Νανοτεχνολογία και νανοϋλικά: Διοξείδιο του νανομετρικού τιτανίου σε καλλυντικά με αντηλιακό

Νανοτεχνολογία και νανοϋλικά: Διοξείδιο του νανομετρικού τιτανίου σε καλλυντικά με αντηλιακό

Παραθέστε λέξεις

Περίπου το 5% των ακτίνων που ακτινοβολούνται από τον ήλιο έχουν υπεριώδεις ακτίνες με μήκος κύματος ≤400 nm. Οι υπεριώδεις ακτίνες στο φως του ήλιου μπορούν να χωριστούν σε: υπεριώδεις ακτίνες μεγάλου κύματος με μήκος κύματος 320 nm ~ 400 nm, που ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου Α (UVA). Οι υπεριώδεις ακτίνες μεσαίου κύματος με μήκος κύματος 290 nm έως 320 nm ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου Β (UVB) και υπεριώδεις ακτίνες μικρού κύματος με μήκος κύματος 200 nm έως 290 nm ονομάζονται υπεριώδεις ακτίνες τύπου C.

Λόγω του μικρού μήκους κύματος και της υψηλής ενέργειας, οι υπεριώδεις ακτίνες έχουν μεγάλη καταστροφική δύναμη, η οποία μπορεί να βλάψει το δέρμα των ανθρώπων, να προκαλέσει φλεγμονή ή ηλιακό έγκαυμα και να παράγει σοβαρά καρκίνο του δέρματος. Το UVB είναι ο κύριος παράγοντας που προκαλεί φλεγμονή του δέρματος και ηλιακό έγκαυμα.

1. Η αρχή της θωράκισης υπεριώδους ακτίνων με νανο TiO2

Το Tio _ 2 είναι ένας ημιαγωγός τύπου Ν. Η κρυσταλλική μορφή του νανο-Tio _ 2 που χρησιμοποιείται στα αντηλιακά καλλυντικά είναι γενικά ρουτίνα και το απαγορευμένο πλάτος της ζώνης είναι 3,0 eV όταν οι ακτίνες UV με μήκος κύματος μικρότερο από 400nm ακτινοβολούν το Tio _ 2, τα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους μπορούν να απορροφήσουν τις ακτίνες UV και να είναι ενθουσιασμένοι με τη ζώνη αγωγιμότητας και οι ηλεκτροχ. Με το μικρό μέγεθος των σωματιδίων και τα πολυάριθμα κλάσματα, αυτό αυξάνει σημαντικά την πιθανότητα αποκλεισμού ή παρακολούθησης υπεριώδους ακτίνων.

2. Χαρακτηριστικά του Nano-TiO2 σε αντηλιακά καλλυντικά

2.1

Υψηλή απόδοση θωράκισης UV

Η ικανότητα υπεριώδους θωράκισης των αντηλιακών καλλυντικών εκφράζεται από τον παράγοντα προστασίας του ήλιου (τιμή SPF) και όσο υψηλότερη είναι η τιμή SPF, τόσο καλύτερη είναι η αντηλιακή επίδραση. Η αναλογία της ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή του χαμηλότερου ανιχνεύσιμου ερύθημα για το δέρμα επικαλυμμένο με προϊόντα αντηλιακού στην ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή ερύθημα του ίδιου βαθμού για το δέρμα χωρίς προϊόντα αντηλιακού.

Καθώς το Nano-TiO2 απορροφά και διασκορπίζει τις υπεριώδεις ακτίνες, θεωρείται ως το πιο ιδανικό φυσικό αντηλιακό στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Γενικά, η ικανότητα του Nano-TiO2 να προστατεύει το UVB είναι 3-4 φορές αυτή του Nano-Zno.

