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納米TiO領(lǐng)域中的應(yīng)用
化妝品用納米二氧化鈦具有安全無(wú)毒、能屏蔽紫外線、消色力(或著色力)高、遮蓋力強(qiáng)或透明度高、色相好、色譜廣等許多優(yōu)異性能，已越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外化妝品配方設(shè)計(jì)師的青睞，成為高檔化妝品中最重要和用量最大的無(wú)機(jī)添加劑。但由于納米二氧化鈦具有光學(xué)活性，而且其本身為強(qiáng)極性物質(zhì)，在有機(jī)介質(zhì)中不易分散，都極大地限制了其在化妝品中的應(yīng)用。為解決上述問(wèn)題，許多國(guó)家均在研究對(duì)其進(jìn)行表面改性的工藝，增強(qiáng)其耐候性并改善其分散性，并因而形成了彩色納米二氧化鈦等適合化妝品用的系列產(chǎn)品。由于需求量大、附加值高，化妝品用納米二氧化鈦已成為世界許多顏料生產(chǎn)廠商競(jìng)相開發(fā)和生產(chǎn)的熱點(diǎn)。下面將介紹納米二氧化鈦在化妝品中的應(yīng)用。
一(防曬
1.機(jī)理:
二氧化鈦由于具有高折光性和高光活性,一直被作為一種主要的防曬劑。
紫外線對(duì)人體傷害的一般是中波區(qū)和長(zhǎng)波區(qū)紫外線。
二氧化鈦的抗紫外線能力與其粒徑有關(guān):
當(dāng)粒徑較大時(shí),對(duì)紫外線的阻隔是以反射、散射為主,且對(duì)中波區(qū)和長(zhǎng)波區(qū)紫外線均有效。防曬機(jī)理是簡(jiǎn)單的遮蓋,屬一般的物理防曬,防曬能力較弱。
當(dāng)粒徑較小時(shí)對(duì)中波區(qū)紫外線的吸收性明顯增強(qiáng)。其防曬機(jī)理是吸收紫外線,主要吸收中波區(qū)紫外線。
由此可見,二氧化鈦對(duì)不同波長(zhǎng)紫外線的防曬機(jī)理不一樣,對(duì)長(zhǎng)波區(qū)紫外線的阻隔以散射
納米二氧化鈦由于粒徑小,活性大,既能反射、散為主,對(duì)中波區(qū)紫外線的阻隔以吸收為主。
射紫外線,又能吸收紫外線,從而對(duì)紫外線有更強(qiáng)的阻隔能力。
2.優(yōu)點(diǎn):
納米二氧化鈦為無(wú)機(jī)成分,具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及非遷移性和較強(qiáng)的消色力、遮蓋力,較低的腐蝕性,良好的易分散性,并且無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)刺激性,使用安全,還兼有殺菌除臭的作用。
更為重要的是,如前所述,納米二氧化鈦既能吸收紫外線,又能發(fā)射、散射紫外線,因此抗紫外線的能力強(qiáng),與同樣劑量的有機(jī)抗紫外劑相比,它在紫外區(qū)的吸收峰更高;
而且納米二氧化鈦對(duì)中波區(qū)和長(zhǎng)波區(qū)紫外線均有阻隔作用,不象有機(jī)抗紫外劑只是單一對(duì)中波區(qū)或長(zhǎng)波區(qū)紫外線有屏蔽作用。
3.例子:
透明型二氧化鈦。
理論上，當(dāng)晶體粒徑小于100納米時(shí)，二氧化鈦就失去對(duì)可見光的散射力，變成透明型二氧化鈦。為保證足夠的透明度，商品透明型二氧化鈦原級(jí)粒徑一般控制在10-50納米。
這種透明型二氧化鈦因無(wú)毒，具有能顯露皮膚真面目的透明度，而且具有更強(qiáng)的紫外線屏蔽(吸收K反射)作用，可取代被懷疑有一定毒性的有機(jī)紫外線吸收劑，從而被化妝品配方設(shè)計(jì)師們所看好。而且，這種二氧化鈦對(duì)陽(yáng)光中的長(zhǎng)波(380-320)紫外線UV-A中波(320-290)紫外線UV-B和短波(290-200)紫外線UV-C都有很強(qiáng)的屏蔽作用，
而合成的有機(jī)紫外線吸收劑只能屏蔽一種紫外線UV-A或UV-B。為了提高這種二氧化鈦的分散性，需對(duì)其進(jìn)行處理。一種方法是用羧酸或硅氧烷一類物質(zhì)對(duì)二氧化鈦進(jìn)行表面改性處理;另一種方法是制備預(yù)分散體。
