skládá z receptury činidla pro povrchovou úpravu, technologie povrchové úpravy a zařízení pro povrchovou úpravu.

5. Závěrečné poznámky

Transparentnost, odolnost proti ultrafialovému záření, dispergovatelnost a odolnost nano-TiO2 vůči světlu v kosmetice s ochranným faktorem proti slunci jsou důležitými technickými ukazateli pro posouzení jeho kvality a proces syntézy a metoda povrchové úpravy nano-TiO2 jsou klíčem k určení těchto technických ukazatelů.