Nanótækni og nanóefni: Nanómetra títaníumdíoxíð í sólarvörn

Nanótækni og nanóefni: Nanómetra títaníumdíoxíð í sólarvörn

Tilvitnunarorð

Um 5% af geislum sólarinnar eru útfjólubláir geislar með bylgjulengd ≤400 nm. Útfjólubláir geislar í sólarljósi má skipta í: langbylgju útfjólubláa geisla með bylgjulengd 320 nm~400 nm, kallaðir A-gerð útfjólubláir geislar (UVA); meðalbylgju útfjólubláir geislar með bylgjulengd 290 nm til 320 nm eru kallaðir B-gerð útfjólubláir geislar (UVB) og stuttbylgju útfjólubláir geislar með bylgjulengd 200 nm til 290 nm eru kallaðir C-gerð útfjólubláir geislar.

Vegna stuttrar bylgjulengdar og mikillar orku hafa útfjólubláar geislar mikinn eyðileggjandi kraft sem getur skaðað húð fólks, valdið bólgu eða sólbruna og alvarlega valdið húðkrabbameini. UVB er aðalþátturinn sem veldur húðbólgu og sólbruna.

1. Meginreglan um að verja útfjólubláa geisla með nanó-TiO2

TiO_2 er N-gerð hálfleiðari. Kristalform nanó-TiO_2 sem notað er í sólarvörn er almennt rútil og bönnuð bandbreidd þess er 3,0 eV. Þegar útfjólubláar geislar með bylgjulengd minni en 400 nm beina athyglinni að TiO_2 geta rafeindir á gildissviðinu gleypt útfjólubláa geisla og örvað þær í leiðnisviðið, og rafeindaholupör myndast á sama tíma, þannig að TiO_2 hefur það hlutverk að gleypa útfjólubláa geisla. Með litlum agnastærð og fjölmörgum hlutföllum eykur þetta mjög líkurnar á að hindra eða stöðva útfjólubláa geisla.

2. Einkenni nanó-TiO2 í sólarvörn

2.1

Mikil UV-vörn

Útfjólubláa geislunarvörn sólarvarnarefna er tjáð með sólarvarnarstuðli (SPF gildi), og því hærra sem SPF gildið er, því betri er áhrif sólarvörnarinnar. Hlutfall orkunnar sem þarf til að framleiða lægsta greinanlega roða á húð sem er húðuð með sólarvörn og orkunnar sem þarf til að framleiða roða af sama mæli á húð án sólarvarnarefna.

Þar sem nanó-TiO2 gleypir og dreifir útfjólubláum geislum er það talið vera kjörin sólarvörn bæði heima og erlendis. Almennt séð er geta nanó-TiO2 til að verja UVB þrisvar til fjórum sinnum meiri en geta nanó-ZnO.

2.2

Hentugt agnastærðarbil

Útfjólubláa skjöldur nanó-TiO2 er ákvarðaður af frásogsgetu þess og dreifingargetu. Því minni sem upprunaleg agnastærð nanó-TiO2 er, því sterkari er útfjólubláa frásogsgetan. Samkvæmt lögmáli Rayleighs um ljósdreifingu er til kjörin upprunaleg agnastærð fyrir hámarksdreifingargetu nanó-TiO2 á útfjólubláa geisla með mismunandi bylgjulengdum. Tilraunir sýna einnig að því lengri sem bylgjulengd útfjólubláa geislanna er, því meira fer skjöldur nanó-TiO2 eftir dreifingargetu þess; því styttri sem bylgjulengdin er, því meira fer skjöldun þess eftir frásogsgetu þess.

2.3

Frábær dreifinleiki og gegnsæi

Upprunaleg agnastærð nanó-TiO2 er undir 100 nm, sem er mun minni en bylgjulengd sýnilegs ljóss. Fræðilega séð getur nanó-TiO2 hleypt í gegn sýnilegu ljósi þegar það er alveg dreift, þannig að það er gegnsætt. Vegna gegnsæis nanó-TiO2 mun það ekki hylja húðina þegar það er bætt í sólarvörn. Þess vegna getur það sýnt náttúrulega fegurð húðarinnar. Gagnsæi er einn mikilvægasti vísirinn fyrir nanó-TiO2 í sólarvörn. Reyndar er nanó-TiO2 gegnsætt en ekki alveg gegnsætt í sólarvörn, því nanó-TiO2 hefur litlar agnir, stórt yfirborðsflatarmál og afar mikla yfirborðsorku, og það myndar auðveldlega agnir, sem hefur áhrif á dreifileika og gegnsæi vara.

