Nanotecnologia i nanomaterials: diòxid de titani nanomètric en cosmètics de protecció solar

Nanotecnologia i nanomaterials: diòxid de titani nanomètric en cosmètics de protecció solar

Cita paraules

Aproximadament el 5% dels raigs irradiats pel sol tenen raigs ultraviolats amb una longitud d'ona ≤400 nm. Els raigs ultraviolats de la llum solar es poden dividir en: raigs ultraviolats d'ona llarga amb una longitud d'ona de 320 nm a 400 nm, anomenats raigs ultraviolats de tipus A (UVA); els raigs ultraviolats d'ona mitjana amb una longitud d'ona de 290 nm a 320 nm s'anomenen raigs ultraviolats de tipus B (UVB) i els raigs ultraviolats d'ona curta amb una longitud d'ona de 200 nm a 290 nm s'anomenen raigs ultraviolats de tipus C.

A causa de la seva curta longitud d'ona i alta energia, els raigs ultraviolats tenen un gran poder destructiu, que pot danyar la pell de les persones, causar inflamació o cremades solars i produir greument càncer de pell. Els UVB són el principal factor que causa la inflamació de la pell i les cremades solars.

1. el principi de blindatge dels raigs ultraviolats amb nano TiO2

El TiO₂ és un semiconductor de tipus N. La forma cristal·lina del nano-TiO₂ utilitzat en cosmètics de protecció solar és generalment rútil, i la seva amplada de banda prohibida és de 3,0 eV. Quan els raigs UV amb una longitud d'ona inferior a 400 nm irradien el TiO₂, els electrons de la banda de valència poden absorbir els raigs UV i ser excitats a la banda de conducció, i alhora es generen parells electró-forat, de manera que el TiO₂ té la funció d'absorbir els raigs UV. Amb una mida de partícula petita i nombroses fraccions, això augmenta considerablement la probabilitat de bloquejar o interceptar els raigs ultraviolats.

2. Característiques del nano-TiO2 en cosmètics de protecció solar

2.1

Alta eficiència de blindatge UV

La capacitat de protecció ultraviolada dels cosmètics de protecció solar s'expressa mitjançant el factor de protecció solar (valor SPF), i com més alt sigui el valor SPF, millor serà l'efecte protector solar. La relació entre l'energia necessària per produir l'eritema detectable més baix per a la pell recoberta amb productes de protecció solar i l'energia necessària per produir un eritema del mateix grau per a la pell sense productes de protecció solar.

Com que el nano-TiO2 absorbeix i dispersa els raigs ultraviolats, es considera el protector solar físic més ideal tant a casa com a l'estranger. En general, la capacitat del nano-TiO2 per protegir els UVB és de 3 a 4 vegades superior a la del nano-ZnO.

2.2

Rang de mida de partícula adequat

La capacitat de blindatge ultraviolat del nano-TiO2 està determinada per la seva capacitat d'absorció i la seva capacitat de dispersió. Com més petita sigui la mida original de les partícules del nano-TiO2, més forta serà la capacitat d'absorció ultraviolada. Segons la llei de dispersió de la llum de Rayleigh, hi ha una mida original òptima de partícula per a la màxima capacitat de dispersió del nano-TiO2 als raigs ultraviolats amb diferents longituds d'ona. Els experiments també mostren que com més gran sigui la longitud d'ona dels raigs ultraviolats, la capacitat de blindatge del nano-TiO2 depèn més de la seva capacitat de dispersió; com més curta sigui la longitud d'ona, més depèn el seu blindatge de la seva capacitat d'absorció.

2.3

Excel·lent dispersibilitat i transparència

La mida original de les partícules del nano-TiO2 és inferior a 100 nm, molt inferior a la longitud d'ona de la llum visible. Teòricament, el nano-TiO2 pot transmetre llum visible quan està completament dispers, de manera que és transparent. A causa de la transparència del nano-TiO2, no cobrirà la pell quan s'afegeix als cosmètics de protecció solar. Per tant, pot mostrar la bellesa natural de la pell. La transparència és un dels índexs importants del nano-TiO2 en els cosmètics de protecció solar. De fet, el nano-TiO2 és transparent però no completament transparent en els cosmètics de protecció solar, perquè el nano-TiO2 té partícules petites, una gran superfície específica i una energia superficial extremadament alta, i és fàcil formar agregats, cosa que afecta la dispersabilitat i la transparència dels productes.