2.2

Κατάλληλο εύρος μεγέθους σωματιδίων

Η ικανότητα υπεριώδους θωράκισης του Nano-TiO2 καθορίζεται από την ικανότητα απορρόφησης και τη δυνατότητα σκέδασης. Όσο μικρότερο είναι το αρχικό μέγεθος σωματιδίων του Nano-TiO2, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα υπεριώδους απορρόφησης. Σύμφωνα με τον νόμο της Rayleigh της σκέδασης του φωτός, υπάρχει ένα βέλτιστο πρωτότυπο μέγεθος σωματιδίων για τη μέγιστη ικανότητα σκέδασης του Nano-Tio2 σε υπεριώδεις ακτίνες με διαφορετικά μήκη κύματος. Τα πειράματα δείχνουν επίσης ότι όσο περισσότερο το μήκος κύματος των υπεριώδους ακτίνων, η ικανότητα θωράκισης του Nano-Tio 2 εξαρτάται περισσότερο από την ικανότητα σκέδασης. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο περισσότερο η θωράκισή του εξαρτάται από την ικανότητα απορρόφησης του.

2.3

Εξαιρετική διασπορά και διαφάνεια

Το αρχικό μέγεθος σωματιδίων του Nano-TiO2 είναι κάτω από τα 100 nm, πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Θεωρητικά, το Nano-TiO2 μπορεί να μεταδίδει ορατό φως όταν είναι εντελώς διασκορπισμένο, οπότε είναι διαφανές. Λόγω της διαφάνειας του Nano-TiO2, δεν θα καλύψει το δέρμα όταν προστίθεται σε κλιμακωτά καλλυντικά. Ως εκ τούτου, μπορεί να δείξει φυσική ομορφιά του δέρματος. Η μεταφορά είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες του Nano-TiO2 στα αντηλιακά καλλυντικά. Στην πραγματικότητα, το Nano-Tio 2 είναι διαφανές, αλλά δεν είναι εντελώς διαφανές στα αντηλιακά καλλυντικά, επειδή το Nano-TiO2 έχει μικρά σωματίδια, μεγάλη ειδική επιφάνεια και εξαιρετικά υψηλή επιφανειακή ενέργεια και είναι εύκολο να σχηματιστεί συσσωματώματα, επηρεάζοντας έτσι τη διασπορά και τη διαφάνεια των προϊόντων.

2.4

Καλή αντίσταση καιρού

Το Nano-Tio 2 για τα αντηλιακά καλλυντικά απαιτεί κάποια αντίσταση καιρού (ειδικά την αντίσταση στο φως). Επειδή το Nano-TiO2 έχει μικρά σωματίδια και υψηλή δραστικότητα, θα παράγει ζεύγη ηλεκτρόνων μετά την απορρόφηση υπεριώδους ακτίνων και ορισμένα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών θα μεταναστεύσουν στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα την ατομική οξυγόνο και τις ρίζες υδροξυλίου στην προσρόφηση του νερού στην επιφάνεια του νανο-Tio2, που έχουν ισχυρές ικανότητες οξειδωμού. Επομένως, ένα ή περισσότερα διαφανή στρώματα απομόνωσης, όπως η πυριτική, η αλουμίνα και η ζιρκόνια, πρέπει να επικαλύπτονται στην επιφάνεια του Nano-TiO2 για να αναστέλλουν τη φωτοχημική του δραστηριότητα.

3. Τύποι και τάσεις ανάπτυξης του Nano-TiO2

3.1

Σκόνη νανο-TiO2

Τα προϊόντα Nano-TiO2 πωλούνται με τη μορφή συμπαγής σκόνης, η οποία μπορεί να χωριστεί σε υδρόφιλη σκόνη και λιπόφιλη σκόνη σύμφωνα με τις επιφανειακές ιδιότητες του Nano-TiO2. Η υδρόφιλη σκόνη χρησιμοποιείται σε καλλυντικά με βάση το νερό, ενώ η λιπόφιλη σκόνη χρησιμοποιείται σε καλλυντικά με βάση το πετρέλαιο. Οι υδρόφιλες σκόνες γενικά λαμβάνονται με ανόργανη θεραπεία επιφάνειας. Οι περισσότερες από αυτές τις ξένες σκόνες νανο-TiO2 έχουν υποβληθεί σε ειδική επιφανειακή θεραπεία σύμφωνα με τα πεδία εφαρμογής τους.

