Công nghệ nano và vật liệu nano: Nanomet Titanium Dioxide trong mỹ phẩm chống nắng
Trích dẫn từ
Khoảng 5% các tia do mặt trời bức xạ có tia cực tím có bước sóng ≤400 nm. Tia cực tím trong ánh sáng mặt trời có thể chia thành: tia cực tím sóng dài có bước sóng từ 320 nm ~ 400 nm, gọi là tia cực tím loại A (UVA); tia cực tím sóng trung bình có bước sóng từ 290 nm đến 320 nm được gọi là tia cực tím loại B (UVB) và tia cực tím sóng ngắn có bước sóng từ 200 nm đến 290 nm được gọi là tia cực tím loại C.
Do có bước sóng ngắn và năng lượng cao nên tia cực tím có sức hủy diệt rất lớn, có thể gây tổn thương da, gây viêm hoặc cháy nắng, thậm chí gây ung thư da nghiêm trọng. Tia UVB là tác nhân chính gây viêm da và cháy nắng.
1. Nguyên lý che chắn tia cực tím bằng nano TiO2
TiO_2 là chất bán dẫn loại N. Dạng tinh thể của nano-TiO_2 được sử dụng trong mỹ phẩm chống nắng thường là rutil, và độ rộng dải cấm của nó là 3,0 eV Khi tia UV có bước sóng nhỏ hơn 400nm chiếu vào TiO_2, các electron trên dải hóa trị có thể hấp thụ tia UV và bị kích thích lên dải dẫn, và các cặp electron-lỗ trống được tạo ra cùng lúc, vì vậy TiO_2 có chức năng hấp thụ tia UV. Với kích thước hạt nhỏ và nhiều phân số, điều này làm tăng đáng kể khả năng chặn hoặc chặn tia cực tím.
2. Đặc tính của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng
2.1
Hiệu quả che chắn tia UV cao
Khả năng che chắn tia cực tím của mỹ phẩm chống nắng được thể hiện bằng hệ số chống nắng (giá trị SPF), giá trị SPF càng cao thì hiệu quả chống nắng càng tốt. Tỷ lệ năng lượng cần thiết để tạo ra ban đỏ có thể phát hiện thấp nhất đối với da được phủ sản phẩm chống nắng so với năng lượng cần thiết để tạo ra ban đỏ cùng mức độ đối với da không có sản phẩm chống nắng.
Vì nano-TiO2 hấp thụ và phân tán tia cực tím nên được coi là kem chống nắng vật lý lý tưởng nhất trong và ngoài nước. Nhìn chung, khả năng che chắn tia UVB của nano-TiO2 gấp 3-4 lần nano-ZnO.
2.2
Phạm vi kích thước hạt phù hợp
Khả năng che chắn tia cực tím của nano-TiO2 được xác định bởi khả năng hấp thụ và khả năng tán xạ của nó. Kích thước hạt ban đầu của nano-TiO2 càng nhỏ thì khả năng hấp thụ tia cực tím càng mạnh. Theo định luật tán xạ ánh sáng của Rayleigh, có một kích thước hạt ban đầu tối ưu cho khả năng tán xạ tối đa của nano-TiO2 đối với các tia cực tím có bước sóng khác nhau. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng bước sóng tia cực tím càng dài thì khả năng che chắn của nano-TiO 2 phụ thuộc nhiều hơn vào khả năng tán xạ của nó; Bước sóng càng ngắn thì khả năng che chắn của nó càng phụ thuộc nhiều vào khả năng hấp thụ của nó.
2.3
Độ phân tán và độ trong suốt tuyệt vời
Kích thước hạt ban đầu của nano-TiO2 dưới 100 nm, nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Về mặt lý thuyết, nano-TiO2 có thể truyền ánh sáng khả kiến khi phân tán hoàn toàn, do đó, nó trong suốt. Do tính trong suốt của nano-TiO2, nó sẽ không bao phủ da khi được thêm vào mỹ phẩm chống nắng. Do đó, nó có thể thể hiện vẻ đẹp tự nhiên của làn da. Độ trong suốt là một trong những chỉ số quan trọng của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng. Trên thực tế, nano-TiO 2 trong suốt nhưng không hoàn toàn trong suốt trong mỹ phẩm chống nắng, vì nano-TiO2 có các hạt nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn và năng lượng bề mặt cực cao, dễ hình thành các tập hợp, do đó ảnh hưởng đến khả năng phân tán và độ trong suốt của sản phẩm.
