Nanotecnologie e nanomateriali: biossido di titanio nanometrico nei cosmetici solari
Citazione di parole
Circa il 5% dei raggi irradiati dal sole sono raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda ≤400 nm. I raggi ultravioletti della luce solare possono essere suddivisi in: raggi ultravioletti a onda lunga con una lunghezza d'onda da 320 nm a 400 nm, chiamati raggi ultravioletti di tipo A (UVA); raggi ultravioletti a onda media con una lunghezza d'onda da 290 nm a 320 nm sono chiamati raggi ultravioletti di tipo B (UVB) e raggi ultravioletti a onda corta con una lunghezza d'onda da 200 nm a 290 nm sono chiamati raggi ultravioletti di tipo C.
A causa della loro breve lunghezza d'onda e dell'elevata energia, i raggi ultravioletti hanno un grande potere distruttivo, che può danneggiare la pelle, causare infiammazioni o scottature e, in casi gravi, provocare il cancro della pelle. I raggi UVB sono il principale fattore che causa infiammazioni cutanee e scottature.
1. il principio di schermatura dei raggi ultravioletti con nano TiO2
Il TiO2 è un semiconduttore di tipo N. La forma cristallina del nano-TiO2 utilizzato nei cosmetici per la protezione solare è generalmente il rutilo e la sua larghezza di banda proibita è di 3,0 eV. Quando i raggi UV con lunghezza d'onda inferiore a 400 nm irradiano il TiO2, gli elettroni nella banda di valenza possono assorbire i raggi UV ed essere eccitati nella banda di conduzione, generando contemporaneamente coppie elettrone-lacuna, quindi il TiO2 ha la funzione di assorbire i raggi UV. Grazie alle piccole dimensioni delle particelle e alle numerose frazioni, ciò aumenta notevolmente la probabilità di bloccare o intercettare i raggi ultravioletti.
2. Caratteristiche del nano-TiO2 nei cosmetici solari
2.1
Elevata efficienza di schermatura UV
La capacità di schermatura dai raggi ultravioletti dei cosmetici solari è espressa dal fattore di protezione solare (SPF); maggiore è il valore SPF, maggiore è l'effetto della protezione solare. Il rapporto tra l'energia necessaria per produrre il minimo eritema rilevabile sulla pelle trattata con prodotti solari e l'energia necessaria per produrre un eritema dello stesso grado sulla pelle non trattata con prodotti solari.
Poiché il nano-TiO2 assorbe e diffonde i raggi ultravioletti, è considerato il filtro solare fisico più ideale in patria e all'estero. In generale, la capacità del nano-TiO2 di schermare i raggi UVB è 3-4 volte superiore a quella del nano-ZnO.
2.2
Intervallo dimensionale delle particelle adatto
La capacità di schermatura ultravioletta del nano-TiO₂ è determinata dalla sua capacità di assorbimento e dalla sua capacità di diffusione. Minore è la dimensione originale delle particelle di nano-TiO₂, maggiore è la capacità di assorbimento ultravioletta. Secondo la legge di Rayleigh sulla diffusione della luce, esiste una dimensione originale ottimale delle particelle per la massima capacità di diffusione del nano-TiO₂ ai raggi ultravioletti con diverse lunghezze d'onda. Gli esperimenti dimostrano inoltre che maggiore è la lunghezza d'onda dei raggi ultravioletti, la capacità di schermatura del nano-TiO₂ dipende maggiormente dalla sua capacità di diffusione; minore è la lunghezza d'onda, maggiore è la sua capacità di schermatura, che dipende dalla sua capacità di assorbimento.
2.3
Ottima disperdibilità e trasparenza
La dimensione originale delle particelle di nano-TiO2 è inferiore a 100 nm, molto inferiore alla lunghezza d'onda della luce visibile. Teoricamente, il nano-TiO2 può trasmettere la luce visibile quando è completamente disperso, quindi è trasparente. Grazie alla sua trasparenza, il nano-TiO2 non copre la pelle quando viene aggiunto ai cosmetici per la protezione solare. Pertanto, può esaltare la bellezza naturale della pelle. La trasparenza è uno degli indici importanti del nano-TiO2 nei cosmetici per la protezione solare. Infatti, il nano-TiO2 è trasparente ma non completamente trasparente nei cosmetici per la protezione solare, poiché presenta particelle piccole, un'ampia superficie specifica e un'energia superficiale estremamente elevata, ed è facile che formi aggregati, influenzando così la disperdibilità e la trasparenza dei prodotti.