3.2

Χρώμα δέρματος Nano TiO2

Επειδή τα σωματίδια Nano-TiO2 είναι ωραία και είναι εύκολο να διασκορπιστούν το μπλε φως με μικρότερο μήκος κύματος σε ορατό φως, όταν προστίθεται σε καλλυντικά αντηλιακά, το δέρμα θα δείξει μπλε τόνο και θα φανεί ανθυγιεινό. Προκειμένου να ταιριάζει με το χρώμα του δέρματος, οι κόκκινες χρωστικές όπως το οξείδιο του σιδήρου προστίθενται συχνά σε καλλυντικές φόρμουλες στο αρχικό στάδιο. Ωστόσο, λόγω της διαφοράς στην πυκνότητα και της διαβρεξιμότητας μεταξύ νανο-TiO2 _ 2 και οξειδίου του σιδήρου, συχνά εμφανίζονται κυμαινόμενα χρώματα.

4. Κατάσταση παραγωγής του Nano-TiO2 στην Κίνα

Η έρευνα μικρής κλίμακας για το Nano-TiO2 _ 2 στην Κίνα είναι πολύ δραστήρια και το θεωρητικό επίπεδο έρευνας έχει φτάσει στο παγκόσμιο προχωρημένο επίπεδο, αλλά η εφαρμογή της εφαρμοσμένης έρευνας και της μηχανικής είναι σχετικά προς τα πίσω και πολλά αποτελέσματα έρευνας δεν μπορούν να μετατραπούν σε βιομηχανικά προϊόντα. Η βιομηχανική παραγωγή του Nano-TiO2 στην Κίνα ξεκίνησε το 1997, περισσότερο από 10 χρόνια αργότερα από την Ιαπωνία.

Υπάρχουν δύο λόγοι που περιορίζουν την ποιότητα και την ανταγωνιστικότητα της αγοράς των προϊόντων Nano-TiO2 στην Κίνα:

① Εφαρμοσμένη τεχνολογική έρευνα καθυστερεί πίσω

Η έρευνα τεχνολογίας εφαρμογών πρέπει να επιλύσει τα προβλήματα της προσθήκης διαδικασίας και της αξιολόγησης των αποτελεσμάτων του Nano-TiO2 σε σύνθετο σύστημα. Η έρευνα της εφαρμογής του Nano-TiO2 σε πολλούς τομείς δεν έχει αναπτυχθεί πλήρως και η έρευνα σε ορισμένους τομείς, όπως τα αντηλιακά καλλυντικά, πρέπει ακόμα να εμβαθύνεται.

② Η τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας του Nano-TiO2 χρειάζεται περαιτέρω μελέτη

Η επιφανειακή θεραπεία περιλαμβάνει την ανόργανη επιφανειακή επεξεργασία και τη θεραπεία οργανικής επιφάνειας. Η τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας αποτελείται από τον τύπο παράγοντα επεξεργασίας επιφανείας, την τεχνολογία επεξεργασίας επιφανείας και τον εξοπλισμό επεξεργασίας επιφάνειας.

5.

Η διαφάνεια, η υπεριώδη απόδοση θωράκισης, η διασπορά και η αντοχή στο φως του Nano-TiO2 στα αντηλιακά καλλυντικά είναι σημαντικοί τεχνικοί δείκτες για να κρίνουν την ποιότητά της και η διαδικασία σύνθεσης και η μέθοδος επεξεργασίας επιφανείας του Nano-TiO2 είναι το κλειδί για τον προσδιορισμό αυτών των τεχνικών δεικτών.