Nanoteknologi og nanomaterialer: Nanometer titandioxid i solcremekosmetik

Nanoteknologi og nanomaterialer: Nanometer titandioxid i solcremekosmetik

Citatord

Omkring 5% af de stråler, der udstråles af solen, har ultraviolette stråler med en bølgelængde ≤400 nm. Ultraviolette stråler i sollys kan opdeles i: langbølgede ultraviolette stråler med en bølgelængde på 320 nm~400 nm, kaldet A-type ultraviolette stråler (UVA); mellembølgede ultraviolette stråler med en bølgelængde på 290 nm til 320 nm kaldes B-type ultraviolette stråler (UVB), og kortbølgede ultraviolette stråler med en bølgelængde på 200 nm til 290 nm kaldes C-type ultraviolette stråler.

På grund af deres korte bølgelængde og høje energi har ultraviolette stråler stor destruktiv kraft, som kan skade menneskers hud, forårsage betændelse eller solskoldning og alvorligt fremkalde hudkræft. UVB er den primære faktor, der forårsager hudbetændelse og solskoldning.

1. Princippet om afskærmning af ultraviolette stråler med nano-TiO2

TiO_2 er en N-type halvleder. Krystalformen af ​​nano-TiO_2, der anvendes i solcremekosmetik, er generelt rutil, og dens forbudte båndbredde er 3,0 eV. Når UV-stråler med en bølgelængde mindre end 400 nm bestråler TiO_2, kan elektroner i valensbåndet absorbere UV-stråler og exciteres til ledningsbåndet, og elektron-hul-par genereres samtidig, så TiO_2 har funktionen at absorbere UV-stråler. Med lille partikelstørrelse og talrige fraktioner øger dette sandsynligheden for at blokere eller opfange ultraviolette stråler betydeligt.

2. Karakteristika for nano-TiO2 i solcremekosmetik

2.1

Høj UV-afskærmningseffektivitet

Solcremekosmetiks evne til at beskytte mod ultraviolette stråler udtrykkes ved solbeskyttelsesfaktoren (SPF-værdien), og jo højere SPF-værdien er, desto bedre er solcremeeffekten. Forholdet mellem den energi, der kræves for at producere den lavest detekterbare erytem på hud dækket med solcremeprodukter, og den energi, der kræves for at producere erytem af samme grad på hud uden solcremeprodukter.

Da nano-TiO2 absorberer og spreder ultraviolette stråler, betragtes det som den mest ideelle fysiske solcreme både i ind- og udland. Generelt er nano-TiO2's evne til at beskytte mod UVB 3-4 gange så stor som nano-ZnO.

2.2

Egnet partikelstørrelsesområde

Nano-TiO2's ultraviolette afskærmningsevne bestemmes af dens absorptionsevne og spredningsevne. Jo mindre nano-TiO2's oprindelige partikelstørrelse er, desto stærkere er den ultraviolette absorptionsevne. Ifølge Rayleighs lov om lysspredning er der en optimal oprindelig partikelstørrelse for nano-TiO2's maksimale spredningsevne over for ultraviolette stråler med forskellige bølgelængder. Eksperimenter viser også, at jo længere bølgelængden af ​​ultraviolette stråler er, desto mere afhænger nano-TiO2's afskærmningsevne af dens spredningsevne; jo kortere bølgelængden er, desto mere afhænger dens afskærmning af dens absorptionsevne.

2.3

Fremragende dispergerbarhed og gennemsigtighed

Den oprindelige partikelstørrelse af nano-TiO2 er under 100 nm, hvilket er langt mindre end bølgelængden af ​​synligt lys. Teoretisk set kan nano-TiO2 transmittere synligt lys, når det er fuldstændigt dispergeret, så det er transparent. På grund af nano-TiO2's transparens vil det ikke dække huden, når det tilsættes solcreme. Derfor kan det vise naturlig hudskønhed. Transparens er et af de vigtige indekser for nano-TiO2 i solcreme. Faktisk er nano-TiO2 transparent, men ikke fuldstændig transparent i solcreme, fordi nano-TiO2 har små partikler, et stort specifikt overfladeareal og ekstremt høj overfladeenergi, og det er let at danne aggregater, hvilket påvirker produkternes dispergerbarhed og transparens.

