Nanotehnologija in nanomateriali: nanometrski titanov dioksid v kozmetiki za sončenje

Nanotehnologija in nanomateriali: nanometrski titanov dioksid v kozmetiki za sončenje

Citat besede

Približno 5 % žarkov, ki jih seva sonce, predstavljajo ultravijolični žarki z valovno dolžino ≤ 400 nm. Ultravijolični žarki v sončni svetlobi se lahko razdelijo na: dolgovalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino 320 nm do 400 nm, imenovane ultravijolični žarki tipa A (UVA); srednjevalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino od 290 nm do 320 nm, imenovane ultravijolični žarki tipa B (UVB), kratkovalovne ultravijolične žarke z valovno dolžino od 200 nm do 290 nm pa imenujemo ultravijolični žarki tipa C.

Zaradi kratke valovne dolžine in visoke energije imajo ultravijolični žarki veliko uničujočo moč, ki lahko poškoduje kožo, povzroči vnetje ali sončne opekline in resno kožnega raka. UVB je glavni dejavnik, ki povzroča vnetje kože in sončne opekline.

1. načelo zaščite ultravijoličnih žarkov z nano TiO2

TiO2 je polprevodnik tipa N. Kristalna oblika nano-TiO2, ki se uporablja v kozmetiki za sončenje, je običajno rutil, njegova prepovedana širina pasu pa je 3,0 eV. Ko UV-žarki z valovno dolžino manjšo od 400 nm obsevajo TiO2, lahko elektroni v valentnem pasu absorbirajo UV-žarke in se vzbudijo v prevodni pas, hkrati pa nastanejo pari elektronov in vrzeli, zato ima TiO2 funkcijo absorbiranja UV-žarkov. Zaradi majhne velikosti delcev in številnih frakcij se močno poveča verjetnost blokiranja ali prestrezanja ultravijoličnih žarkov.

2. Značilnosti nano-TiO2 v kozmetiki za sončenje

2.1

Visoka učinkovitost UV-zaščite

Sposobnost zaščite pred ultravijoličnim sevanjem kozmetike za sončenje se izraža z zaščitnim faktorjem za sončenje (vrednost SPF), in višja kot je vrednost SPF, boljši je učinek sončenja. To je razmerje med energijo, potrebno za nastanek najmanjšega zaznavnega eritema na koži, prevlečeni s sončnimi izdelki, in energijo, potrebno za nastanek eritema enake stopnje na koži brez sončnih izdelkov.

Ker nano-TiO2 absorbira in razprši ultravijolične žarke, velja za najbolj idealno fizično zaščito pred soncem doma in v tujini. Na splošno je sposobnost nano-TiO2 za zaščito pred UVB žarki 3-4-krat večja kot pri nano-ZnO.

2.2

Primerno območje velikosti delcev

Sposobnost nano-TiO2 za zaščito pred ultravijoličnim sevanjem je določena z njegovo absorpcijsko in sipalno sposobnostjo. Manjša kot je prvotna velikost delcev nano-TiO2, močnejša je sposobnost absorpcije ultravijoličnega sevanja. V skladu z Rayleighovim zakonom sipanja svetlobe obstaja optimalna prvotna velikost delcev za največjo sposobnost sipanja nano-TiO2 ultravijoličnih žarkov z različnimi valovnimi dolžinami. Poskusi tudi kažejo, da je zaščitna sposobnost nano-TiO2 bolj odvisna od njegove sposobnosti sipanja; krajša kot je valovna dolžina, bolj je njegova zaščita odvisna od njegove sposobnosti absorpcije.

2.3

Odlična disperzibilnost in prosojnost

Prvotna velikost delcev nano-TiO2 je manjša od 100 nm, kar je veliko manj od valovne dolžine vidne svetlobe. Teoretično lahko nano-TiO2 prepušča vidno svetlobo, ko je popolnoma dispergiran, zato je prozoren. Zaradi prosojnosti nano-TiO2 ne bo prekril kože, ko ga dodamo v kozmetiko za sončenje. Zato lahko pokaže naravno lepoto kože. Prosojnost je eden od pomembnih kazalnikov nano-TiO2 v kozmetiki za sončenje. Pravzaprav je nano-TiO2 prozoren, vendar ne popolnoma prozoren v kozmetiki za sončenje, ker ima nano-TiO2 majhne delce, veliko specifično površino in izjemno visoko površinsko energijo ter zlahka tvori agregate, kar vpliva na disperzibilnost in prosojnost izdelkov.