2.4
Khả năng chống chịu thời tiết tốt
Nano-TiO 2 dùng cho mỹ phẩm chống nắng đòi hỏi khả năng chống chịu thời tiết nhất định (đặc biệt là khả năng chống ánh sáng). Do nano-TiO 2 có các hạt nhỏ và hoạt tính cao nên sau khi hấp thụ tia cực tím sẽ tạo ra các cặp lỗ electron, một số cặp lỗ electron sẽ di chuyển lên bề mặt, dẫn đến oxy nguyên tử và các gốc hydroxyl trong nước được hấp phụ trên bề mặt nano-TiO 2, có khả năng oxy hóa mạnh. Nó sẽ gây ra sự đổi màu của sản phẩm và mùi do sự phân hủy của gia vị. Do đó, một hoặc nhiều lớp cô lập trong suốt như silica, alumina và zirconia phải được phủ lên bề mặt nano-TiO 2 để ức chế hoạt động quang hóa của nó.
3. Các loại và xu hướng phát triển của nano-TiO2
3.1
Bột Nano-TiO2
Các sản phẩm nano-TiO2 được bán dưới dạng bột rắn, có thể chia thành bột ưa nước và bột ưa mỡ theo tính chất bề mặt của nano-TiO2. Bột ưa nước được sử dụng trong mỹ phẩm gốc nước, trong khi bột ưa mỡ được sử dụng trong mỹ phẩm gốc dầu. Bột ưa nước thường thu được bằng cách xử lý bề mặt vô cơ. Hầu hết các loại bột nano-TiO2 nước ngoài này đã trải qua quá trình xử lý bề mặt đặc biệt theo lĩnh vực ứng dụng của chúng.
3.2
Màu da nano TiO2
Vì các hạt nano-TiO2 mịn và dễ tán xạ ánh sáng xanh có bước sóng ngắn hơn trong ánh sáng khả kiến, khi được thêm vào mỹ phẩm chống nắng, da sẽ có tông màu xanh và trông không khỏe mạnh. Để phù hợp với màu da, các sắc tố đỏ như oxit sắt thường được thêm vào các công thức mỹ phẩm ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên, do sự khác biệt về mật độ và khả năng thấm ướt giữa nano-TiO2 _ 2 và oxit sắt, màu sắc nổi thường xảy ra.
4. Tình hình sản xuất nano-TiO2 tại Trung Quốc
Nghiên cứu quy mô nhỏ về nano-TiO2 _ 2 ở Trung Quốc rất tích cực, trình độ nghiên cứu lý thuyết đã đạt đến trình độ tiên tiến thế giới, nhưng nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu kỹ thuật tương đối lạc hậu, nhiều kết quả nghiên cứu không thể chuyển thành sản phẩm công nghiệp. Sản xuất công nghiệp nano-TiO2 ở Trung Quốc bắt đầu vào năm 1997, chậm hơn Nhật Bản hơn 10 năm.
Có hai lý do hạn chế chất lượng và khả năng cạnh tranh trên thị trường của các sản phẩm nano-TiO2 tại Trung Quốc:
① Nghiên cứu công nghệ ứng dụng còn chậm
Nghiên cứu công nghệ ứng dụng cần giải quyết các vấn đề về quá trình bổ sung và đánh giá hiệu quả của nano-TiO2 trong hệ thống composite. Nghiên cứu ứng dụng nano-TiO2 trong nhiều lĩnh vực vẫn chưa được phát triển đầy đủ và nghiên cứu trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như mỹ phẩm chống nắng, vẫn cần phải được đào sâu. Do sự chậm trễ trong nghiên cứu công nghệ ứng dụng, các sản phẩm nano-TiO2 _ 2 của Trung Quốc không thể hình thành các thương hiệu nối tiếp để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của các lĩnh vực khác nhau.
② Công nghệ xử lý bề mặt nano-TiO2 cần được nghiên cứu thêm
Xử lý bề mặt bao gồm xử lý bề mặt vô cơ và xử lý bề mặt hữu cơ. Công nghệ xử lý bề mặt bao gồm công thức tác nhân xử lý bề mặt, công nghệ xử lý bề mặt và thiết bị xử lý bề mặt.
5. Lời kết
Độ trong suốt, khả năng che chắn tia cực tím, khả năng phân tán và khả năng chống sáng của nano-TiO2 trong mỹ phẩm chống nắng là các chỉ số kỹ thuật quan trọng để đánh giá chất lượng của nó, và quá trình tổng hợp và phương pháp xử lý bề mặt của nano-TiO2 là chìa khóa để xác định các chỉ số kỹ thuật này.
Thời gian đăng: 04-07-2022