Нанатэхналогіі і нанаматэрыялы: нанаметровы дыяксід тытана ў сонцаахоўнай касметыцы
Цытаваць словы
Каля 5% прамянёў, якія выпраменьвае сонца, складаюць ультрафіялетавыя прамяні з даўжынёй хвалі ≤400 нм. Ультрафіялетавыя прамяні ў сонечным святле можна падзяліць на: даўгахвалевыя ультрафіялетавыя прамяні з даўжынёй хвалі 320 нм ~ 400 нм, якія называюцца ультрафіялетавымі прамянямі тыпу А (UVA); сярэднехвалевыя ультрафіялетавыя прамяні з даўжынёй хвалі ад 290 нм да 320 нм называюцца ультрафіялетавымі прамянямі тыпу B (UVB), а караткахвалевыя ультрафіялетавыя прамяні з даўжынёй хвалі ад 200 нм да 290 нм называюцца ультрафіялетавымі прамянямі тыпу C.
З-за кароткай даўжыні хвалі і высокай энергіі ультрафіялетавыя прамяні валодаюць вялікай разбуральнай сілай, могуць пашкодзіць скуру людзей, выклікаць запаленне або сонечныя апёкі, а таксама сур'ёзна прывесці да раку скуры. УФ-B з'яўляецца асноўным фактарам, які выклікае запаленне скуры і сонечныя апёкі.
1. прынцып экранавання ультрафіялетавых прамянёў з дапамогай нана TiO2
TiO2 — гэта паўправаднік N-тыпу. Крышталічная форма нана-TiO2, якая выкарыстоўваецца ў сонцаахоўнай касметыцы, звычайна ўяўляе сабой рутыл, а шырыня забароненай зоны складае 3,0 эВ. Калі TiO2 апраменьваецца ультрафіялетавымі прамянямі з даўжынёй хвалі менш за 400 нм, электроны валентнай зоны могуць паглынаць ультрафіялетавыя прамяні і ўзбуджацца ў зону праводнасці, адначасова ўтвараючы электронна-дзіркавыя пары, таму TiO2 мае функцыю паглынання ультрафіялетавых прамянёў. Дзякуючы малому памеру часціц і вялікай колькасці фракцый, гэта значна павялічвае верагоднасць блакавання або перахопу ультрафіялетавых прамянёў.
2. Характарыстыкі нана-TiO2 у сонцаахоўнай касметыцы
2.1
Высокая эфектыўнасць абароны ад ультрафіялетавага выпраменьвання
Здольнасць сонцаахоўнай касметыкі абараняць ад ультрафіялетавага выпраменьвання выражаецца сонцаахоўным фактарам (SPF), і чым вышэй значэнне SPF, тым лепшы сонцаахоўны эфект. Гэта суадносіны энергіі, неабходнай для ўзнікнення найменшай выяўленай эрітемы на скуры, пакрытай сонцаахоўнымі сродкамі, да энергіі, неабходнай для ўзнікнення эрітемы такой жа ступені на скуры без сонцаахоўных сродкаў.
Паколькі нана-TiO2 паглынае і рассейвае ультрафіялетавыя прамяні, ён лічыцца найлепшым фізічным сонцаахоўным крэмам як у краіне, так і за мяжой. У цэлым, здольнасць нана-TiO2 абараняць ад УФ-B-прамянёў у 3-4 разы вышэйшая, чым у нана-ZnO.
2.2
Падыходны дыяпазон памераў часціц
Здольнасць нана-TiO2 да ультрафіялетавага выпраменьвання вызначаецца яго паглынальнай і рассейвальнай здольнасцю. Чым меншы зыходны памер часціц нана-TiO2, тым мацнейшая здольнасць да паглынання ультрафіялетавага выпраменьвання. Згодна з законам рассейвання святла Рэлея, існуе аптымальны зыходны памер часціц для максімальнай рассейвальнай здольнасці нана-TiO2 да ультрафіялетавых прамянёў рознай даўжыні хвалі. Эксперыменты таксама паказваюць, што чым большая даўжыня хвалі ультрафіялетавых прамянёў, тым больш экраніруючая здольнасць нана-TiO2 залежыць ад яго рассейвальнай здольнасці; чым карацейшая даўжыня хвалі, тым больш яго экраніруючая здольнасць залежыць ад яго паглынальнай здольнасці.
2.3
Выдатная дысперсійнасць і празрыстасць
Першапачатковы памер часціц nano-TiO2 меншы за 100 нм, што значна менш за даўжыню хвалі бачнага святла. Тэарэтычна, nano-TiO2 можа прапускаць бачнае святло, калі ён цалкам дысперсны, таму ён празрысты. Дзякуючы празрыстасці nano-TiO2, ён не будзе пакрываць скуру пры даданні ў сонцаахоўную касметыку. Такім чынам, ён можа дэманстраваць натуральную прыгажосць скуры. Празрыстасць з'яўляецца адным з важных паказчыкаў nano-TiO2 у сонцаахоўнай касметыцы. Фактычна, nano-TiO2 празрысты, але не цалкам празрысты ў сонцаахоўнай касметыцы, таму што nano-TiO2 мае дробныя часціцы, вялікую ўдзельную плошчу паверхні і надзвычай высокую павярхоўную энергію, і ён лёгка ўтварае агрэгаты, што ўплывае на дысперснасць і празрыстасць прадуктаў.