2.4

Dobra odpornost na vremenske vplive

Nano-TiO2 za kozmetiko za zaščito pred soncem zahteva določeno odpornost na vremenske vplive (zlasti odpornost na svetlobo). Ker ima nano-TiO2 majhne delce in visoko aktivnost, bo po absorpciji ultravijoličnih žarkov ustvaril elektronsko-vrtinčne pare, nekateri elektronsko-vrtinčni pari pa bodo migrirali na površino, kar bo povzročilo, da se atomski kisik in hidroksilni radikali v vodi adsorbirajo na površino nano-TiO2, ki ima močno oksidacijsko sposobnost. Zaradi razgradnje začimb bo to povzročilo razbarvanje izdelkov in vonj. Zato je treba na površino nano-TiO2 nanesti eno ali več prozornih izolacijskih plasti, kot so silicijev dioksid, aluminijev oksid in cirkonijev dioksid, da se prepreči njegova fotokemična aktivnost.

3. Vrste in razvojni trendi nano-TiO2

3.1

Nano-TiO2 prah

Izdelki nano-TiO2 se prodajajo v obliki trdnega prahu, ki ga lahko glede na površinske lastnosti nano-TiO2 razdelimo na hidrofilni prah in lipofilni prah. Hidrofilni prah se uporablja v kozmetiki na vodni osnovi, lipofilni prah pa v kozmetiki na oljni osnovi. Hidrofilni prahovi se običajno pridobivajo z anorgansko površinsko obdelavo. Večina teh tujih nano-TiO2 prahov je bila glede na njihova področja uporabe podvržena posebni površinski obdelavi.

3.2

Nano TiO2 v barvi kože

Ker so delci nano-TiO2 drobni in zlahka razpršijo modro svetlobo s krajšo valovno dolžino v vidni svetlobi, bo koža, ko jo dodamo v kozmetiko za sončenje, pokazala modrikast odtenek in bo videti nezdrava. Da bi se ujemali z barvo kože, se kozmetičnim formulam v zgodnji fazi pogosto dodajajo rdeči pigmenti, kot je železov oksid. Vendar pa se zaradi razlike v gostoti in omočljivosti med nano-TiO2_2 in železovim oksidom pogosto pojavijo lebdeče barve.

4. Stanje proizvodnje nano-TiO2 na Kitajskem

Raziskave nano-TiO2_2 v majhnem obsegu so na Kitajskem zelo aktivne in teoretična raven raziskav je dosegla svetovno napredno raven, vendar so uporabne raziskave in inženirske raziskave relativno zaostale in številnih rezultatov raziskav ni mogoče pretvoriti v industrijske izdelke. Industrijska proizvodnja nano-TiO2 na Kitajskem se je začela leta 1997, več kot 10 let pozneje kot na Japonskem.

Kakovost in konkurenčnost izdelkov iz nano-TiO2 na Kitajskem omejujeta dva razloga:

① Raziskave uporabnih tehnologij zaostajajo

Raziskave aplikacijske tehnologije morajo rešiti probleme dodajanja procesa in ocenjevanja učinkov nano-TiO2 v kompozitnih sistemih. Raziskave uporabe nano-TiO2 na mnogih področjih še niso v celoti razvite, raziskave na nekaterih področjih, kot je kozmetika za sončenje, pa je treba še poglobiti. Zaradi zaostanka v raziskavah aplikacijske tehnologije kitajski izdelki nano-TiO2_2 ne morejo oblikovati serijskih blagovnih znamk, ki bi ustrezale posebnim zahtevam različnih področij.

② Tehnologija površinske obdelave z nano-TiO2 potrebuje nadaljnje raziskave

Površinska obdelava vključuje anorgansko in organsko površinsko obdelavo. Tehnologija površinske obdelave je sestavljena iz formule sredstva za površinsko obdelavo, tehnologije površinske obdelave in opreme za površinsko obdelavo.

5. Zaključne opombe

Prozornost, zaščita pred ultravijoličnim sevanjem, disperzibilnost in odpornost na svetlobo nano-TiO2 v kozmetiki za sončenje so pomembni tehnični kazalniki za presojo njene kakovosti, postopek sinteze in metoda površinske obdelave nano-TiO2 pa sta ključna za določitev teh tehničnih kazalnikov.