Nanotecnologia e Nanomateriais: Dióxido de Titânio Nanométrico em Cosméticos de Proteção Solar

Nanotecnologia e Nanomateriais: Dióxido de Titânio Nanométrico em Cosméticos de Proteção Solar

Palavras de citação

Cerca de 5% dos raios solares são ultravioletas, com comprimento de onda ≤ 400 nm. Os raios ultravioleta da luz solar podem ser divididos em: raios ultravioleta de onda longa, com comprimento de onda de 320 nm a 400 nm, chamados de raios ultravioleta tipo A (UVA); raios ultravioleta de onda média, com comprimento de onda de 290 nm a 320 nm, chamados de raios ultravioleta tipo B (UVB); e raios ultravioleta de onda curta, com comprimento de onda de 200 nm a 290 nm, chamados de raios ultravioleta tipo C.

Devido ao seu curto comprimento de onda e alta energia, os raios ultravioleta têm grande poder destrutivo, podendo danificar a pele, causar inflamação ou queimaduras solares e, potencialmente, causar câncer de pele. O UVB é o principal fator que causa inflamação e queimaduras solares na pele.

1. o princípio de blindagem dos raios ultravioleta com nano TiO2

O TiO_2 é um semicondutor do tipo N. A forma cristalina do nano-TiO_2 utilizado em cosméticos protetores solares é geralmente rutilo, e sua largura de banda proibida é de 3,0 eV. Quando raios UV com comprimento de onda inferior a 400 nm irradiam TiO_2, os elétrons na banda de valência podem absorver os raios UV e serem excitados para a banda de condução, gerando pares elétron-lacuna simultaneamente, de modo que o TiO_2 desempenha a função de absorver os raios UV. Com tamanho de partícula pequeno e numerosas frações, isso aumenta significativamente a probabilidade de bloquear ou interceptar os raios ultravioleta.

2. Características do nano-TiO2 em cosméticos de proteção solar

2.1

Alta eficiência de proteção UV

A capacidade de proteção ultravioleta dos cosméticos protetores solares é expressa pelo fator de proteção solar (FPS), e quanto maior o FPS, melhor o efeito do protetor solar. A razão entre a energia necessária para produzir o menor eritema detectável na pele com protetor solar e a energia necessária para produzir eritema de igual intensidade na pele sem protetor solar.

Como o nano-TiO2 absorve e dispersa os raios ultravioleta, é considerado o protetor solar físico mais ideal no mercado nacional e internacional. Em geral, a capacidade do nano-TiO2 de proteger contra os raios UVB é de 3 a 4 vezes maior que a do nano-ZnO.

2.2

Faixa de tamanho de partícula adequada

A capacidade de blindagem ultravioleta do nano-TiO2 é determinada por sua capacidade de absorção e espalhamento. Quanto menor o tamanho original da partícula do nano-TiO2, maior a capacidade de absorção ultravioleta. De acordo com a lei de espalhamento de luz de Rayleigh, existe um tamanho original de partícula ideal para a máxima capacidade de espalhamento do nano-TiO2 aos raios ultravioleta com diferentes comprimentos de onda. Experimentos também mostram que quanto maior o comprimento de onda dos raios ultravioleta, a capacidade de blindagem do nano-TiO2 depende mais de sua capacidade de espalhamento; quanto menor o comprimento de onda, mais sua blindagem depende de sua capacidade de absorção.

2.3

Excelente dispersibilidade e transparência

O tamanho original das partículas do nano-TiO2 é inferior a 100 nm, muito menor que o comprimento de onda da luz visível. Teoricamente, o nano-TiO2 pode transmitir luz visível quando completamente disperso, sendo, portanto, transparente. Devido à sua transparência, o nano-TiO2 não cobre a pele quando adicionado a protetores solares. Portanto, pode revelar a beleza natural da pele. A transparência é um dos indicadores importantes do nano-TiO2 em protetores solares. De fato, o nano-TiO2 é transparente, mas não completamente transparente em protetores solares, pois possui partículas pequenas, grande área superficial específica e energia superficial extremamente alta, além de ser facilmente agregado, afetando a dispersibilidade e a transparência dos produtos.

