Nanoteknologi dan Nanomaterial: Titanium Dioksida Nanometer dalam Kosmetik Tabir Surya

Nanoteknologi dan Nanomaterial: Titanium Dioksida Nanometer dalam Kosmetik Tabir Surya

Kata kutipan

Sekitar 5% sinar yang dipancarkan matahari adalah sinar ultraviolet dengan panjang gelombang ≤400 nm. Sinar ultraviolet dalam cahaya matahari dapat dibagi menjadi: sinar ultraviolet gelombang panjang dengan panjang gelombang 320 nm~400 nm, disebut sinar ultraviolet tipe A (UVA); sinar ultraviolet gelombang menengah dengan panjang gelombang 290 nm hingga 320 nm disebut sinar ultraviolet tipe B (UVB) dan sinar ultraviolet gelombang pendek dengan panjang gelombang 200 nm hingga 290 nm disebut sinar ultraviolet tipe C.

Karena panjang gelombangnya yang pendek dan energinya yang tinggi, sinar ultraviolet memiliki daya rusak yang besar, yang dapat merusak kulit manusia, menyebabkan peradangan atau kulit terbakar, dan secara serius menyebabkan kanker kulit. UVB merupakan faktor utama yang menyebabkan peradangan kulit dan kulit terbakar.

1. prinsip perisai sinar ultraviolet dengan nano TiO2

TiO_2 merupakan semikonduktor tipe-N. Bentuk kristal nano-TiO_2 yang digunakan dalam kosmetik tabir surya umumnya rutil, dan lebar pita terlarangnya adalah 3,0 eV. Ketika sinar UV dengan panjang gelombang kurang dari 400nm menyinari TiO_2, elektron pada pita valensi dapat menyerap sinar UV dan tereksitasi ke pita konduksi, dan pasangan elektron-hole dihasilkan pada saat yang sama, sehingga TiO_2 memiliki fungsi menyerap sinar UV. Dengan ukuran partikel yang kecil dan fraksi yang banyak, hal ini sangat meningkatkan kemungkinan menghalangi atau mencegat sinar ultraviolet.

2. Karakteristik nano-TiO2 dalam kosmetik tabir surya

2.1

Efisiensi pelindung UV yang tinggi

Kemampuan pelindung sinar ultraviolet dari kosmetik tabir surya dinyatakan dengan faktor perlindungan matahari (nilai SPF), dan semakin tinggi nilai SPF, semakin baik efek tabir surya. Rasio energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan eritema yang paling rendah yang dapat dideteksi pada kulit yang dilapisi produk tabir surya dengan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan eritema dengan tingkat yang sama pada kulit tanpa produk tabir surya.

Karena nano-TiO2 menyerap dan menyebarkan sinar ultraviolet, ia dianggap sebagai tabir surya fisik yang paling ideal di dalam dan luar negeri. Secara umum, kemampuan nano-TiO2 untuk melindungi UVB adalah 3-4 kali lipat dari nano-ZnO.

2.2

Kisaran ukuran partikel yang sesuai

Kemampuan perisai ultraviolet nano-TiO2 ditentukan oleh kemampuan penyerapan dan kemampuan hamburannya. Semakin kecil ukuran partikel awal nano-TiO2, semakin kuat kemampuan penyerapan ultravioletnya. Menurut hukum hamburan cahaya Rayleigh, terdapat ukuran partikel awal yang optimal untuk kemampuan hamburan maksimum nano-TiO2 terhadap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang yang berbeda. Eksperimen juga menunjukkan bahwa semakin panjang panjang gelombang sinar ultraviolet, kemampuan perisai nano-TiO2 lebih bergantung pada kemampuan hamburannya; semakin pendek panjang gelombang, semakin perisainya bergantung pada kemampuan penyerapannya.

2.3

Dispersibilitas dan transparansi yang sangat baik

Ukuran partikel asli nano-TiO2 di bawah 100 nm, jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak. Secara teoritis, nano-TiO2 dapat mentransmisikan cahaya tampak ketika terdispersi sepenuhnya, sehingga transparan. Karena transparansi nano-TiO2, ia tidak akan menutupi kulit ketika ditambahkan ke kosmetik tabir surya. Oleh karena itu, ia dapat menunjukkan kecantikan kulit alami. Transparansi adalah salah satu indeks penting nano-TiO2 dalam kosmetik tabir surya. Faktanya, nano-TiO2 transparan tetapi tidak sepenuhnya transparan dalam kosmetik tabir surya, karena nano-TiO2 memiliki partikel kecil, luas permukaan spesifik yang besar dan energi permukaan yang sangat tinggi, dan mudah membentuk agregat, sehingga mempengaruhi dispersibilitas dan transparansi produk.

