ნანოტექნოლოგია და ნანომასალები: ნანომეტრიანი ტიტანის დიოქსიდი მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში

ნანოტექნოლოგია და ნანომასალები: ნანომეტრიანი ტიტანის დიოქსიდი მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში

ციტირება სიტყვები

მზის მიერ გამოსხივებული სხივების დაახლოებით 5%-ს აქვს ულტრაიისფერი სხივები, რომელთა ტალღის სიგრძე ≤400 ნმ-ია. მზის სინათლეში ულტრაიისფერი სხივები შეიძლება დაიყოს: გრძელტალღოვან ულტრაიისფერ სხივებად, რომელთა ტალღის სიგრძეა 320 ნმ~400 ნმ, რომლებსაც A-ტიპის ულტრაიისფერი სხივები (UVA) ეწოდება; საშუალოტალღოვან ულტრაიისფერ სხივებს, რომელთა ტალღის სიგრძეა 290 ნმ-დან 320 ნმ-მდე, B-ტიპის ულტრაიისფერი სხივები (UVB) ეწოდება და მოკლეტალღოვან ულტრაიისფერ სხივებს, რომელთა ტალღის სიგრძეა 200 ნმ-დან 290 ნმ-მდე, C-ტიპის ულტრაიისფერი სხივები.

მოკლე ტალღის სიგრძისა და მაღალი ენერგიის გამო, ულტრაიისფერ სხივებს აქვთ დიდი დამანგრეველი ძალა, რამაც შეიძლება დააზიანოს ადამიანის კანი, გამოიწვიოს ანთება ან მზის დამწვრობა და სერიოზული კანის კიბოს გამოწვევა. UVB კანის ანთების და მზის დამწვრობის გამომწვევი მთავარი ფაქტორია.

1. ულტრაიისფერი სხივების ნანო TiO2-ით დაცვის პრინციპი

TiO_2 არის N-ტიპის ნახევარგამტარი. მზისგან დამცავი კოსმეტიკაში გამოყენებული ნანო-TiO_2-ის კრისტალური ფორმა, როგორც წესი, რუტილია და მისი აკრძალული ზოლის სიგანეა 3.0 eV. როდესაც 400 ნმ-ზე ნაკლები ტალღის სიგრძის ულტრაიისფერი სხივები ასხივებენ TiO_2-ს, ვალენტურ ზოლზე ელექტრონებს შეუძლიათ ულტრაიისფერი სხივების შთანთქმა და გამტარობის ზოლში აგზნება, და ამავდროულად წარმოიქმნება ელექტრონ-ხვრელის წყვილები, ამიტომ TiO_2-ს აქვს ულტრაიისფერი სხივების შთანთქმის ფუნქცია. მცირე ნაწილაკების ზომით და მრავალრიცხოვანი ფრაქციებით, ეს მნიშვნელოვნად ზრდის ულტრაიისფერი სხივების დაბლოკვის ან ჩაჭრის ალბათობას.

2. ნანო-TiO2-ის მახასიათებლები მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში

2.1

მაღალი ულტრაიისფერი დამცავი ეფექტურობა

მზისგან დამცავი კოსმეტიკური საშუალებების ულტრაიისფერი დამცავი უნარი გამოიხატება მზისგან დამცავი ფაქტორით (SPF მნიშვნელობა) და რაც უფრო მაღალია SPF მნიშვნელობა, მით უკეთესია მზისგან დამცავი ეფექტი. ეს არის მზისგან დამცავი საშუალებებით დაფარული კანისთვის ყველაზე ნაკლებად შესამჩნევი ერითემის წარმოქმნისთვის საჭირო ენერგიის თანაფარდობა მზისგან დამცავი საშუალებების გარეშე კანისთვის იმავე ხარისხის ერითემის წარმოქმნისთვის საჭირო ენერგიასთან.

რადგან ნანო-TiO2 შთანთქავს და აფანტავს ულტრაიისფერ სხივებს, ის ითვლება ყველაზე იდეალურ ფიზიკურ მზისგან დამცავ საშუალებად როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ. ზოგადად, ნანო-TiO2-ის UVB გამოსხივებისგან დაცვის უნარი 3-4-ჯერ აღემატება ნანო-ZnO-ს.

