Nanotehnologija i nanomaterijali: Nanometarski titanijev dioksid u kozmetici za sunčanje

Nanotehnologija i nanomaterijali: Nanometarski titanijev dioksid u kozmetici za sunčanje

Citat riječi

Oko 5% zraka koje zrači sunce imaju ultraljubičaste zrake valne duljine ≤400 nm. Ultraljubičaste zrake u sunčevoj svjetlosti mogu se podijeliti na: dugovalne ultraljubičaste zrake valne duljine od 320 nm do 400 nm, nazvane ultraljubičaste zrake A-tipa (UVA); srednjevalne ultraljubičaste zrake valne duljine od 290 nm do 320 nm nazivaju se ultraljubičaste zrake B-tipa (UVB), a kratkovalne ultraljubičaste zrake valne duljine od 200 nm do 290 nm nazivaju se ultraljubičaste zrake C-tipa.

Zbog kratke valne duljine i visoke energije, ultraljubičaste zrake imaju veliku razornu moć, koja može oštetiti kožu, uzrokovati upalu ili opekline od sunca te ozbiljno uzrokovati rak kože. UVB zračenje je glavni faktor koji uzrokuje upalu kože i opekline od sunca.

1. princip zaštite ultraljubičastih zraka pomoću nano TiO2

TiO2 je poluvodič N-tipa. Kristalni oblik nano-TiO2 koji se koristi u kozmetici za zaštitu od sunca općenito je rutil, a širina zabranjenog pojasa mu je 3,0 eV. Kada UV zrake valne duljine manje od 400 nm ozrače TiO2, elektroni u valentnom pojasu mogu apsorbirati UV zrake i pobuditi se u vodljivi pojas, a istovremeno se stvaraju parovi elektron-šupljina, pa TiO2 ima funkciju apsorpcije UV zraka. S malom veličinom čestica i brojnim frakcijama, to uvelike povećava vjerojatnost blokiranja ili presretanja ultraljubičastih zraka.

2. Karakteristike nano-TiO2 u kozmetici za zaštitu od sunca

2.1

Visoka učinkovitost UV zaštite

Sposobnost zaštite od ultraljubičastog zračenja kozmetike za sunčanje izražava se faktorom zaštite od sunca (SPF vrijednost), a što je SPF vrijednost veća, to je bolji učinak kreme za sunčanje. To je omjer energije potrebne za stvaranje najnižeg uočljivog eritema na koži premazanoj proizvodima za sunčanje i energije potrebne za stvaranje eritema istog stupnja na koži bez proizvoda za sunčanje.

Budući da nano-TiO2 apsorbira i raspršuje ultraljubičaste zrake, smatra se najidealnijom fizičkom kremom za sunčanje u zemlji i inozemstvu. Općenito, sposobnost nano-TiO2 da zaštiti UVB zračenje je 3-4 puta veća od sposobnosti nano-ZnO.

2.2

Prikladan raspon veličine čestica

Sposobnost ultraljubičaste zaštite nano-TiO2 određena je njegovom sposobnošću apsorpcije i raspršenja. Što je manja izvorna veličina čestica nano-TiO2, to je jača sposobnost ultraljubičaste apsorpcije. Prema Rayleighovom zakonu raspršenja svjetlosti, postoji optimalna izvorna veličina čestica za maksimalnu sposobnost raspršenja nano-TiO2 na ultraljubičaste zrake različitih valnih duljina. Eksperimenti također pokazuju da što je valna duljina ultraljubičastih zraka duža, sposobnost zaštite nano-TiO2 više ovisi o njegovoj sposobnosti raspršenja; što je kraća valna duljina, to više njegova zaštita ovisi o njegovoj sposobnosti apsorpcije.

2.3

Izvrsna disperzibilnost i transparentnost

Izvorna veličina čestica nano-TiO2 je ispod 100 nm, daleko manje od valne duljine vidljive svjetlosti. Teoretski, nano-TiO2 može propuštati vidljivu svjetlost kada je potpuno dispergiran, pa je proziran. Zbog transparentnosti nano-TiO2, neće prekriti kožu kada se doda u kozmetiku za sunčanje. Stoga može pokazati prirodnu ljepotu kože. Prozirnost je jedan od važnih pokazatelja nano-TiO2 u kozmetici za sunčanje. Zapravo, nano-TiO2 je proziran, ali ne potpuno proziran u kozmetici za sunčanje, jer nano-TiO2 ima male čestice, veliku specifičnu površinu i izuzetno visoku površinsku energiju, te lako stvara agregate, što utječe na disperzibilnost i prozirnost proizvoda.