2.4

Tahan cuaca baik

Nano-TiO2 untuk kosmetik tabir surya memerlukan ketahanan cuaca tertentu (terutama ketahanan cahaya). Karena nano-TiO2 memiliki partikel kecil dan aktivitas tinggi, ia akan menghasilkan pasangan elektron-lubang setelah menyerap sinar ultraviolet, dan beberapa pasangan elektron-lubang akan bermigrasi ke permukaan, sehingga menghasilkan oksigen atom dan radikal hidroksil dalam air yang teradsorpsi pada permukaan nano-TiO2, yang memiliki kemampuan oksidasi yang kuat. Ini akan menyebabkan perubahan warna pada produk dan bau karena penguraian rempah-rempah. Oleh karena itu, satu atau lebih lapisan isolasi transparan, seperti silika, alumina, dan zirkonia, harus dilapisi pada permukaan nano-TiO2 untuk menghambat aktivitas fotokimianya.

3. Jenis dan tren pengembangan nano-TiO2

3.1

Bubuk Nano-TiO2

Produk nano-TiO2 dijual dalam bentuk bubuk padat, yang dapat dibagi menjadi bubuk hidrofilik dan bubuk lipofilik menurut sifat permukaan nano-TiO2. Bubuk hidrofilik digunakan dalam kosmetik berbasis air, sedangkan bubuk lipofilik digunakan dalam kosmetik berbasis minyak. Bubuk hidrofilik umumnya diperoleh melalui perlakuan permukaan anorganik. Sebagian besar bubuk nano-TiO2 asing ini telah mengalami perlakuan permukaan khusus menurut bidang aplikasinya.

3.2

Warna kulit nano TiO2

Karena partikel nano-TiO2 halus dan mudah menyebarkan cahaya biru dengan panjang gelombang lebih pendek dalam cahaya tampak, saat ditambahkan ke kosmetik tabir surya, kulit akan menunjukkan warna kebiruan dan tampak tidak sehat. Agar sesuai dengan warna kulit, pigmen merah seperti oksida besi sering ditambahkan ke formula kosmetik pada tahap awal. Namun, karena perbedaan kepadatan dan daya basah antara nano-TiO2 _ 2 dan oksida besi, warna mengambang sering terjadi.

4. Status produksi nano-TiO2 di Tiongkok

Penelitian skala kecil tentang nano-TiO2 _ 2 di Tiongkok sangat aktif, dan tingkat penelitian teoritis telah mencapai tingkat lanjutan dunia, tetapi penelitian terapan dan penelitian teknik relatif terbelakang, dan banyak hasil penelitian tidak dapat diubah menjadi produk industri. Produksi industri nano-TiO2 di Tiongkok dimulai pada tahun 1997, lebih dari 10 tahun lebih lambat dari Jepang.

Ada dua alasan yang membatasi kualitas dan daya saing pasar produk nano-TiO2 di Tiongkok:

① Penelitian teknologi terapan masih tertinggal

Penelitian teknologi aplikasi perlu memecahkan masalah penambahan proses dan evaluasi efek nano-TiO2 dalam sistem komposit. Penelitian aplikasi nano-TiO2 di banyak bidang belum sepenuhnya dikembangkan, dan penelitian di beberapa bidang, seperti kosmetik tabir surya, masih perlu diperdalam. Karena keterlambatan penelitian teknologi terapan, produk nano-TiO2 _ 2 Tiongkok tidak dapat membentuk merek serial untuk memenuhi persyaratan khusus di berbagai bidang.

② Teknologi perawatan permukaan nano-TiO2 perlu dipelajari lebih lanjut

Perawatan permukaan meliputi perawatan permukaan anorganik dan perawatan permukaan organik. Teknologi perawatan permukaan terdiri dari formula agen perawatan permukaan, teknologi perawatan permukaan, dan peralatan perawatan permukaan.

5. Penutup

Transparansi, kinerja pelindung ultraviolet, dispersibilitas dan ketahanan cahaya nano-TiO2 dalam kosmetik tabir surya merupakan indeks teknis penting untuk menilai kualitasnya, dan proses sintesis serta metode perawatan permukaan nano-TiO2 adalah kunci untuk menentukan indeks teknis ini.