Nanotechnologie en nanomaterialen: nanometertitaniumdioxide in zonnebrandcosmetica
Citaatwoorden
Ongeveer 5% van de straling die door de zon wordt uitgestraald, bestaat uit ultraviolette straling met een golflengte ≤ 400 nm. Ultraviolette straling in zonlicht kan worden onderverdeeld in: langgolvige ultraviolette straling met een golflengte van 320 nm tot 400 nm, ook wel A-type ultraviolette straling (UVA) genoemd; middelgolvige ultraviolette straling met een golflengte van 290 nm tot 320 nm wordt B-type ultraviolette straling (UVB) genoemd; kortgolvige ultraviolette straling met een golflengte van 200 nm tot 290 nm wordt C-type ultraviolette straling genoemd.
Door hun korte golflengte en hoge energie hebben ultraviolette stralen een grote vernietigende kracht, die de huid kan beschadigen, ontstekingen of zonnebrand kan veroorzaken en zelfs huidkanker kan veroorzaken. UVB is de belangrijkste veroorzaker van huidontstekingen en zonnebrand.
1. het principe van het afschermen van ultraviolette straling met nano-TiO2
TiO2 is een N-type halfgeleider. De kristalvorm van nano-TiO2 die in zonnebrandcosmetica wordt gebruikt, is over het algemeen rutiel en de verboden bandbreedte is 3,0 eV. Wanneer uv-straling met een golflengte kleiner dan 400 nm TiO2 bestraalt, kunnen elektronen op de valentieband uv-straling absorberen en worden geëxciteerd naar de geleidingsband. Tegelijkertijd worden elektron-gatparen gegenereerd, waardoor TiO2 de functie heeft om uv-straling te absorberen. Door de kleine deeltjesgrootte en de talrijke fracties vergroot dit de kans op het blokkeren of onderscheppen van ultraviolette straling aanzienlijk.
2. Kenmerken van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica
2.1
Hoge UV-afschermingsefficiëntie
Het vermogen van zonnebrandcosmetica om ultraviolet licht te beschermen wordt uitgedrukt in de zonbeschermingsfactor (SPF). Hoe hoger de SPF, hoe beter de zonnebrandwerking. De verhouding tussen de energie die nodig is om de laagst detecteerbare erytheem te veroorzaken op een huid die bedekt is met zonnebrandproducten en de energie die nodig is om een erytheem van dezelfde graad te veroorzaken op een huid zonder zonnebrandproducten.
Omdat nano-TiO2 ultraviolette straling absorbeert en verstrooit, wordt het beschouwd als de meest ideale fysieke zonnebrandcrème, zowel binnen als buiten. Over het algemeen is het vermogen van nano-TiO2 om UVB-straling af te schermen 3-4 keer zo groot als dat van nano-ZnO.
2.2
Geschikt deeltjesgroottebereik
Het ultraviolet-afschermend vermogen van nano-TiO2 wordt bepaald door het absorptievermogen en verstrooiingsvermogen. Hoe kleiner de oorspronkelijke deeltjesgrootte van nano-TiO2, hoe sterker het ultraviolet-absorptievermogen. Volgens de wet van Rayleigh inzake lichtverstrooiing bestaat er een optimale oorspronkelijke deeltjesgrootte voor het maximale verstrooiingsvermogen van nano-TiO2 voor ultraviolette straling met verschillende golflengten. Experimenten tonen ook aan dat hoe langer de golflengte van ultraviolette straling, hoe meer het afschermend vermogen van nano-TiO2 afhangt van het verstrooiingsvermogen; hoe korter de golflengte, hoe meer de afscherming afhangt van het absorptievermogen.
2.3
Uitstekende dispergeerbaarheid en transparantie
De oorspronkelijke deeltjesgrootte van nano-TiO2 is kleiner dan 100 nm, veel kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht. Theoretisch gezien kan nano-TiO2 zichtbaar licht doorlaten wanneer het volledig is verspreid, waardoor het transparant is. Door de transparantie van nano-TiO2 bedekt het de huid niet wanneer het wordt toegevoegd aan zonnebrandcosmetica. Het kan daarom een natuurlijke huidskleur creëren. Transparantie is een van de belangrijke kenmerken van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica. Nano-TiO2 is in feite transparant, maar niet volledig transparant in zonnebrandcosmetica, omdat nano-TiO2 kleine deeltjes, een groot specifiek oppervlak en een extreem hoge oppervlakte-energie heeft. Bovendien vormt het gemakkelijk aggregaten, wat de dispergeerbaarheid en transparantie van producten beïnvloedt.