2.4

God vejrbestandighed

Nano-TiO2 til solcremekosmetik kræver en vis vejrbestandighed (især lysbestandighed). Da nano-TiO2 har små partikler og høj aktivitet, vil det generere elektronhulpar efter at have absorberet ultraviolette stråler, og nogle elektronhulpar vil migrere til overfladen, hvilket resulterer i atomart ilt og hydroxylradikaler i vandet, der absorberes på overfladen af ​​nano-TiO2, som har en stærk oxidationsevne. Det vil forårsage misfarvning af produkter og lugt på grund af nedbrydning af krydderier. Derfor skal et eller flere transparente isoleringslag, såsom silica, aluminiumoxid og zirkoniumoxid, belægges på overfladen af ​​nano-TiO2 for at hæmme dets fotokemiske aktivitet.

3. Typer og udviklingstendenser for nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2-pulver

Nano-TiO2-produkterne sælges i form af fast pulver, som kan opdeles i hydrofilt pulver og lipofilt pulver i henhold til overfladeegenskaberne af nano-TiO2. Hydrofilt pulver anvendes i vandbaseret kosmetik, mens lipofilt pulver anvendes i oliebaseret kosmetik. Hydrofile pulvere fremstilles generelt ved uorganisk overfladebehandling. De fleste af disse udenlandske nano-TiO2-pulvere har gennemgået en særlig overfladebehandling i henhold til deres anvendelsesområder.

3.2

Hudfarve nano TiO2

Fordi nano-TiO2-partikler er fine og let spreder blåt lys med kortere bølgelængde i synligt lys, vil huden, når de tilsættes solcremekosmetik, vise en blå tone og se usund ud. For at matche hudfarven tilsættes røde pigmenter såsom jernoxid ofte til kosmetiske formler i den tidlige fase. På grund af forskellen i densitet og befugtningsevne mellem nano-TiO2_2 og jernoxid forekommer der dog ofte flydende farver.

4. Produktionsstatus for nano-TiO2 i Kina

Småskalaforskning i nano-TiO2 _2 i Kina er meget aktiv, og det teoretiske forskningsniveau har nået et avanceret niveau på verdensplan, men den anvendte forskning og ingeniørforskning er relativt bagud, og mange forskningsresultater kan ikke omsættes til industriprodukter. Den industrielle produktion af nano-TiO2 i Kina begyndte i 1997, mere end 10 år senere end i Japan.

Der er to grunde, der begrænser kvaliteten og markedskonkurrenceevnen for nano-TiO2-produkter i Kina:

① Anvendt teknologiforskning halter bagefter

Forskningen i anvendelsesteknologi skal løse problemerne med at tilføje proces- og effektevaluering af nano-TiO2 i kompositsystemer. Forskningen i anvendelsen af ​​nano-TiO2 er på mange områder ikke fuldt udviklet, og forskningen på nogle områder, såsom solcremekosmetik, skal stadig uddybes. På grund af forsinkelsen i forskningen i anvendt teknologi kan Kinas nano-TiO2_2-produkter ikke danne seriemærker, der opfylder de særlige krav inden for forskellige områder.

② Overfladebehandlingsteknologien for nano-TiO2 kræver yderligere undersøgelse

Overfladebehandling omfatter uorganisk overfladebehandling og organisk overfladebehandling. Overfladebehandlingsteknologi består af formel for overfladebehandlingsmidler, overfladebehandlingsteknologi og overfladebehandlingsudstyr.

5. Afsluttende bemærkninger

Transparensen, den ultraviolette afskærmningsevne, dispergerbarheden og lysmodstanden af ​​nano-TiO2 i solcremekosmetik er vigtige tekniske indekser for at bedømme dens kvalitet, og synteseprocessen og overfladebehandlingsmetoden for nano-TiO2 er nøglen til at bestemme disse tekniske indekser.