2.2

შესაფერისი ნაწილაკების ზომის დიაპაზონი

ნანო-TiO2-ის ულტრაიისფერი დამცავი უნარი განისაზღვრება მისი შთანთქმის და გაფანტვის უნარით. რაც უფრო მცირეა ნანო-TiO2-ის საწყისი ნაწილაკების ზომა, მით უფრო ძლიერია ულტრაიისფერი შთანთქმის უნარი. რელეის სინათლის გაფანტვის კანონის თანახმად, არსებობს ოპტიმალური საწყისი ნაწილაკების ზომა ნანო-TiO2-ის მაქსიმალური გაფანტვის უნარისთვის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ულტრაიისფერ სხივებზე. ექსპერიმენტები ასევე აჩვენებს, რომ რაც უფრო გრძელია ულტრაიისფერი სხივების ტალღის სიგრძე, ნანო-TiO2-ის დამცავი უნარი უფრო მეტად არის დამოკიდებული მის გაფანტვის უნარზე; რაც უფრო მოკლეა ტალღის სიგრძე, მით უფრო მეტად არის მისი დაცვა დამოკიდებული მის შთანთქმის უნარზე.

2.3

შესანიშნავი დისპერსიულობა და გამჭვირვალობა

ნანო-TiO2-ის საწყისი ნაწილაკების ზომა 100 ნმ-ზე ნაკლებია, რაც გაცილებით ნაკლებია ხილული სინათლის ტალღის სიგრძეზე. თეორიულად, ნანო-TiO2-ს შეუძლია ხილული სინათლის გატარება სრულად გაფანტვის შემთხვევაში, ამიტომ ის გამჭვირვალეა. ნანო-TiO2-ის გამჭვირვალობის გამო, ის არ ფარავს კანს მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში დამატებისას. ამიტომ, მას შეუძლია კანის ბუნებრივი სილამაზის ჩვენება. გამჭვირვალობა ნანო-TiO2-ის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში. სინამდვილეში, ნანო-TiO2 გამჭვირვალეა, მაგრამ არა სრულიად გამჭვირვალე მზისგან დამცავ კოსმეტიკაში, რადგან ნანო-TiO2-ს აქვს პატარა ნაწილაკები, დიდი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და უკიდურესად მაღალი ზედაპირული ენერგია და ადვილად წარმოქმნის აგრეგატებს, რაც გავლენას ახდენს პროდუქტების დისპერსიულობასა და გამჭვირვალობაზე.

2.4

კარგი ამინდის წინააღმდეგობა

მზისგან დამცავი კოსმეტიკისთვის Nano-TiO2-ს გარკვეული ამინდისადმი (განსაკუთრებით სინათლისადმი) მდგრადობა სჭირდება. რადგან nano-TiO2-ს აქვს მცირე ნაწილაკები და მაღალი აქტივობა, ის ულტრაიისფერი სხივების შთანთქმის შემდეგ წარმოქმნის ელექტრონულ-ხვრელურ წყვილებს, ხოლო ზოგიერთი ელექტრონულ-ხვრელური წყვილი ზედაპირზე მიგრირებს, რაც იწვევს ატომურ ჟანგბადს და ჰიდროქსილის რადიკალებს წყალში, რომლებიც ადსორბირებულია nano-TiO2-ის ზედაპირზე, რომელსაც აქვს ძლიერი დაჟანგვის უნარი. ეს იწვევს პროდუქტების ფერის შეცვლას და სუნს სანელებლების დაშლის გამო. ამიტომ, ნანო-TiO2-ის ზედაპირზე უნდა დაიფაროს ერთი ან მეტი გამჭვირვალე იზოლაციური ფენა, როგორიცაა სილიციუმი, ალუმინი და ცირკონიუმი, მისი ფოტოქიმიური აქტივობის შესაჩერებლად.