為使防曬化妝品能更接近皮膚的顏色，并防止因部分反射短波長(zhǎng)的藍(lán)色光而使皮膚產(chǎn)生不健康的藍(lán)色相外觀，國(guó)外開發(fā)了膚色透明型二氧化鈦。其制法有兩種:一種是用含鐵化合物對(duì)這種二氧化鈦進(jìn)行表面包膜處理;另一種是以鐵為摻雜劑對(duì)這種二氧化鈦進(jìn)行摻雜處理。
二(呈現(xiàn)自然膚色的美白
二氧化鈦著色力極低，將其制成膚色粉末,生產(chǎn)中不需另加顏料，避免了大量色素加入對(duì)人體造成危害,同時(shí)也避免了化妝品久放后,色素析出。
納米二氧化鈦微粒的大小與其抗紫外能力密切相關(guān)。當(dāng)其粒徑等于或小于光波波長(zhǎng)的一半時(shí),對(duì)光的反射、散射量最大,屏蔽效果最好。紫外線的波長(zhǎng)在190~400nm之間,因此納米二氧化鈦的粒徑不能大于200nm,最好不大于100nm。但是,也不是顆粒越小越好,粒度太小容易團(tuán)聚,不利于分散,還易于堵塞皮膚的毛孔,不利于透氣和汗液的排除。一般說(shuō)來(lái),當(dāng)其粒徑在30~100nm之間時(shí),對(duì)紫外線的屏蔽效果最好。
由于其顆粒較細(xì),制成品透明度高,能透過(guò)可見光,加入化妝品使用時(shí)皮膚白度自然,克服了有的有機(jī)物或顏料級(jí)二氧化鈦不透明,使皮膚呈現(xiàn)不自然的蒼白色的缺點(diǎn)。
三(自然變妝— 光致變色二氧化鈦
光致變色是指由于光線照射使物質(zhì)顏色改變,照射一終止,物質(zhì)又恢復(fù)到原來(lái)的顏色。
銳鈦型水合二氧化鈦中加入微量氧化鐵,在750?,885?范圍內(nèi)于大氣中煅燒,即可制得光致變色的二氧化鈦。將這種二氧化鈦用于粉底霜中,這種化妝品涂在皮膚上,在室外太陽(yáng)光照射下是一種顏色,回到室內(nèi)又變成另一種顏色,使在室內(nèi)外均得到自然的化妝效果。
四(黑色顏料—鈦黑
現(xiàn)在黑色化妝品中所用的碳黑,具有黑度高,著色力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但它是疏水性的物質(zhì),在水中難以分散。另?yè)?jù)報(bào)道其含有3,42苯丙芘等致癌物質(zhì)。日本已開始采用一種新的黑色粉末顏料,即用二氧化鈦經(jīng)還原制成低價(jià)氧化鈦黑色顏料。低價(jià)氧化鈦和氮氧化鈦統(tǒng)稱為鈦黑。
用高純度二氧化鈦為原料,在氨氣中還原可得到氮氧化鈦黑色顏料。由于生產(chǎn)過(guò)程中未帶入對(duì)人體有害的雜質(zhì),因此,該法制備的鈦黑安全無(wú)毒,適用于化妝品中的黑色顏料,如生產(chǎn)眉筆、睫毛膏等。鈦黑的主要性能:粒徑015Λm,019Λm,色調(diào)L值8,10,耐熱溫度500?。
五(云母鈦珠光顏料
云母鈦珠光顏料由于能賦予人們以珍珠般的外觀、似金屬的閃爍感以及富于變幻的隨角異色(雙色)效應(yīng)，再加上無(wú)毒，被化妝品配方設(shè)計(jì)師所珍愛。
傳統(tǒng)的云母鈦珠光顏料有銀白色類、虹彩色類和金色類，目前開發(fā)了銀灰色和藍(lán)灰色云母鈦珠光顏料，國(guó)外一般采用三種途徑(1)在云母片上:沉積一層二氧化鈦之后，再沉積一層鈦酸鐵;(2)在沉積一層二氧化鈦后，再沉積一層含有0.1%到1%炭黑的沉積層;(3)將云母上的第一層二氧化鈦還原成黑色調(diào)的低價(jià)氧化鈦，再沉積一層二氧化鈦。
六(包核型含鈦顏料
為了防止化妝品中各固相物因密度和粒度的差異而發(fā)生色差、偏析和色斑等，近年來(lái)為化妝品開發(fā)了多種包核型顏料，其中包括含二氧化鈦的包核型顏料。
例如，以多孔性尼龍為母核，以二氧化鈦和氧化鐵顏料顆粒為子粒，按一定比例，用機(jī)械沖擊力，牢固地將兩種粒子錨著在母核上，便形成一種化妝品用的膚色包核型顏料。用它與其它成分制成的粉底霜，不產(chǎn)生色差、偏析和色斑現(xiàn)象。
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