Nanotechnologie et nanomatériaux : dioxyde de titane nanométrique dans les cosmétiques solaires
Citations
Environ 5 % des rayons émis par le soleil sont des ultraviolets dont la longueur d'onde est inférieure ou égale à 400 nm. Les ultraviolets du soleil peuvent être divisés en : les ultraviolets de grande longueur d'onde, de 320 à 400 nm, appelés ultraviolets de type A (UVA) ; les ultraviolets de moyenne longueur d'onde, de 290 à 320 nm, appelés ultraviolets de type B (UVB) ; et les ultraviolets de courte longueur d'onde, de 200 à 290 nm, appelés ultraviolets de type C.
En raison de leur courte longueur d'onde et de leur énergie élevée, les rayons ultraviolets ont un grand pouvoir destructeur, pouvant endommager la peau, provoquer des inflammations ou des coups de soleil, et même provoquer de graves cancers de la peau. Les UVB sont les principaux responsables des inflammations cutanées et des coups de soleil.
1. le principe de protection contre les rayons ultraviolets avec du nano TiO2
Le TiO_2 est un semi-conducteur de type N. La forme cristalline du nano-TiO_2 utilisé dans les cosmétiques solaires est généralement le rutile, et sa bande passante interdite est de 3,0 eV. Lorsque des rayons UV de longueur d'onde inférieure à 400 nm irradient le TiO_2, les électrons de la bande de valence peuvent absorber les rayons UV et être excités vers la bande de conduction, ce qui génère simultanément des paires électron-trou. Le TiO_2 a donc pour fonction d'absorber les rayons UV. Grâce à sa petite taille de particules et à ses nombreuses fractions, il augmente considérablement la probabilité de bloquer ou d'intercepter les rayons ultraviolets.
2. Caractéristiques du nano-TiO2 dans les cosmétiques solaires
2.1
Haute efficacité de protection UV
La capacité de protection contre les ultraviolets des cosmétiques solaires est exprimée par le facteur de protection solaire (FPS). Plus ce facteur est élevé, plus l'effet de protection solaire est efficace. Il s'agit du rapport entre l'énergie nécessaire pour produire l'érythème le plus faiblement détectable sur une peau enduite de produit solaire et l'énergie nécessaire pour produire un érythème de même intensité sur une peau non protégée.
Le nano-TiO2, absorbe et diffuse les rayons ultraviolets, ce qui en fait l'écran solaire physique idéal, tant au niveau national qu'international. En général, sa capacité à protéger des UVB est 3 à 4 fois supérieure à celle du nano-ZnO.
2.2
Gamme de granulométrie appropriée
La capacité de protection contre les ultraviolets du nano-TiO2 dépend de ses capacités d'absorption et de diffusion. Plus la taille des particules de nano-TiO2 est petite, plus leur capacité d'absorption est élevée. Selon la loi de Rayleigh sur la diffusion de la lumière, il existe une taille de particule optimale pour la diffusion maximale des rayons ultraviolets par le nano-TiO2 à différentes longueurs d'onde. Les expériences montrent également que plus la longueur d'onde des rayons ultraviolets est grande, plus la capacité de protection du nano-TiO2 dépend de sa capacité de diffusion ; plus la longueur d'onde est courte, plus sa capacité de protection dépend de sa capacité d'absorption.
2.3
Excellente dispersibilité et transparence
La taille des particules du nano-TiO₂ est inférieure à 100 nm, soit bien inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible. Théoriquement, le nano-TiO₂ peut transmettre la lumière visible lorsqu'il est complètement dispersé, ce qui le rend transparent. Grâce à sa transparence, il ne recouvre pas la peau lorsqu'il est ajouté aux produits de protection solaire. Il permet ainsi de préserver la beauté naturelle de la peau. La transparence est l'un des principaux attributs du nano-TiO₂ dans les produits de protection solaire. En effet, le nano-TiO₂ est transparent, mais pas totalement transparent dans les produits de protection solaire. En effet, ses particules sont petites, sa grande surface spécifique et son énergie de surface extrêmement élevée. Il a tendance à s'agglomérer, ce qui affecte la dispersibilité et la transparence des produits.