2.4

Bona resistència a la intempèrie

El nano-TiO2 per a cosmètics de protecció solar requereix una certa resistència a la intempèrie (especialment resistència a la llum). Com que el nano-TiO2 té partícules petites i una alta activitat, generarà parells d'electrons-forats després d'absorbir els raigs ultraviolats, i alguns parells d'electrons-forats migraran a la superfície, donant lloc a oxigen atòmic i radicals hidroxil a l'aigua adsorbida a la superfície del nano-TiO2, que té una forta capacitat d'oxidació. Provocarà decoloració dels productes i olor a causa de la descomposició de les espècies. Per tant, cal recobrir una o més capes d'aïllament transparents, com ara sílice, alúmina i zircònia, a la superfície del nano-TiO2 per inhibir la seva activitat fotoquímica.

3. Tipus i tendències de desenvolupament del nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2 en pols

Els productes de nano-TiO2 es venen en forma de pols sòlida, que es pot dividir en pols hidròfila i pols lipòfila segons les propietats superficials del nano-TiO2. La pols hidròfila s'utilitza en cosmètics a base d'aigua, mentre que la pols lipòfila s'utilitza en cosmètics a base d'oli. Les pols hidròfiles s'obtenen generalment mitjançant tractament superficial inorgànic. La majoria d'aquestes pols de nano-TiO2 estrangeres han estat sotmeses a un tractament superficial especial segons els seus camps d'aplicació.

3.2

Color de pell nano TiO2

Com que les partícules de nano-TiO2 són fines i fàcils de dispersar la llum blava amb una longitud d'ona més curta en la llum visible, quan s'afegeixen als cosmètics de protecció solar, la pell mostrarà un to blau i un aspecte poc saludable. Per tal d'igualar el color de la pell, sovint s'afegeixen pigments vermells com l'òxid de ferro a les fórmules cosmètiques en la fase inicial. Tanmateix, a causa de la diferència de densitat i humectabilitat entre el nano-TiO2_2 i l'òxid de ferro, sovint es produeixen colors flotants.

4. Estat de la producció de nano-TiO2 a la Xina

La recerca a petita escala sobre nano-TiO2_2 a la Xina és molt activa, i el nivell de recerca teòrica ha assolit el nivell avançat mundial, però la recerca aplicada i la recerca en enginyeria són relativament endarrerides i molts resultats de recerca no es poden transformar en productes industrials. La producció industrial de nano-TiO2 a la Xina va començar el 1997, més de 10 anys més tard que al Japó.

Hi ha dues raons que restringeixen la qualitat i la competitivitat de mercat dels productes de nano-TiO2 a la Xina:

① La recerca en tecnologia aplicada va enrere

La investigació en tecnologia d'aplicació ha de resoldre els problemes d'afegir processos i avaluar l'efecte del nano-TiO2 en sistemes compostos. La investigació en aplicacions del nano-TiO2 en molts camps no s'ha desenvolupat completament, i la investigació en alguns camps, com ara els cosmètics de protecció solar, encara necessita aprofundir. A causa del retard en la investigació en tecnologia aplicada, els productes xinesos de nano-TiO2_2 no poden formar marques en sèrie per satisfer els requisits especials dels diferents camps.

② Cal estudiar més a fons la tecnologia de tractament superficial del nano-TiO2

El tractament de superfícies inclou el tractament de superfícies inorgànic i el tractament de superfícies orgànic. La tecnologia de tractament de superfícies es compon d'una fórmula d'agent de tractament de superfícies, una tecnologia de tractament de superfícies i un equip de tractament de superfícies.

5. Observacions finals

La transparència, el rendiment de protecció ultraviolada, la dispersabilitat i la resistència a la llum del nano-TiO2 en els cosmètics de protecció solar són índexs tècnics importants per jutjar la seva qualitat, i el procés de síntesi i el mètode de tractament superficial del nano-TiO2 són la clau per determinar aquests índexs tècnics.