Nanotehnologie și nanomateriale: dioxid de titan nanometric în produsele cosmetice cu protecție solară
Cuvinte citate
Aproximativ 5% din razele radiate de soare sunt raze ultraviolete cu o lungime de undă ≤400 nm. Razele ultraviolete din lumina soarelui pot fi împărțite în: raze ultraviolete cu undă lungă, cu o lungime de undă de 320 nm ~ 400 nm, numite raze ultraviolete de tip A (UVA); razele ultraviolete cu undă medie, cu o lungime de undă de 290 nm până la 320 nm, se numesc raze ultraviolete de tip B (UVB), iar razele ultraviolete cu undă scurtă, cu o lungime de undă de 200 nm până la 290 nm, se numesc raze ultraviolete de tip C.
Datorită lungimii de undă scurte și energiei ridicate, razele ultraviolete au o mare putere distructivă, putând deteriora pielea oamenilor, provoca inflamații sau arsuri solare și producând grav cancer de piele. UVB este principalul factor care cauzează inflamația pielii și arsurile solare.
1. principiul ecranării razelor ultraviolete cu nano-TiO2
TiO₂ este un semiconductor de tip N. Forma cristalină a nano-TiO₂ utilizată în produsele cosmetice de protecție solară este în general rutilă, iar lățimea sa de bandă interzisă este de 3,0 eV. Când razele UV cu o lungime de undă mai mică de 400 nm iradiază TiO₂, electronii din banda de valență pot absorbi razele UV și pot fi excitați în banda de conducție, generând simultan perechi electron-gol, astfel încât TiO₂ are funcția de a absorbi razele UV. Datorită dimensiunii mici a particulelor și numeroaselor fracții, acest lucru crește considerabil probabilitatea de blocare sau interceptare a razelor ultraviolete.
2. Caracteristicile nano-TiO2 în produsele cosmetice cu protecție solară
2.1
Eficiență ridicată de protecție UV
Capacitatea de ecranare ultravioletă a produselor cosmetice cu protecție solară este exprimată prin factorul de protecție solară (valoarea SPF), iar cu cât valoarea SPF este mai mare, cu atât efectul de protecție solară este mai bun. Raportul dintre energia necesară pentru a produce cel mai mic eritem detectabil pentru pielea acoperită cu produse de protecție solară și energia necesară pentru a produce un eritem de același grad pentru pielea fără produse de protecție solară.
Deoarece nano-TiO2 absoarbe și dispersează razele ultraviolete, este considerat cea mai ideală cremă de protecție solară fizică atât în țară, cât și în străinătate. În general, capacitatea nano-TiO2 de a proteja UVB este de 3-4 ori mai mare decât cea a nano-ZnO.
2.2
Interval de dimensiuni adecvate ale particulelor
Capacitatea de ecranare ultravioletă a nano-TiO2 este determinată de capacitatea sa de absorbție și de împrăștiere. Cu cât dimensiunea inițială a particulelor de nano-TiO2 este mai mică, cu atât capacitatea de absorbție ultravioletă este mai puternică. Conform legii lui Rayleigh privind împrăștierea luminii, există o dimensiune inițială optimă a particulelor pentru capacitatea maximă de împrăștiere a nano-TiO2 la razele ultraviolete cu diferite lungimi de undă. Experimentele arată, de asemenea, că, cu cât lungimea de undă a razelor ultraviolete este mai mare, capacitatea de ecranare a nano-TiO2 depinde mai mult de capacitatea sa de împrăștiere; cu cât lungimea de undă este mai scurtă, cu atât ecranarea sa depinde mai mult de capacitatea sa de absorbție.
2.3
Dispersabilitate și transparență excelente
Dimensiunea originală a particulelor de nano-TiO2 este sub 100 nm, mult mai mică decât lungimea de undă a luminii vizibile. Teoretic, nano-TiO2 poate transmite lumina vizibilă atunci când este complet dispersat, deci este transparent. Datorită transparenței nano-TiO2, acesta nu va acoperi pielea atunci când este adăugat în produsele cosmetice de protecție solară. Prin urmare, poate arăta frumusețea naturală a pielii. Transparența este unul dintre indicii importanți ai nano-TiO2 în produsele cosmetice de protecție solară. De fapt, nano-TiO2 este transparent, dar nu complet transparent în produsele cosmetice de protecție solară, deoarece nano-TiO2 are particule mici, o suprafață specifică mare și o energie de suprafață extrem de mare și este ușor de format agregate, afectând astfel dispersabilitatea și transparența produselor.
