Nanotechnologijos ir nanomedžiagos: Nanometro titano dioksidas apsaugos nuo saulės kosmetikoje

Nanotechnologijos ir nanomedžiagos: Nanometro titano dioksidas apsaugos nuo saulės kosmetikoje

Cituoti žodžius

Apie 5 % saulės skleidžiamų spindulių sudaro ultravioletiniai spinduliai, kurių bangos ilgis ≤400 nm. Saulės šviesos ultravioletinius spindulius galima suskirstyti į: ilgabangius ultravioletinius spindulius, kurių bangos ilgis yra 320 nm–400 nm, vadinamus A tipo ultravioletiniais spinduliais (UVA); vidutinės bangos ultravioletinius spindulius, kurių bangos ilgis yra nuo 290 nm iki 320 nm, vadinamus B tipo ultravioletiniais spinduliais (UVB), ir trumpabangius ultravioletinius spindulius, kurių bangos ilgis yra nuo 200 nm iki 290 nm, vadinamus C tipo ultravioletiniais spinduliais.

Dėl trumpo bangos ilgio ir didelės energijos ultravioletiniai spinduliai turi didelę destruktyvią galią, kuri gali pažeisti žmonių odą, sukelti uždegimą ar nudegimus saulėje ir rimtą odos vėžį. UVB yra pagrindinis veiksnys, sukeliantis odos uždegimą ir nudegimus saulėje.

1. Ultravioletinių spindulių ekranavimo nano TiO2 principu

TiO_2 yra N tipo puslaidininkis. Apsaugoje nuo saulės naudojamo nano-TiO_2 kristalinė forma paprastai yra rutilas, o jos draudžiamasis juostos plotis yra 3,0 eV. Kai TiO_2 apšvitina UV spinduliai, kurių bangos ilgis mažesnis nei 400 nm, valentinės juostos elektronai gali sugerti UV spindulius ir būti sužadinti iki laidumo juostos, tuo pačiu metu susidarant elektronų ir skylių poroms, todėl TiO_2 atlieka UV spindulių sugėrimo funkciją. Dėl mažo dalelių dydžio ir didelio frakcijų skaičiaus tai labai padidina ultravioletinių spindulių blokavimo ar perėmimo tikimybę.

2. Nano-TiO2 savybės apsaugos nuo saulės kosmetikoje

2.1

Didelis UV apsaugos efektyvumas

Apsauginių nuo saulės priemonių nuo ultravioletinių spindulių gebėjimą išreiškia apsaugos nuo saulės faktorius (SPF vertė), ir kuo didesnė SPF vertė, tuo geresnis apsaugos nuo saulės poveikis. Tai energijos, reikalingos mažiausiai aptinkamai eritemai sukelti ant odos, padengtos apsauginiais produktais nuo saulės, ir energijos, reikalingos tokio pat laipsnio eritemai sukelti ant odos, kurios nėra apsauginių produktų nuo saulės, santykis.

Kadangi nano-TiO2 sugeria ir išsklaido ultravioletinius spindulius, jis laikomas idealiausiu fiziniu apsaugos nuo saulės kremu tiek šalyje, tiek užsienyje. Apskritai nano-TiO2 gebėjimas apsaugoti nuo UVB spindulių yra 3–4 kartus didesnis nei nano-ZnO.

2.2

Tinkamas dalelių dydžio diapazonas

Nano-TiO2 ultravioletinių spindulių ekranavimo gebėjimas priklauso nuo jo sugerties ir sklaidos gebėjimo. Kuo mažesnis pradinis nano-TiO2 dalelių dydis, tuo stipresnis ultravioletinių spindulių sugerties gebėjimas. Pagal Rayleigh šviesos sklaidos dėsnį, yra optimalus pradinis dalelių dydis, užtikrinantis maksimalų nano-TiO2 sklaidos gebėjimą skirtingo bangos ilgio ultravioletiniuose spinduliuose. Eksperimentai taip pat rodo, kad kuo ilgesnis ultravioletinių spindulių bangos ilgis, nano-TiO2 ekranavimo gebėjimas labiau priklauso nuo jo sklaidos gebėjimo; kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo labiau jo ekranavimas priklauso nuo jo sugerties gebėjimo.

2.3

Puikus dispersiškumas ir skaidrumas

Pradinis nano-TiO2 dalelių dydis yra mažesnis nei 100 nm, daug mažesnis už matomos šviesos bangos ilgį. Teoriškai nano-TiO2 gali praleisti matomą šviesą, kai yra visiškai disperguotas, todėl yra skaidrus. Dėl nano-TiO2 skaidrumo, įlašintas į apsaugos nuo saulės kosmetiką, jis nepadengs odos. Todėl jis gali parodyti natūralų odos grožį. Skaidrumas yra vienas iš svarbių nano-TiO2 rodiklių apsaugos nuo saulės kosmetikoje. Iš tiesų, nano-TiO2 yra skaidrus, bet ne visiškai skaidrus apsaugos nuo saulės kosmetikoje, nes nano-TiO2 turi mažas daleles, didelį savitąjį paviršiaus plotą ir itin didelę paviršiaus energiją, todėl lengvai susidaro agregatai, o tai turi įtakos produktų dispersiškumui ir skaidrumui.