2.4

Boa resistência às intempéries

O nano-TiO2 para cosméticos protetores solares requer certa resistência às intempéries (especialmente à luz). Como o nano-TiO2 possui partículas pequenas e alta atividade, ele gera pares de elétrons-buracos após absorver os raios ultravioleta, e alguns pares de elétrons-buracos migram para a superfície, resultando em oxigênio atômico e radicais hidroxila na água adsorvida na superfície do nano-TiO2, que possui forte capacidade de oxidação. Isso causa descoloração dos produtos e odor devido à decomposição de especiarias. Portanto, uma ou mais camadas isolantes transparentes, como sílica, alumina e zircônia, devem ser revestidas na superfície do nano-TiO2 para inibir sua atividade fotoquímica.

3. Tipos e tendências de desenvolvimento do nano-TiO2

3.1

Pó de nano-TiO2

Os produtos nano-TiO2 são comercializados na forma de pó sólido, que pode ser dividido em pó hidrofílico e pó lipofílico, de acordo com as propriedades de superfície do nano-TiO2. O pó hidrofílico é utilizado em cosméticos à base de água, enquanto o pó lipofílico é utilizado em cosméticos à base de óleo. Os pós hidrofílicos são geralmente obtidos por tratamento de superfície inorgânico. A maioria desses pós nano-TiO2 estrangeiros passou por um tratamento de superfície específico, de acordo com suas áreas de aplicação.

3.2

Cor da pele nano TiO2

Como as partículas de nano-TiO2 são finas e facilmente dispersam a luz azul com comprimento de onda mais curto na luz visível, quando adicionadas a cosméticos protetores solares, a pele apresentará um tom azulado e uma aparência pouco saudável. Para combinar com a cor da pele, pigmentos vermelhos, como o óxido de ferro, são frequentemente adicionados às fórmulas cosméticas nos estágios iniciais. No entanto, devido à diferença de densidade e molhabilidade entre o nano-TiO2 e o óxido de ferro, cores flutuantes são frequentes.

4. Status da produção de nano-TiO2 na China

A pesquisa em pequena escala sobre nano-TiO2 na China é muito ativa, e o nível de pesquisa teórica atingiu o nível mais avançado do mundo, mas a pesquisa aplicada e a pesquisa de engenharia estão relativamente atrasadas, e muitos resultados de pesquisa não podem ser transformados em produtos industriais. A produção industrial de nano-TiO2 na China começou em 1997, mais de 10 anos depois do Japão.

Há duas razões que restringem a qualidade e a competitividade de mercado dos produtos nano-TiO2 na China:

① A pesquisa em tecnologia aplicada está atrasada

A pesquisa em tecnologia de aplicação precisa solucionar os problemas de adição de processo e avaliação de efeito do nano-TiO2 em sistemas compósitos. A pesquisa de aplicação do nano-TiO2 em muitas áreas ainda não está totalmente desenvolvida, e a pesquisa em algumas áreas, como a de cosméticos para proteção solar, ainda precisa ser aprofundada. Devido ao atraso na pesquisa em tecnologia aplicada, os produtos nano-TiO2 da China não podem formar marcas seriadas para atender aos requisitos específicos de diferentes áreas.

② A tecnologia de tratamento de superfície do nano-TiO2 precisa de mais estudos

O tratamento de superfície inclui o tratamento de superfície inorgânico e o tratamento de superfície orgânico. A tecnologia de tratamento de superfície é composta pela fórmula do agente de tratamento de superfície, pela tecnologia de tratamento de superfície e pelo equipamento de tratamento de superfície.

5. Considerações finais

A transparência, o desempenho de proteção ultravioleta, a dispersibilidade e a resistência à luz do nano-TiO2 em cosméticos de proteção solar são índices técnicos importantes para julgar sua qualidade, e o processo de síntese e o método de tratamento de superfície do nano-TiO2 são a chave para determinar esses índices técnicos.