Nanotecnología y nanomateriales: dióxido de titanio nanométrico en cosméticos de protección solar

Nanotecnología y nanomateriales: dióxido de titanio nanométrico en cosméticos de protección solar

Palabras de cita

Aproximadamente el 5% de los rayos que emite el sol son ultravioleta con una longitud de onda ≤400 nm. Los rayos ultravioleta de la luz solar se dividen en: rayos ultravioleta de onda larga con una longitud de onda de 320 nm a 400 nm, denominados rayos ultravioleta de tipo A (UVA); rayos ultravioleta de onda media con una longitud de onda de 290 nm a 320 nm, denominados rayos ultravioleta de tipo B (UVB); y rayos ultravioleta de onda corta con una longitud de onda de 200 nm a 290 nm, denominados rayos ultravioleta de tipo C.

Debido a su corta longitud de onda y alta energía, los rayos ultravioleta tienen un gran poder destructivo, que puede dañar la piel, causar inflamación o quemaduras solares y causar cáncer de piel grave. La radiación UVB es el principal factor causante de inflamación y quemaduras solares.

1. El principio de protección contra los rayos ultravioleta con nano TiO2

El TiO₂ es un semiconductor de tipo N. La forma cristalina del nano-TiO₂, utilizado en cosméticos de protección solar, generalmente es rutilo, y su ancho de banda prohibido es de 3,0 eV. Cuando el TiO₂ se irradia con rayos UV con una longitud de onda inferior a 400 nm, los electrones de la banda de valencia pueden absorber los rayos UV y excitarse a la banda de conducción, generando simultáneamente pares electrón-hueco. Por lo tanto, el TiO₂ absorbe los rayos UV. Su pequeño tamaño de partícula y su gran cantidad de fracciones aumentan considerablemente la probabilidad de bloquear o interceptar los rayos ultravioleta.

2. Características del nano-TiO2 en cosméticos de protección solar

2.1

Alta eficiencia de protección contra los rayos UV

La capacidad de protección ultravioleta de los cosméticos de protección solar se expresa mediante el factor de protección solar (FPS), y cuanto mayor sea el FPS, mejor será el efecto protector. La relación entre la energía necesaria para producir el eritema más bajo detectable en la piel tratada con productos de protección solar y la energía necesaria para producir un eritema del mismo grado en la piel sin productos de protección solar.

Dado que el nano-TiO₂ absorbe y dispersa los rayos ultravioleta, se considera el protector solar físico más ideal, tanto en el país como en el extranjero. En general, la capacidad del nano-TiO₂ para protegerse de los rayos UVB es de 3 a 4 veces mayor que la del nano-ZnO.

2.2

Rango de tamaño de partícula adecuado

La capacidad de protección ultravioleta del nano-TiO₂ se determina por su capacidad de absorción y dispersión. Cuanto menor sea el tamaño de partícula original del nano-TiO₂, mayor será su capacidad de absorción ultravioleta. Según la ley de Rayleigh de dispersión de la luz, existe un tamaño de partícula original óptimo para la máxima capacidad de dispersión del nano-TiO₂ a los rayos ultravioleta de diferentes longitudes de onda. Los experimentos también demuestran que, cuanto mayor sea la longitud de onda de los rayos ultravioleta, mayor será la capacidad de protección del nano-TiO₂ de su capacidad de dispersión; cuanto menor sea la longitud de onda, mayor será su capacidad de protección de su capacidad de absorción.

2.3

Excelente dispersabilidad y transparencia.

El tamaño de partícula original del nano-TiO₂ es inferior a 100 nm, mucho menor que la longitud de onda de la luz visible. En teoría, el nano-TiO₂ puede transmitir luz visible cuando está completamente disperso, por lo que es transparente. Gracias a esta transparencia, no cubre la piel al añadirse a cosméticos de protección solar. Por lo tanto, puede realzar la belleza natural de la piel. La transparencia es uno de los indicadores importantes del nano-TiO₂ en cosméticos de protección solar. De hecho, el nano-TiO₂ es transparente, pero no completamente transparente en cosméticos de protección solar, ya que el nano-TiO₂ tiene partículas pequeñas, una gran superficie específica y una energía superficial extremadamente alta, y es fácil que forme agregados, lo que afecta la dispersabilidad y la transparencia de los productos.

