Նանոտեխնոլոգիա և նանոմատերիալներ. Նանոմետրային տիտանի երկօքսիդը արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ

Նանոտեխնոլոգիա և նանոմատերիալներ. Նանոմետրային տիտանի երկօքսիդը արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ

Մեջբերումներ

Արևի կողմից ճառագայթվող ճառագայթների մոտ 5%-ը ունեն ≤400 նմ ալիքի երկարությամբ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ: Արևի լույսի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները կարելի է բաժանել հետևյալի՝ երկարալիք ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ՝ 320 նմ~400 նմ ալիքի երկարությամբ, որոնք կոչվում են A-տիպի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ (UVA). միջին ալիքի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները՝ 290 նմ-ից մինչև 320 նմ ալիքի երկարությամբ, կոչվում են B-տիպի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ (UVB), իսկ կարճ ալիքի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները՝ 200 նմ-ից մինչև 290 նմ ալիքի երկարությամբ, կոչվում են C-տիպի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ:

Իրենց կարճ ալիքի երկարության և բարձր էներգիայի շնորհիվ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները ունեն մեծ կործանարար ուժ, որը կարող է վնասել մարդկանց մաշկը, առաջացնել բորբոքում կամ արևայրուք, ինչպես նաև լուրջ մաշկի քաղցկեղ առաջացնել: UVB ճառագայթները մաշկի բորբոքման և արևայրուքի առաջացման հիմնական գործոնն են:

1. ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանվելու սկզբունքը նանոTiO2-ով

TiO_2-ը N-տիպի կիսահաղորդիչ է: Արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ օգտագործվող նանո-TiO_2-ի բյուրեղային ձևը սովորաբար ռուտիլ է, և դրա արգելված գոտու լայնությունը 3.0 էՎ է: Երբ 400 նմ-ից պակաս ալիքի երկարությամբ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները ճառագայթում են TiO_2, վալենտային գոտու էլեկտրոնները կարող են կլանել ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները և գրգռվել հաղորդչական գոտում, և միաժամանակ առաջանում են էլեկտրոն-անցք զույգեր, ուստի TiO_2-ը կատարում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները կլանելու գործառույթ: Փոքր մասնիկների չափի և բազմաթիվ ֆրակցիաների շնորհիվ սա զգալիորեն մեծացնում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները կլանելու կամ խափանելու հավանականությունը:

2. Նանո-TiO2-ի բնութագրերը արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ

2.1

Բարձր ուլտրամանուշակագույն պաշտպանության արդյունավետություն

Արևապաշտպան կոսմետիկայի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանվելու ունակությունը արտահայտվում է արևապաշտպանության գործակցով (SPF արժեք), և որքան բարձր է SPF արժեքը, այնքան ավելի լավ է արևապաշտպան ազդեցությունը: Արևապաշտպան միջոցներով պատված մաշկի վրա ամենացածր հայտնաբերվող էրիթեմա առաջացնելու համար անհրաժեշտ էներգիայի և արևապաշտպան միջոցներ չունեցող մաշկի վրա նույն աստիճանի էրիթեմա առաջացնելու համար անհրաժեշտ էներգիայի հարաբերակցությունը:

Քանի որ նանո-TiO2-ը կլանում և ցրում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները, այն համարվում է ամենաիդեալական ֆիզիկական արևապաշտպան միջոցը ինչպես երկրում, այնպես էլ արտերկրում: Ընդհանուր առմամբ, նանո-TiO2-ի՝ UVB ճառագայթներից պաշտպանվելու ունակությունը 3-4 անգամ ավելի է, քան նանո-ZnO-ինը:

2.2

Հարմար մասնիկների չափի միջակայք

Նանո-TiO2-ի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանվելու ունակությունը որոշվում է դրա կլանման և ցրման ունակությամբ։ Որքան փոքր է նանո-TiO2-ի սկզբնական մասնիկի չափը, այնքան ուժեղ է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանվելու ունակությունը։ Ռելեյի լույսի ցրման օրենքի համաձայն՝ տարբեր ալիքի երկարություններով ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների նկատմամբ նանո-TiO2-ի առավելագույն ցրման ունակության համար գոյություն ունի օպտիմալ սկզբնական մասնիկի չափ։ Փորձերը նաև ցույց են տալիս, որ որքան երկար է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների ալիքի երկարությունը, այնքան ավելի է կախված նանո-TiO2-ի ցրման ունակությունը։ Որքան կարճ է ալիքի երկարությունը, այնքան ավելի է կախված դրա պաշտպանությունը կլանման ունակությունից։

2.3

Գերազանց ցրման և թափանցիկության ունակություն

Նանո-TiO2-ի սկզբնական մասնիկի չափը 100 նմ-ից ցածր է, ինչը շատ ավելի փոքր է տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունից: Տեսականորեն, նանո-TiO2-ը կարող է թափանցել տեսանելի լույս, երբ այն լիովին ցրված է, ուստի այն թափանցիկ է: Նանո-TiO2-ի թափանցիկության պատճառով այն չի ծածկում մաշկը, երբ ավելացվում է արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ: Հետևաբար, այն կարող է ցույց տալ մաշկի բնական գեղեցկությունը: Թափանցիկությունը նանո-TiO2-ի կարևոր ցուցանիշներից մեկն է արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ: Փաստորեն, նանո-TiO2-ը թափանցիկ է, բայց ոչ լիովին թափանցիկ արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ, քանի որ նանո-TiO2-ը ունի փոքր մասնիկներ, մեծ տեսակարար մակերես և չափազանց բարձր մակերեսային էներգիա, և այն հեշտությամբ կարող է առաջացնել ագրեգատներ, այդպիսով ազդելով արտադրանքի ցրման և թափանցիկության վրա:

2.4

Լավ եղանակային դիմադրություն

Արևապաշտպան կոսմետիկայի համար նախատեսված Nano-TiO2-ը պահանջում է որոշակի եղանակային դիմադրություն (հատկապես լույսի դիմադրություն): Քանի որ nano-TiO2-ը ունի փոքր մասնիկներ և բարձր ակտիվություն, այն ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները կլանելուց հետո կառաջացնի էլեկտրոն-անցքային զույգեր, և որոշ էլեկտրոն-անցքային զույգեր կտեղափոխվեն մակերես, ինչի արդյունքում nano-TiO2-ի մակերեսին ադսորբված ջրում կլանված ատոմային թթվածին և հիդրօքսիլային ռադիկալներ են առաջանում, որն ունի ուժեղ օքսիդացման ունակություն: Այն առաջացնում է արտադրանքի գունաթափում և հոտ՝ համեմունքների քայքայման պատճառով: Հետևաբար, nano-TiO2-ի մակերեսին պետք է պատել մեկ կամ մի քանի թափանցիկ մեկուսիչ շերտեր, ինչպիսիք են սիլիցիումը, ալյումինե օքսիդը և ցիրկոնիումը,՝ դրա լուսաքիմիական ակտիվությունը կանխելու համար:

3. Նանո-TiO2-ի տեսակները և զարգացման միտումները

3.1

Նանո-TiO2 փոշի

Նանո-TiO2 արտադրանքը վաճառվում է պինդ փոշու տեսքով, որը կարելի է բաժանել հիդրոֆիլ և լիպոֆիլ փոշու՝ ըստ նանո-TiO2-ի մակերևութային հատկությունների: Հիդրոֆիլ փոշին օգտագործվում է ջրային հիմքով կոսմետիկայում, մինչդեռ լիպոֆիլ փոշին՝ յուղային հիմքով կոսմետիկայում: Հիդրոֆիլ փոշիները սովորաբար ստացվում են անօրգանական մակերեսային մշակումով: Այս օտարերկրյա նանո-TiO2 փոշիների մեծ մասը ենթարկվել է հատուկ մակերեսային մշակման՝ իրենց կիրառման ոլորտներին համապատասխան:

3.2

Մաշկի գույն՝ նանո TiO2

Քանի որ nano-TiO2 մասնիկները մանր են և հեշտությամբ ցրում են կապույտ լույսը՝ տեսանելի լույսում ավելի կարճ ալիքի երկարությամբ, երբ դրանք ավելացվում են արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ, մաշկը կունենա կապույտ երանգ և անառողջ տեսք։ Մաշկի գույնին համապատասխանելու համար կոսմետիկայի բանաձևերին վաղ փուլում հաճախ ավելացվում են կարմիր գունանյութեր, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդը։ Սակայն, nano-TiO2_2-ի և երկաթի օքսիդի միջև խտության և թրջվելու ունակության տարբերության պատճառով, հաճախ առաջանում են լողացող գույներ։

4. Նանո-TiO2-ի արտադրության կարգավիճակը Չինաստանում

Չինաստանում նանո-TiO2 _ 2-ի վերաբերյալ փոքրածավալ հետազոտությունները շատ ակտիվ են, և տեսական հետազոտությունների մակարդակը հասել է համաշխարհային առաջատար մակարդակի, սակայն կիրառական հետազոտությունները և ճարտարագիտական ​​հետազոտությունները համեմատաբար հետամնաց են, և շատ հետազոտությունների արդյունքներ չեն կարող վերածվել արդյունաբերական արտադրանքի: Նանո-TiO2-ի արդյունաբերական արտադրությունը Չինաստանում սկսվել է 1997 թվականին՝ Ճապոնիայից ավելի քան 10 տարի ուշ:

Կան երկու պատճառ, որոնք սահմանափակում են նանո-TiO2 արտադրանքի որակը և շուկայական մրցունակությունը Չինաստանում.

① Կիրառական տեխնոլոգիական հետազոտությունները հետ են մնում

Կիրառական տեխնոլոգիական հետազոտությունները պետք է լուծեն նանո-TiO2-ի ավելացման գործընթացի և ազդեցության գնահատման խնդիրները կոմպոզիտային համակարգերում: Նանո-TiO2-ի կիրառական հետազոտությունները շատ ոլորտներում լիովին զարգացած չեն, և որոշ ոլորտներում, ինչպիսիք են արևապաշտպան կոսմետիկան, հետազոտությունները դեռևս խորացման կարիք ունեն: Կիրառական տեխնոլոգիական հետազոտությունների հետամնացության պատճառով Չինաստանի նանո-TiO2_2 արտադրանքը չի կարող սերիական ապրանքանիշեր կազմել՝ տարբեր ոլորտների հատուկ պահանջները բավարարելու համար:

② Նանո-TiO2-ի մակերեսային մշակման տեխնոլոգիան հետագա ուսումնասիրության կարիք ունի

Մակերևութային մշակումը ներառում է անօրգանական և օրգանական մակերեսային մշակում: Մակերևութային մշակման տեխնոլոգիան բաղկացած է մակերեսային մշակման նյութի բանաձևից, մակերեսային մշակման տեխնոլոգիայից և մակերեսային մշակման սարքավորումներից:

5. Եզրափակիչ դիտողություններ

Արևապաշտպան կոսմետիկայի մեջ նանո-TiO2-ի թափանցիկությունը, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանվելու ունակությունը, ցրման ունակությունը և լույսի նկատմամբ դիմադրությունը կարևոր տեխնիկական ցուցանիշներ են դրա որակը գնահատելու համար, իսկ նանո-TiO2-ի սինթեզի գործընթացը և մակերեսային մշակման մեթոդը այդ տեխնիկական ցուցանիշները որոշելու բանալին են։