3. ნანო-TiO2-ის ტიპები და განვითარების ტენდენციები

3.1

ნანო-TiO2 ფხვნილი

ნანო-TiO2 პროდუქტები იყიდება მყარი ფხვნილის სახით, რომელიც ნანო-TiO2-ის ზედაპირული თვისებების მიხედვით შეიძლება დაიყოს ჰიდროფილურ და ლიპოფილურ ფხვნილად. ჰიდროფილური ფხვნილი გამოიყენება წყალზე დაფუძნებულ კოსმეტიკაში, ხოლო ლიპოფილური ფხვნილი - ზეთზე დაფუძნებულ კოსმეტიკაში. ჰიდროფილური ფხვნილები, როგორც წესი, მიიღება არაორგანული ზედაპირული დამუშავებით. ამ უცხოური ნანო-TiO2 ფხვნილების უმეტესობას გავლილი აქვს სპეციალური ზედაპირული დამუშავება მათი გამოყენების სფეროების შესაბამისად.

3.2

კანის ფერი ნანო TiO2

რადგან ნანო-TiO2 ნაწილაკები წვრილია და ადვილად აფანატებენ ლურჯ სინათლეს ხილულ სინათლეში უფრო მოკლე ტალღის სიგრძით, მზისგან დამცავ კოსმეტიკურ საშუალებებში დამატებისას კანი ლურჯ ელფერს მიიღებს და არაჯანსაღ იერს მიიღებს. კანის ფერის შესატყვისად, კოსმეტიკურ ფორმულებს ადრეულ ეტაპზე ხშირად უმატებენ წითელ პიგმენტებს, როგორიცაა რკინის ოქსიდი. თუმცა, ნანო-TiO2 _ 2-სა და რკინის ოქსიდს შორის სიმკვრივისა და დასველების სხვაობის გამო, ხშირად წარმოიქმნება მცურავი ფერები.

4. ნანო-TiO2-ის წარმოების სტატუსი ჩინეთში

ჩინეთში ნანო-TiO2 _ 2-ის მცირე მასშტაბის კვლევები ძალიან აქტიურია და თეორიული კვლევის დონემ მსოფლიო მოწინავე დონეს მიაღწია, თუმცა გამოყენებითი და საინჟინრო კვლევები შედარებით ჩამორჩენილია და კვლევის მრავალი შედეგის სამრეწველო პროდუქტად გარდაქმნა შეუძლებელია. ნანო-TiO2-ის სამრეწველო წარმოება ჩინეთში 1997 წელს დაიწყო, იაპონიასთან შედარებით 10 წელზე მეტი ხნის შემდეგ.

ჩინეთში ნანო-TiO2 პროდუქტების ხარისხსა და საბაზრო კონკურენტუნარიანობას ორი მიზეზი ზღუდავს:

① გამოყენებითი ტექნოლოგიების კვლევა ჩამორჩება

გამოყენებითი ტექნოლოგიების კვლევამ უნდა გადაჭრას ნანო-TiO2-ის კომპოზიტურ სისტემებში დამატების პროცესისა და ეფექტის შეფასების პრობლემები. ნანო-TiO2-ის გამოყენებითი კვლევა მრავალ სფეროში სრულად არ არის განვითარებული და ზოგიერთ სფეროში, მაგალითად, მზისგან დამცავი კოსმეტიკის სფეროში, კვლევა ჯერ კიდევ საჭიროებს გაღრმავებას. გამოყენებითი ტექნოლოგიების კვლევის ჩამორჩენის გამო, ჩინეთის ნანო-TiO2_2 პროდუქტები ვერ ახერხებენ სერიული ბრენდების შექმნას სხვადასხვა სფეროს სპეციალური მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად.

② ნანო-TiO2-ის ზედაპირული დამუშავების ტექნოლოგია დამატებით შესწავლას საჭიროებს

ზედაპირის დამუშავება მოიცავს არაორგანულ და ორგანულ ზედაპირის დამუშავებას. ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგია შედგება ზედაპირის დამუშავების აგენტის ფორმულისგან, ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგიისგან და ზედაპირის დამუშავების აღჭურვილობისგან.

5. დასკვნითი შენიშვნები

მზისგან დამცავი კოსმეტიკაში ნანო-TiO2-ის გამჭვირვალობა, ულტრაიისფერი დამცავი თვისებები, დისპერსიულობა და სინათლისადმი მდგრადობა მისი ხარისხის შესაფასებლად მნიშვნელოვანი ტექნიკური მაჩვენებლებია, ხოლო ნანო-TiO2-ის სინთეზის პროცესი და ზედაპირული დამუშავების მეთოდი ამ ტექნიკური მაჩვენებლების დასადგენად გასაღებია.