นาโนเทคโนโลยีและวัสดุนาโน: นาโนเมตรไทเทเนียมไดออกไซด์ในเครื่องสำอางครีมกันแดด

นาโนเทคโนโลยีและวัสดุนาโน: นาโนเมตรไทเทเนียมไดออกไซด์ในเครื่องสำอางครีมกันแดด

คำพูดอ้างอิง

ประมาณ 5% ของรังสีที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์มีรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น ≤400 นาโนเมตร รังสีอัลตราไวโอเลตในแสงแดดสามารถแบ่งออกเป็น: รังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นยาวที่มีความยาวคลื่น 320 นาโนเมตร~400 นาโนเมตร เรียกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตชนิด A (UVA) รังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นกลางที่มีความยาวคลื่น 290 นาโนเมตรถึง 320 นาโนเมตรเรียกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตชนิด B (UVB) และรังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้นที่มีความยาวคลื่น 200 นาโนเมตรถึง 290 นาโนเมตรเรียกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตชนิด C

เนื่องจากมีความยาวคลื่นสั้นและมีพลังงานสูง รังสีอัลตราไวโอเลตจึงมีพลังทำลายล้างสูง ซึ่งสามารถทำลายผิวหนังของผู้คน ทำให้เกิดการอักเสบหรือผิวไหม้จากแสงแดด และก่อให้เกิดมะเร็งผิวหนังอย่างรุนแรง UVB เป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการอักเสบของผิวหนังและการถูกแดดเผา

1.หลักการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตด้วยนาโน TiO2

TiO _ 2 เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N รูปแบบผลึกของ nano-TiO _ 2 ที่ใช้ในเครื่องสำอางครีมกันแดดโดยทั่วไปจะเป็นรูไทล์ และความกว้างของแถบต้องห้ามคือ 3.0 eV เมื่อรังสียูวีที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 400 นาโนเมตรฉายรังสี TiO _ 2 อิเล็กตรอนบนแถบวาเลนซ์สามารถดูดซับรังสียูวีและรู้สึกตื่นเต้นที่จะได้ แถบการนำไฟฟ้าและคู่อิเล็กตรอน-รูถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน ดังนั้น TiO _ 2 จึงมีหน้าที่ดูดซับรังสียูวี ด้วยขนาดอนุภาคที่เล็กและมีเศษส่วนจำนวนมาก จึงเพิ่มความน่าจะเป็นในการปิดกั้นหรือสกัดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตได้อย่างมาก

2. ลักษณะของนาโน TiO2 ในเครื่องสำอางครีมกันแดด

2.1

ประสิทธิภาพการป้องกันรังสียูวีสูง

ความสามารถในการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตของเครื่องสำอางครีมกันแดดแสดงโดยปัจจัยการป้องกันแสงแดด (ค่า SPF) และยิ่งค่า SPF สูงเท่าใด ผลของครีมกันแดดก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อัตราส่วนของพลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้เกิดผื่นแดงที่ตรวจพบได้ต่ำสุดสำหรับผิวหนังที่เคลือบด้วยผลิตภัณฑ์ครีมกันแดด ต่อพลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้เกิดผื่นแดงในระดับเดียวกันสำหรับผิวหนังที่ไม่มีผลิตภัณฑ์ครีมกันแดด

เนื่องจากนาโน TiO2 ดูดซับและกระจายรังสีอัลตราไวโอเลต จึงถือเป็นครีมกันแดดทางกายภาพที่เหมาะสมที่สุดทั้งในและต่างประเทศ โดยทั่วไปความสามารถของ nano-TiO2 ในการป้องกัน UVB อยู่ที่ 3-4 เท่าของ nano-ZnO