2.4
Rezistență bună la intemperii
Nano-TiO2 utilizat pentru produsele cosmetice de protecție solară necesită o anumită rezistență la intemperii (în special rezistență la lumină). Deoarece nano-TiO2 are particule mici și activitate ridicată, va genera perechi electron-gaură după absorbția razelor ultraviolete, iar unele perechi electron-gaură vor migra la suprafață, rezultând oxigen atomic și radicali hidroxil în apa adsorbită pe suprafața nano-TiO2, care are o capacitate puternică de oxidare. Aceasta va provoca decolorarea produselor și mirosuri neplăcute din cauza descompunerii condimentelor. Prin urmare, unul sau mai multe straturi izolatoare transparente, cum ar fi silice, alumină și zirconiu, trebuie acoperite pe suprafața nano-TiO2 pentru a inhiba activitatea sa fotochimică.
3. Tipuri și tendințe de dezvoltare ale nano-TiO2
3.1
Pulbere Nano-TiO2
Produsele nano-TiO2 sunt vândute sub formă de pulbere solidă, care poate fi împărțită în pulbere hidrofilă și pulbere lipofilă în funcție de proprietățile de suprafață ale nano-TiO2. Pulberea hidrofilă este utilizată în cosmeticele pe bază de apă, în timp ce pulberea lipofilă este utilizată în cosmeticele pe bază de ulei. Pulberile hidrofile sunt obținute în general prin tratament anorganic de suprafață. Majoritatea acestor pulberi străine de nano-TiO2 au fost supuse unui tratament special de suprafață în funcție de domeniile lor de aplicare.
3.2
Culoarea pielii nano TiO2
Deoarece particulele de nano-TiO2 sunt fine și împrăștie ușor lumina albastră cu lungime de undă mai scurtă în lumina vizibilă, atunci când sunt adăugate în produsele cosmetice cu protecție solară, pielea va prezenta o nuanță albastră și va arăta nesănătos. Pentru a se potrivi cu culoarea pielii, pigmenți roșii, cum ar fi oxidul de fier, sunt adesea adăugați în formulele cosmetice în stadiul incipient. Cu toate acestea, din cauza diferenței de densitate și umectabilitate dintre nano-TiO2_2 și oxidul de fier, apar adesea culori plutitoare.
4. Starea producției de nano-TiO2 în China
Cercetările la scară mică asupra nano-TiO2_2 din China sunt foarte active, iar nivelul cercetării teoretice a atins un nivel avansat la nivel mondial, însă cercetarea aplicată și cercetarea inginerească sunt relativ înapoiate, iar multe rezultate ale cercetărilor nu pot fi transformate în produse industriale. Producția industrială de nano-TiO2 în China a început în 1997, cu peste 10 ani mai târziu decât în Japonia.
Există două motive care restricționează calitatea și competitivitatea pe piață a produselor nano-TiO2 în China:
① Cercetarea în tehnologia aplicată este în urmă
Cercetarea tehnologiei de aplicare trebuie să rezolve problemele procesului de adăugare și evaluarea efectului nano-TiO2 în sistemele compozite. Cercetarea privind aplicațiile nano-TiO2 în multe domenii nu a fost încă pe deplin dezvoltată, iar cercetarea în unele domenii, cum ar fi produsele cosmetice cu protecție solară, trebuie încă aprofundată. Din cauza întârzierii cercetării tehnologiei aplicate, produsele nano-TiO2_2 din China nu pot forma mărci de serie pentru a satisface cerințele speciale ale diferitelor domenii.
② Tehnologia de tratare a suprafeței nano-TiO2 necesită studii suplimentare
Tratamentul suprafețelor include tratamentul anorganic al suprafețelor și tratamentul organic al suprafețelor. Tehnologia de tratare a suprafețelor este compusă din formula agentului de tratare a suprafețelor, tehnologia de tratare a suprafețelor și echipamentul de tratare a suprafețelor.
5. Observații finale
Transparența, performanța de ecranare ultravioletă, dispersabilitatea și rezistența la lumină a nano-TiO2 în produsele cosmetice de protecție solară sunt indici tehnici importanți pentru a evalua calitatea acestuia, iar procesul de sinteză și metoda de tratare a suprafeței nano-TiO2 sunt cheia pentru determinarea acestor indici tehnici.
Data publicării: 04 iulie 2022