2.4

Geras atsparumas oro sąlygoms

Nano-TiO2, skirtas apsaugos nuo saulės kosmetikai, reikalauja tam tikro atsparumo oro sąlygoms (ypač šviesai). Kadangi nano-TiO2 dalelės yra mažos ir aktyvus, sugerdamas ultravioletinius spindulius, jis sukurs elektronų ir skylių poras, o kai kurios elektronų ir skylių poros migruos į paviršių, todėl ant nano-TiO2 paviršiaus adsorbuosis vandenyje esantis atominis deguonis ir hidroksilo radikalai, pasižymintys stipriu oksidaciniu gebėjimu. Dėl prieskonių irimo gali pakisti produktų spalva ir atsirasti kvapas. Todėl, siekiant slopinti nano-TiO2 fotocheminį aktyvumą, jis turi būti padengtas vienu ar keliais skaidriais izoliaciniais sluoksniais, tokiais kaip silicio dioksidas, aliuminio oksidas ir cirkonio dioksidas.

3. Nano-TiO2 tipai ir plėtros tendencijos

3.1

Nano-TiO2 milteliai

Nano-TiO2 produktai parduodami kietų miltelių pavidalu, kuriuos pagal nano-TiO2 paviršiaus savybes galima suskirstyti į hidrofilinius ir lipofilinius miltelius. Hidrofiliniai milteliai naudojami vandeninėje kosmetikoje, o lipofiliniai milteliai – aliejinėje kosmetikoje. Hidrofiliniai milteliai paprastai gaunami neorganiniu būdu apdorojant paviršių. Dauguma šių užsienio nano-TiO2 miltelių yra specialiai apdoroti paviršiumi, atsižvelgiant į jų taikymo sritį.

3.2

Odos spalvos nano TiO2

Kadangi nano-TiO2 dalelės yra smulkios ir lengvai išsklaido trumpesnio bangos ilgio mėlyną šviesą matomoje šviesoje, įdėjus jas į apsaugos nuo saulės priemones, oda įgaus mėlyną atspalvį ir atrodys nesveika. Siekiant suderinti odos spalvą, ankstyvoje stadijoje į kosmetikos formules dažnai dedami raudoni pigmentai, tokie kaip geležies oksidas. Tačiau dėl nano-TiO2_2 ir geležies oksido tankio ir drėkinimo skirtumo dažnai pasitaiko plaukiojančių spalvų.

4. Nano-TiO2 gamybos padėtis Kinijoje

Kinijoje nedidelio masto nano-TiO2_2 tyrimai yra labai aktyvūs, o teorinių tyrimų lygis pasiekė pažangų pasaulinį lygį, tačiau taikomieji ir inžineriniai tyrimai yra gana atsilikę, ir daugelio tyrimų rezultatų negalima paversti pramoniniais produktais. Pramoninė nano-TiO2 gamyba Kinijoje prasidėjo 1997 m., daugiau nei 10 metų vėliau nei Japonijoje.

Yra dvi priežastys, ribojančios nano-TiO2 produktų kokybę ir konkurencingumą rinkoje Kinijoje:

① Taikomųjų technologijų tyrimai atsilieka

Taikomųjų technologijų tyrimai turi išspręsti nano-TiO2 pridėjimo proceso ir poveikio vertinimo kompozicinėje sistemoje problemas. Nano-TiO2 taikymo tyrimai daugelyje sričių dar nėra iki galo išvystyti, o kai kuriose srityse, pavyzdžiui, apsaugos nuo saulės kosmetikoje, tyrimus vis dar reikia gilinti. Dėl taikomųjų technologijų tyrimų atsilikimo Kinijos nano-TiO2_2 produktai negali formuoti serijinių prekių ženklų, kad atitiktų specialius skirtingų sričių reikalavimus.

② Nano-TiO2 paviršiaus apdorojimo technologiją reikia toliau tirti

Paviršiaus apdorojimas apima neorganinį ir organinį paviršiaus apdorojimą. Paviršiaus apdorojimo technologiją sudaro paviršiaus apdorojimo medžiagos formulė, paviršiaus apdorojimo technologija ir paviršiaus apdorojimo įranga.

5. Baigiamosios pastabos

Nano-TiO2 skaidrumas, ultravioletinių spindulių ekranavimo savybės, dispersiškumas ir atsparumas šviesai apsaugos nuo saulės kosmetikoje yra svarbūs techniniai rodikliai, lemiantys jo kokybę, o sintezės procesas ir paviršiaus apdorojimo metodas yra pagrindiniai šių techninių rodiklių nustatymo veiksniai.