2.2

ช่วงขนาดอนุภาคที่เหมาะสม

ความสามารถในการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตของ nano-TiO2 ถูกกำหนดโดยความสามารถในการดูดซับและความสามารถในการกระเจิง ยิ่งขนาดอนุภาคดั้งเดิมของ nano-TiO2 มีขนาดเล็กลง ความสามารถในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ตามกฎการกระเจิงของแสงของ Rayleigh มีขนาดอนุภาคดั้งเดิมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความสามารถในการกระเจิงสูงสุดของนาโน TiO2 ไปยังรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นต่างกัน การทดลองยังแสดงให้เห็นว่ายิ่งความยาวคลื่นของรังสีอัลตราไวโอเลตยาวขึ้น ความสามารถในการป้องกันของนาโน TiO 2 ขึ้นอยู่กับความสามารถในการกระเจิงของมันมากขึ้น ยิ่งความยาวคลื่นสั้นลง ความสามารถในการป้องกันก็จะยิ่งขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดซับมากขึ้นเท่านั้น

2.3

การกระจายตัวและความโปร่งใสที่ดีเยี่ยม

ขนาดอนุภาคดั้งเดิมของ nano-TiO2 ต่ำกว่า 100 นาโนเมตร ซึ่งน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้มาก ตามทฤษฎีแล้ว nano-TiO2 สามารถส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้เมื่อกระจายออกไปจนหมด ดังนั้นจึงมีความโปร่งใส เนื่องจากความโปร่งใสของ nano-TiO2 จึงไม่ปกปิดผิวเมื่อเติมลงในเครื่องสำอางครีมกันแดด จึงสามารถแสดงความงามของผิวตามธรรมชาติได้ ความโปร่งใสเป็นหนึ่งในดัชนีสำคัญของนาโน TiO2 ในเครื่องสำอางครีมกันแดด ในความเป็นจริง nano-TiO 2 มีความโปร่งใสแต่ไม่โปร่งใสอย่างสมบูรณ์ในเครื่องสำอางกันแดด เนื่องจาก nano-TiO2 มีอนุภาคขนาดเล็ก พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และมีพลังงานพื้นผิวสูงมาก และง่ายต่อการก่อตัวเป็นมวลรวม จึงส่งผลต่อการกระจายตัวและความโปร่งใสของ สินค้า.

2.4

ทนต่อสภาพอากาศได้ดี

Nano-TiO 2 สำหรับเครื่องสำอางครีมกันแดดต้องทนต่อสภาพอากาศ (โดยเฉพาะการต้านทานแสง) เนื่องจากนาโน-TiO2 มีอนุภาคขนาดเล็กและมีฤทธิ์สูง มันจะสร้างคู่อิเล็กตรอนรูหลังจากการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต และคู่อิเล็กตรอนรูบางคู่จะย้ายไปที่พื้นผิว ส่งผลให้เกิดออกซิเจนอะตอมมิกและอนุมูลไฮดรอกซิลในน้ำที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของ nano-TiO2 ซึ่งมีความสามารถในการออกซิเดชันที่รุนแรง จะทำให้ผลิตภัณฑ์เปลี่ยนสีและมีกลิ่นเนื่องจากการย่อยสลายของเครื่องเทศ ดังนั้น จึงต้องเคลือบชั้นแยกโปร่งใสอย่างน้อยหนึ่งชั้น เช่น ซิลิกา อลูมินา และเซอร์โคเนียบนพื้นผิวของ nano-TiO2 เพื่อยับยั้งการทำงานของโฟโตเคมีคอล

3. ประเภทและแนวโน้มการพัฒนาของนาโน TiO2

3.1

ผงนาโน TiO2

ผลิตภัณฑ์ nano-TiO2 จำหน่ายในรูปของผงแข็ง ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นผงที่ชอบน้ำและผง lipophilic ตามคุณสมบัติพื้นผิวของ nano-TiO2 ผง Hydrophilic ใช้ในเครื่องสำอางสูตรน้ำ ในขณะที่ผง lipophilic ใช้ในเครื่องสำอางสูตรน้ำมัน โดยทั่วไปผงไฮโดรฟิลิกจะได้มาจากการบำบัดพื้นผิวอนินทรีย์ ผงนาโน TiO2 แปลกปลอมเหล่านี้ส่วนใหญ่ได้ผ่านการบำบัดพื้นผิวแบบพิเศษตามสาขาการใช้งาน