2.4
Bonne résistance aux intempéries
Le nano-TiO₂ utilisé dans les cosmétiques solaires requiert une certaine résistance aux intempéries (notamment à la lumière). Étant donné la petite taille de ses particules et sa forte activité, le nano-TiO₂ génère des paires électron-trou après absorption des rayons ultraviolets. Certaines de ces paires migrent vers la surface, entraînant la formation d'oxygène atomique et de radicaux hydroxyles dans l'eau adsorbée à sa surface, laquelle possède un fort pouvoir oxydant. La décomposition des épices entraîne une décoloration des produits et des odeurs. Par conséquent, une ou plusieurs couches isolantes transparentes, telles que la silice, l'alumine et la zircone, doivent être appliquées à la surface du nano-TiO₂ afin d'inhiber son activité photochimique.
3. Types et tendances de développement du nano-TiO2
3.1
Poudre de nano-TiO2
Les produits à base de nano-TiO2 sont vendus sous forme de poudre solide, divisée en poudre hydrophile et poudre lipophile selon les propriétés de surface du nano-TiO2. La poudre hydrophile est utilisée dans les cosmétiques à base d'eau, tandis que la poudre lipophile est utilisée dans les cosmétiques à base d'huile. Les poudres hydrophiles sont généralement obtenues par traitement de surface inorganique. La plupart de ces poudres de nano-TiO2 étrangères ont subi un traitement de surface spécifique en fonction de leur domaine d'application.
3.2
Couleur de peau nano TiO2
Les particules de nano-TiO2 étant fines et diffusant facilement la lumière bleue, dont la longueur d'onde est plus courte dans le visible, leur incorporation dans les crèmes solaires peut donner à la peau une teinte bleutée et un aspect malsain. Afin d'harmoniser la couleur de la peau, des pigments rouges, comme l'oxyde de fer, sont souvent ajoutés aux formules cosmétiques dès les premières étapes de leur fabrication. Cependant, en raison de la différence de densité et de mouillabilité entre le nano-TiO2_2 et l'oxyde de fer, des couleurs flottantes apparaissent souvent.
4. État de la production de nano-TiO2 en Chine
La recherche à petite échelle sur le nano-TiO2_2 est très active en Chine, et le niveau de recherche théorique a atteint le niveau le plus avancé au niveau mondial. Cependant, la recherche appliquée et la recherche en ingénierie sont relativement en retard, et de nombreux résultats de recherche ne peuvent être transformés en produits industriels. La production industrielle de nano-TiO2 en Chine a débuté en 1997, soit plus de dix ans après celle du Japon.
Il y a deux raisons qui limitent la qualité et la compétitivité du marché des produits nano-TiO2 en Chine :
1 La recherche en technologie appliquée est à la traîne
La recherche sur les technologies d'application doit résoudre les problèmes d'intégration des procédés et d'évaluation des effets du nano-TiO2 dans les systèmes composites. La recherche sur les applications du nano-TiO2 dans de nombreux domaines n'est pas encore pleinement développée, et la recherche dans certains domaines, comme les cosmétiques solaires, doit encore être approfondie. En raison du retard de la recherche sur les technologies appliquées, les produits chinois à base de nano-TiO2 ne peuvent pas être commercialisés en série pour répondre aux exigences spécifiques des différents secteurs.
② La technologie de traitement de surface du nano-TiO2 nécessite des études plus approfondies
Le traitement de surface comprend les traitements de surface inorganiques et organiques. La technologie de traitement de surface comprend la formule de l'agent de traitement, la technologie de traitement de surface et l'équipement de traitement de surface.
5. Remarques finales
La transparence, les performances de protection contre les ultraviolets, la dispersibilité et la résistance à la lumière du nano-TiO2 dans les cosmétiques solaires sont des indices techniques importants pour juger de sa qualité, et le processus de synthèse et la méthode de traitement de surface du nano-TiO2 sont la clé pour déterminer ces indices techniques.
Date de publication : 04/07/2022