2.4
Goede weersbestendigheid
Nano-TiO2 voor zonnebrandcosmetica vereist een bepaalde weersbestendigheid (met name lichtbestendigheid). Omdat nano-TiO2 kleine deeltjes en een hoge activiteit heeft, genereert het elektron-gatparen na absorptie van ultraviolette straling. Sommige elektron-gatparen migreren naar het oppervlak, wat resulteert in atomaire zuurstof en hydroxylradicalen in het water die geadsorbeerd worden aan het oppervlak van nano-TiO2, dat een sterk oxidatievermogen heeft. Het veroorzaakt verkleuring van producten en geurtjes door de ontleding van kruiden. Daarom moeten een of meer transparante isolatielagen, zoals silica, aluminiumoxide en zirkoniumoxide, op het oppervlak van nano-TiO2 worden aangebracht om de fotochemische activiteit ervan te remmen.
3. Typen en ontwikkelingstrends van nano-TiO2
3.1
Nano-TiO2-poeder
Nano-TiO2-producten worden verkocht in de vorm van vast poeder, dat kan worden onderverdeeld in hydrofiel poeder en lipofiel poeder, afhankelijk van de oppervlakte-eigenschappen van nano-TiO2. Hydrofiel poeder wordt gebruikt in cosmetica op waterbasis, terwijl lipofiel poeder wordt gebruikt in cosmetica op oliebasis. Hydrofiele poeders worden over het algemeen verkregen door anorganische oppervlaktebehandeling. De meeste van deze buitenlandse nano-TiO2-poeders hebben een speciale oppervlaktebehandeling ondergaan, afhankelijk van hun toepassingsgebied.
3.2
Huidskleur nano TiO2
Omdat nano-TiO2-deeltjes fijn zijn en blauw licht met een kortere golflengte in zichtbaar licht gemakkelijk verstrooien, zal de huid bij toevoeging aan zonnebrandcrème een blauwe tint en een ongezonde uitstraling krijgen. Om de huidskleur te matchen, worden in een vroeg stadium vaak rode pigmenten zoals ijzeroxide aan cosmetische formules toegevoegd. Door het verschil in dichtheid en bevochtigbaarheid tussen nano-TiO2 en ijzeroxide ontstaan er echter vaak zwevende kleuren.
4. Productiestatus van nano-TiO2 in China
Kleinschalig onderzoek naar nano-TiO2-2 is zeer actief in China en het theoretische onderzoeksniveau heeft het hoogste niveau ter wereld bereikt. Het toegepaste en technische onderzoek is echter relatief achtergebleven en veel onderzoeksresultaten kunnen niet worden omgezet in industriële producten. De industriële productie van nano-TiO2 in China begon in 1997, meer dan 10 jaar later dan in Japan.
Er zijn twee redenen die de kwaliteit en marktconcurrentie van nano-TiO2-producten in China beperken:
① Toegepast technologisch onderzoek loopt achter
Het onderzoek naar toepassingstechnologie moet de problemen oplossen die gepaard gaan met de proces- en effectevaluatie van nano-TiO2 in composietsystemen. Het toepassingsonderzoek naar nano-TiO2 is in veel sectoren nog niet volledig ontwikkeld en het onderzoek op sommige gebieden, zoals zonnebrandcosmetica, moet nog worden verdiept. Door de achterstand in het onderzoek naar toegepaste technologie kunnen Chinese nano-TiO2-producten geen serieproducten vormen die voldoen aan de specifieke eisen van verschillende sectoren.
② De oppervlaktebehandelingstechnologie van nano-TiO2 moet verder worden onderzocht
Oppervlaktebehandeling omvat anorganische en organische oppervlaktebehandeling. Oppervlaktebehandelingstechnologie bestaat uit de formule van het oppervlaktebehandelingsmiddel, de oppervlaktebehandelingstechnologie en de oppervlaktebehandelingsapparatuur.
5. Slotwoord
De transparantie, de ultraviolet-afschermende werking, de dispergeerbaarheid en de lichtbestendigheid van nano-TiO2 in zonnebrandcosmetica zijn belangrijke technische indices om de kwaliteit ervan te beoordelen. Het syntheseproces en de oppervlaktebehandelingsmethode van nano-TiO2 zijn de sleutel tot het bepalen van deze technische indices.
Plaatsingstijd: 4 juli 2022