2.4
Добрая ўстойлівасць да надвор'я
Нана-TiO2 для сонцаахоўнай касметыкі патрабуе пэўнай устойлівасці да надвор'я (асабліва святлаўстойлівасці). Паколькі нана-TiO2 мае дробныя часціцы і высокую актыўнасць, пасля паглынання ультрафіялетавых прамянёў ён будзе генераваць электронна-дзіркавыя пары, і некаторыя электронна-дзіркавыя пары будуць міграваць на паверхню, у выніку чаго атамарны кісларод і гідраксільныя радыкалы ў вадзе адсарбуюцца на паверхні нана-TiO2, які валодае моцнай акісляльнай здольнасцю. Гэта прывядзе да змены колеру прадуктаў і паху з-за раскладання спецый. Таму на паверхню нана-TiO2 неабходна нанесці адзін або некалькі празрыстых ізаляцыйных слаёў, такіх як дыяксід крэмнія, аксід алюмінію і аксід цырконія, каб інгібіраваць яго фотахімічную актыўнасць.
3. Тыпы і тэндэнцыі развіцця нана-TiO2
3.1
Парашок нана-TiO2
Прадукты з нана-TiO2 прадаюцца ў выглядзе цвёрдага парашка, які можна падзяліць на гідрафільны парашок і ліпафільны парашок у залежнасці ад паверхневых уласцівасцей нана-TiO2. Гідрафільны парашок выкарыстоўваецца ў касметыцы на воднай аснове, а ліпафільны парашок — у касметыцы на алейнай аснове. Гідрафільныя парашкі звычайна атрымліваюць шляхам неарганічнай апрацоўкі паверхні. Большасць гэтых замежных парашкоў нана-TiO2 прайшлі спецыяльную апрацоўку паверхні ў залежнасці ад іх абласцей прымянення.
3.2
Колер скуры нана TiO2
Паколькі часціцы нана-TiO2 дробныя і лёгка рассейваюць сіняе святло з меншай даўжынёй хвалі ў бачным святле, пры даданні ў сонцаахоўную касметыку скура будзе мець сіні адценне і выглядаць нездарова. Каб адпавядаць колеру скуры, чырвоныя пігменты, такія як аксід жалеза, часта дадаюцца ў касметычныя формулы на ранняй стадыі. Аднак з-за розніцы ў шчыльнасці і змочвальнасці паміж нана-TiO2_2 і аксідам жалеза часта ўзнікаюць плаваючыя колеры.
4. Стан вытворчасці нана-TiO2 у Кітаі
Дробнамаштабныя даследаванні нана-TiO2 _ 2 у Кітаі вельмі актыўныя, і тэарэтычны ўзровень даследаванняў дасягнуў сусветнага перадавога ўзроўню, але прыкладныя даследаванні і інжынерныя даследаванні адносна адстаюць, і многія вынікі даследаванняў не могуць быць пераўтвораны ў прамысловую прадукцыю. Прамысловая вытворчасць нана-TiO2 у Кітаі пачалася ў 1997 годзе, больш чым на 10 гадоў пазней, чым у Японіі.
Ёсць дзве прычыны, якія абмяжоўваюць якасць і канкурэнтаздольнасць прадукцыі нана-TiO2 на рынку ў Кітаі:
① Даследаванні ў галіне прыкладных тэхналогій адстаюць
Даследаванні ў галіне прыкладных тэхналогій павінны вырашыць праблемы дадання працэсу і ацэнкі эфекту нана-TiO2 у кампазітных сістэмах. Даследаванні ў галіне прымянення нана-TiO2 у многіх галінах яшчэ не цалкам распрацаваны, а даследаванні ў некаторых галінах, такіх як касметыка для сонцаахоўных крэмаў, усё яшчэ патрабуюць паглыблення. З-за адставання ў даследаваннях у галіне прыкладных тэхналогій, прадукты нана-TiO2_2 з Кітая не могуць ствараць серыйныя брэнды, каб задаволіць спецыяльныя патрабаванні розных галін.
② Тэхналогія апрацоўкі паверхні нана-TiO2 патрабуе далейшага вывучэння
Апрацоўка паверхні ўключае неарганічную і арганічную апрацоўку паверхні. Тэхналогія апрацоўкі паверхні складаецца з формулы агента для апрацоўкі паверхні, тэхналогіі апрацоўкі паверхні і абсталявання для апрацоўкі паверхні.
5. Заключныя заўвагі
Празрыстасць, ультрафіялетавая абарона, дысперснасць і святлаўстойлівасць нана-TiO2 у сонцаахоўнай касметыцы з'яўляюцца важнымі тэхнічнымі паказчыкамі для ацэнкі яго якасці, а працэс сінтэзу і метад апрацоўкі паверхні нана-TiO2 з'яўляюцца ключавымі для вызначэння гэтых тэхнічных паказчыкаў.
Час публікацыі: 04 ліпеня 2022 г.