3.2

สีผิวระดับนาโน TiO2

เนื่องจากอนุภาคนาโน TiO2 มีความละเอียดและกระจายแสงสีน้ำเงินได้ง่ายโดยมีความยาวคลื่นสั้นกว่าในแสงที่มองเห็น เมื่อเติมลงในเครื่องสำอางครีมกันแดด ผิวจะแสดงโทนสีน้ำเงินและดูไม่แข็งแรง เพื่อให้เข้ากับสีผิว จึงมักเติมเม็ดสีแดง เช่น เหล็กออกไซด์ ลงในสูตรเครื่องสำอางในระยะแรก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างในความหนาแน่นและความสามารถในการเปียกน้ำระหว่าง nano-TiO2 _ 2 และเหล็กออกไซด์ สีลอยตัวจึงมักเกิดขึ้น

4. สถานะการผลิตนาโน-TiO2 ในประเทศจีน

การวิจัยขนาดเล็กเกี่ยวกับ nano-TiO2 _ 2 ในประเทศจีนมีการใช้งานมากและระดับการวิจัยเชิงทฤษฎีได้ก้าวไปถึงระดับสูงของโลกแล้ว แต่การวิจัยประยุกต์และการวิจัยทางวิศวกรรมค่อนข้างล้าหลัง และผลการวิจัยจำนวนมากไม่สามารถเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมได้ การผลิตนาโน-TiO2 ทางอุตสาหกรรมในประเทศจีนเริ่มขึ้นในปี 1997 ซึ่งช้ากว่าญี่ปุ่นมากกว่า 10 ปี

มีเหตุผลสองประการที่จำกัดคุณภาพและความสามารถในการแข่งขันในตลาดของผลิตภัณฑ์นาโน TiO2 ในประเทศจีน:

1 การวิจัยเทคโนโลยีประยุกต์ยังล้าหลัง

การวิจัยเทคโนโลยีประยุกต์จำเป็นต้องแก้ปัญหาการเพิ่มกระบวนการและการประเมินผลกระทบของนาโน TiO2 ในระบบคอมโพสิต การวิจัยการประยุกต์ใช้ nano-TiO2 ในหลายสาขายังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างสมบูรณ์ และการวิจัยในบางสาขา เช่น เครื่องสำอางครีมกันแดด ยังคงต้องมีการลงลึกมากขึ้น เนื่องจากความล่าช้าของการวิจัยเทคโนโลยีประยุกต์ ผลิตภัณฑ์ nano-TiO2 _ 2 ของจีน ไม่สามารถสร้างแบรนด์อนุกรมเพื่อตอบสนองความต้องการพิเศษในสาขาต่างๆได้

2 เทคโนโลยีการปรับสภาพพื้นผิวของ nano-TiO2 จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม

การรักษาพื้นผิวรวมถึงการรักษาพื้นผิวอนินทรีย์และการรักษาพื้นผิวอินทรีย์ เทคโนโลยีการรักษาพื้นผิวประกอบด้วยสูตรตัวแทนการรักษาพื้นผิว เทคโนโลยีการรักษาพื้นผิว และอุปกรณ์การรักษาพื้นผิว

5. ข้อสังเกตสรุป

ความโปร่งใส ประสิทธิภาพการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต การกระจายตัว และการต้านทานแสงของ nano-TiO2 ในเครื่องสำอางครีมกันแดดเป็นดัชนีทางเทคนิคที่สำคัญในการตัดสินคุณภาพ และกระบวนการสังเคราะห์และวิธีการรักษาพื้นผิวของ nano-TiO2 เป็นกุญแจสำคัญในการกำหนดดัชนีทางเทคนิคเหล่านี้