2.4

Góð veðurþol

Nanó-TiO2 fyrir sólarvörn krefst ákveðinnar veðurþols (sérstaklega ljósþols). Þar sem nanó-TiO2 hefur litlar agnir og mikla virkni, mun það mynda rafeindaholupör eftir að hafa tekið upp útfjólubláa geisla, og sum rafeindaholupör munu flytjast upp á yfirborðið, sem leiðir til þess að súrefnisatóm og hýdroxýl stakeindir í vatninu aðsogast á yfirborð nanó-TiO2, sem hefur sterka oxunargetu. Það mun valda mislitun á vörum og lykt vegna niðurbrots krydda. Þess vegna verður að húða eitt eða fleiri gegnsæ einangrunarlög, svo sem kísil, áloxíð og sirkon, á yfirborð nanó-TiO2 til að hindra ljósefnafræðilega virkni þess.

3. Tegundir og þróunarþróun nanó-TiO2

3.1

Nanó-TiO2 duft

Nanó-TiO2 vörurnar eru seldar í formi fasts dufts, sem má skipta í vatnssækið duft og fitusækið duft eftir yfirborðseiginleikum nanó-TiO2. Vatnssækið duft er notað í vatnsleysanlegum snyrtivörum, en fitusækið duft er notað í olíuleysanlegum snyrtivörum. Vatnssækið duft fæst almennt með ólífrænni yfirborðsmeðferð. Flest þessara erlendu nanó-TiO2 dufta hafa gengist undir sérstaka yfirborðsmeðferð eftir notkunarsviðum sínum.

3.2

Húðlitur nanó TiO2

Þar sem nanó-TiO2 agnir eru fínar og dreifa auðveldlega bláu ljósi með styttri bylgjulengd í sýnilegu ljósi, mun húðin sýna bláan lit og líta óhollt út þegar þeim er bætt í sólarvörn. Til að passa við húðlitinn eru rauð litarefni eins og járnoxíð oft bætt við snyrtivörur á fyrstu stigum. Hins vegar, vegna mismunandi eðlisþyngdar og rakaþols milli nanó-TiO2_2 og járnoxíðs, myndast oft fljótandi litir.

4. Framleiðslustaða nanó-TiO2 í Kína

Lítil rannsóknarverkefni á nanó-TiO2 _2 í Kína eru mjög öflug og fræðileg rannsóknarstig hefur náð heimsvísu háþróuðu stigi, en hagnýtar rannsóknir og verkfræðirannsóknir eru tiltölulega aftarlega þróaðar og margar rannsóknarniðurstöður er ekki hægt að umbreyta í iðnaðarvörur. Iðnaðarframleiðsla á nanó-TiO2 í Kína hófst árið 1997, meira en 10 árum síðar en í Japan.

Tvær ástæður takmarka gæði og samkeppnishæfni nanó-TiO2 vara á markaði í Kína:

① Hagnýt tæknirannsóknir eru eftirbátar

Rannsóknir á notkunartækni þurfa að leysa vandamálin við að bæta við ferlum og áhrifum mats á nanó-TiO2 í samsettum kerfum. Rannsóknir á notkun nanó-TiO2 á mörgum sviðum eru ekki að fullu þróaðar og rannsóknir á sumum sviðum, svo sem sólarvörn snyrtivörum, þurfa enn að vera dýpkaðar. Vegna tafa á rannsóknum á hagnýtri tækni geta kínverskar nanó-TiO2 _2 vörur ekki myndað raðvörumerki til að uppfylla sérstakar kröfur mismunandi sviða.

② Yfirborðsmeðhöndlunartækni nanó-TiO2 þarfnast frekari rannsókna

Yfirborðsmeðferð felur í sér ólífræna yfirborðsmeðferð og lífræna yfirborðsmeðferð. Yfirborðsmeðferðartækni samanstendur af formúlu yfirborðsmeðferðarefnis, yfirborðsmeðferðartækni og yfirborðsmeðferðarbúnaði.

5. Lokaorð

Gagnsæi, útfjólublá geislunarvörn, dreifinleiki og ljósþol nanó-TiO2 í sólarvörn eru mikilvægir tæknilegir vísar til að meta gæði þess, og myndunarferlið og yfirborðsmeðhöndlunaraðferð nanó-TiO2 eru lykillinn að því að ákvarða þessa tæknilegu vísitölur.