2.4

Buena resistencia a la intemperie

El nano-TiO₂ para cosméticos de protección solar requiere cierta resistencia a la intemperie (especialmente a la luz). Debido a su pequeño tamaño y alta actividad, genera pares electrón-hueco tras absorber los rayos ultravioleta, y algunos pares electrón-hueco migran a la superficie, lo que resulta en la adsorción de oxígeno atómico y radicales hidroxilo en el agua sobre la superficie del nano-TiO₂, que posee una fuerte capacidad de oxidación. Esto provoca decoloración de los productos y olores debido a la descomposición de las especias. Por lo tanto, se debe recubrir la superficie del nano-TiO₂ con una o más capas aislantes transparentes, como sílice, alúmina y zirconio, para inhibir su actividad fotoquímica.

3. Tipos y tendencias de desarrollo del nano-TiO2

3.1

Polvo de nano-TiO2

Los productos de nano-TiO₂ se comercializan en forma de polvo sólido, que puede clasificarse en polvo hidrófilo y polvo lipófilo según sus propiedades superficiales. El polvo hidrófilo se utiliza en cosméticos a base de agua, mientras que el polvo lipófilo se utiliza en cosméticos a base de aceite. Los polvos hidrófilos se obtienen generalmente mediante un tratamiento superficial inorgánico. La mayoría de estos polvos de nano-TiO₂ foráneos se han sometido a un tratamiento superficial especial según sus campos de aplicación.

3.2

Nano TiO2 de color de piel

Debido a que las nanopartículas de TiO₂ son finas y dispersan fácilmente la luz azul, con una longitud de onda más corta en la luz visible, al añadirlas a cosméticos de protección solar, la piel adquiere un tono azulado y un aspecto poco saludable. Para igualar el color de la piel, se suelen añadir pigmentos rojos, como el óxido de hierro, a las fórmulas cosméticas en las primeras etapas. Sin embargo, debido a la diferencia de densidad y humectabilidad entre las nanopartículas de TiO₂ y el óxido de hierro, a menudo se producen colores flotantes.

4. Estado de la producción de nano-TiO2 en China

La investigación a pequeña escala sobre nano-TiO₂₂ en China es muy activa, y el nivel de investigación teórica ha alcanzado un nivel avanzado mundial. Sin embargo, la investigación aplicada y la investigación en ingeniería están relativamente atrasadas, y muchos resultados de investigación no pueden transformarse en productos industriales. La producción industrial de nano-TiO₂ en China comenzó en 1997, más de 10 años después que en Japón.

Hay dos razones que restringen la calidad y la competitividad del mercado de los productos nano-TiO2 en China:

① La investigación en tecnología aplicada se queda atrás

La investigación en tecnología de aplicaciones necesita resolver los problemas de la incorporación de nano-TiO₂ y la evaluación de sus efectos en sistemas compuestos. La investigación sobre las aplicaciones de nano-TiO₂ en muchos campos aún no se ha desarrollado plenamente, y la investigación en algunos, como los cosméticos de protección solar, aún requiere mayor profundización. Debido al retraso en la investigación en tecnología aplicada, los productos de nano-TiO₂ de China no pueden formar marcas en serie que satisfagan las necesidades específicas de los diferentes sectores.

② La tecnología de tratamiento de superficies de nano-TiO2 necesita más estudios.

El tratamiento de superficies incluye el tratamiento inorgánico y el tratamiento orgánico. La tecnología de tratamiento de superficies se compone de la fórmula del agente, la tecnología y el equipo de tratamiento de superficies.

5. Observaciones finales

La transparencia, el rendimiento de protección ultravioleta, la dispersabilidad y la resistencia a la luz del nano-TiO2 en los cosméticos de protección solar son índices técnicos importantes para juzgar su calidad, y el proceso de síntesis y el método de tratamiento de la superficie del nano-TiO2 son la clave para determinar estos índices técnicos.