2.4

Dobra otpornost na vremenske uvjete

Nano-TiO2 za kozmetiku sa zaštitnim faktorom zahtijeva određenu otpornost na vremenske uvjete (posebno otpornost na svjetlost). Budući da nano-TiO2 ima male čestice i visoku aktivnost, nakon apsorpcije ultraljubičastih zraka generirat će elektron-šupljinske parove, a neki elektron-šupljinski parovi će migrirati na površinu, što rezultira atomskim kisikom i hidroksilnim radikalima u vodi adsorbiranim na površini nano-TiO2, koji ima jaku oksidacijsku sposobnost. To će uzrokovati promjenu boje proizvoda i mirisa zbog raspadanja začina. Stoga se na površinu nano-TiO2 mora nanijeti jedan ili više prozirnih izolacijskih slojeva, poput silicija, aluminijevog oksida i cirkonija, kako bi se inhibirala njegova fotokemijska aktivnost.

3. Vrste i trendovi razvoja nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2 prah

Nano-TiO2 proizvodi prodaju se u obliku čvrstog praha, koji se prema površinskim svojstvima nano-TiO2 može podijeliti na hidrofilni prah i lipofilni prah. Hidrofilni prah koristi se u kozmetici na bazi vode, dok se lipofilni prah koristi u kozmetici na bazi ulja. Hidrofilni prahovi se općenito dobivaju anorganskom površinskom obradom. Većina ovih stranih nano-TiO2 prahova prošla je posebnu površinsku obradu prema svojim područjima primjene.

3.2

Nano TiO2 u boji kože

Budući da su nano-TiO2 čestice fine i lako raspršuju plavo svjetlo s kraćom valnom duljinom u vidljivom svjetlu, kada se dodaju u kozmetiku za sunčanje, koža će pokazati plavi ton i izgledati nezdravo. Kako bi se uskladili s bojom kože, crveni pigmenti poput željeznog oksida često se dodaju kozmetičkim formulama u ranoj fazi. Međutim, zbog razlike u gustoći i vlaživosti između nano-TiO2_2 i željeznog oksida, često se javljaju plutajuće boje.

4. Status proizvodnje nano-TiO2 u Kini

Istraživanje nano-TiO2_2 u Kini je vrlo aktivno u malom opsegu, a teorijska razina istraživanja dosegla je svjetsku naprednu razinu, ali primijenjena istraživanja i inženjerska istraživanja relativno su zaostala i mnogi rezultati istraživanja ne mogu se pretvoriti u industrijske proizvode. Industrijska proizvodnja nano-TiO2 u Kini započela je 1997. godine, više od 10 godina kasnije nego u Japanu.

Dva su razloga koja ograničavaju kvalitetu i tržišnu konkurentnost nano-TiO2 proizvoda u Kini:

① Primijenjena tehnološka istraživanja zaostaju

Istraživanje primijenjene tehnologije treba riješiti probleme dodavanja procesa i evaluacije učinka nano-TiO2 u kompozitnim sustavima. Istraživanje primjene nano-TiO2 u mnogim područjima nije u potpunosti razvijeno, a istraživanje u nekim područjima, poput kozmetike za zaštitu od sunca, još uvijek treba produbiti. Zbog zaostajanja u istraživanju primijenjene tehnologije, kineski proizvodi od nano-TiO2_2 ne mogu formirati serijske robne marke kako bi zadovoljili posebne zahtjeve različitih područja.

② Tehnologija površinske obrade nano-TiO2 zahtijeva daljnja istraživanja

Površinska obrada uključuje anorgansku površinsku obradu i organsku površinsku obradu. Tehnologija površinske obrade sastoji se od formule sredstva za površinsku obradu, tehnologije površinske obrade i opreme za površinsku obradu.

5. Završne napomene

Transparentnost, svojstva ultraljubičaste zaštite, disperzibilnost i otpornost na svjetlost nano-TiO2 u kozmetici za zaštitu od sunca važni su tehnički pokazatelji za procjenu njegove kvalitete, a proces sinteze i metoda površinske obrade nano-TiO2 ključni su za određivanje tih tehničkih pokazatelja.