2.4
Buona resistenza alle intemperie
Il nano-TiO₂ per i cosmetici solari richiede una certa resistenza agli agenti atmosferici (in particolare alla luce). Poiché il nano-TiO₂ presenta particelle di piccole dimensioni e un'elevata attività, dopo l'assorbimento dei raggi ultravioletti genererà coppie elettrone-lacuna, e alcune di queste migreranno in superficie, con conseguente formazione di radicali atomici di ossigeno e idrossile nell'acqua adsorbita sulla superficie del nano-TiO₂, che ha una forte capacità di ossidazione. Ciò causerà lo scolorimento dei prodotti e la formazione di odori dovuti alla decomposizione delle spezie. Pertanto, uno o più strati isolanti trasparenti, come silice, allumina e zirconia, devono essere rivestiti sulla superficie del nano-TiO₂ per inibirne l'attività fotochimica.
3. Tipi e tendenze di sviluppo del nano-TiO2
3.1
Polvere di Nano-TiO2
I prodotti a base di nano-TiO2 sono venduti sotto forma di polvere solida, che può essere suddivisa in polvere idrofila e polvere lipofila in base alle proprietà superficiali del nano-TiO2. La polvere idrofila è utilizzata nei cosmetici a base d'acqua, mentre la polvere lipofila è utilizzata nei cosmetici a base d'olio. Le polveri idrofile sono generalmente ottenute mediante trattamento superficiale inorganico. La maggior parte di queste polveri di nano-TiO2 di origine straniera ha subito trattamenti superficiali specifici in base al loro campo di applicazione.
3.2
Nano TiO2 color pelle
Poiché le particelle di nano-TiO2 sono fini e facili da diffondere la luce blu con una lunghezza d'onda più corta nella luce visibile, quando aggiunte ai cosmetici per la protezione solare, la pelle mostrerà una tonalità bluastra e un aspetto malsano. Per riprodurre il colore della pelle, pigmenti rossi come l'ossido di ferro vengono spesso aggiunti alle formule cosmetiche nelle fasi iniziali. Tuttavia, a causa della differenza di densità e bagnabilità tra nano-TiO2_2 e ossido di ferro, si verificano spesso colori fluttuanti.
4. Stato della produzione di nano-TiO2 in Cina
La ricerca su piccola scala sul nano-TiO2_2 in Cina è molto attiva e il livello di ricerca teorica ha raggiunto livelli avanzati a livello mondiale, ma la ricerca applicata e la ricerca ingegneristica sono relativamente arretrate e molti risultati della ricerca non possono essere trasformati in prodotti industriali. La produzione industriale di nano-TiO2 in Cina è iniziata nel 1997, oltre 10 anni dopo quella del Giappone.
Ci sono due motivi che limitano la qualità e la competitività sul mercato dei prodotti nano-TiO2 in Cina:
① La ricerca sulla tecnologia applicata è in ritardo
La ricerca sulle tecnologie applicative deve risolvere i problemi legati all'aggiunta di processi e alla valutazione degli effetti del nano-TiO2 nei sistemi compositi. La ricerca sulle applicazioni del nano-TiO2 in molti settori non è ancora pienamente sviluppata e, in alcuni casi, come quello dei cosmetici solari, necessita ancora di approfondimenti. A causa del ritardo nella ricerca sulle tecnologie applicate, i prodotti cinesi a base di nano-TiO2_2 non possono essere commercializzati in serie per soddisfare i requisiti specifici dei diversi settori.
② La tecnologia di trattamento superficiale del nano-TiO2 necessita di ulteriori studi
Il trattamento superficiale comprende trattamenti superficiali inorganici e trattamenti superficiali organici. La tecnologia del trattamento superficiale si compone di formulazione dell'agente di trattamento superficiale, tecnologia di trattamento superficiale e apparecchiature per il trattamento superficiale.
5. Osservazioni conclusive
La trasparenza, la capacità di schermatura dai raggi ultravioletti, la disperdibilità e la resistenza alla luce del nano-TiO2 nei cosmetici solari sono indici tecnici importanti per giudicarne la qualità; il processo di sintesi e il metodo di trattamento superficiale del nano-TiO2 sono la chiave per determinare questi indici tecnici.
Data di pubblicazione: 04-07-2022