纳米钛白粉知识

纳米钛白粉知识

二氧化钛主要生产厂家排名（前六名）：杜邦（DuPont）、美礼联无机化工（缩写MIC，前SCM）、科美基（Kerr-McGee缩写KMG）、亨兹曼（Huntsman）和国家铅业公司（缩写NL，其生产二氧化钛的子公司是德国的康诺斯-Kronos），第6名是日本的石原产业（缩写ISK）。

二，钛白粉性质及应用范围

2-1钛白粉性质二氧化钛是一种多晶型的化合物，在自然界中有3种结晶形态：金红石

三，二氧化钛纳米材料紫外线吸收特性的应用

3-1紫外线介绍紫外线为日光中波长为200-400nm的射线，约占日光的6.1%，按波长不同分为三个区段：长波紫外线UV A（320-400nm）、中波紫外线UVB（280-320nm）和短波紫外线UVC（200-280nm）。其中绝大部分UVC可以被大气臭氧层吸收，紫外线中能对人体皮肤产生生理作用的主要是UV A和UVB。紫外线对皮肤的危害：绝大部分的UVB在表皮层即被吸收，皮肤产生急性红斑效应，形成黑色素，发生急性皮炎，通常称为日光晒斑；UV A辐射能量占紫外线能量的98%，绝大部分能够透过真皮，少量的甚至透过真皮下的皮下组织，辐射穿透力远远大于UVB，长期照射积累，会逐渐破坏弹力纤维，使肌肉失去弹性，引起皮肤松弛，出现皱纹、雀斑和老年斑。紫外线过量照射容易引起皮肤癌。

3-2二氧化钛纳米材料紫外线吸收机理

一般TiO2纳米材料的粒径小于100nm，可以有效地散射和吸收紫外线，具有很强的紫外线屏蔽能力。散射原理：当紫外线作用到介质中的TiO2纳米粒子时，由于粒子尺寸小于紫外线的波长，TiO2纳米材料中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同），成为二次波源，向各个方向发射电磁波，即紫外线的散射。吸收原理：TiO2是一种n型半导体，锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，金红石型TiO2的禁带宽度为

3.0eV，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生电子-空穴对，紫外

线的能量被吸收，再以热量或产生荧光的形式释放能量，不对皮肤造成伤害。

3-3化妆品防晒剂的选择原则

⑴安全无毒。无皮肤刺激性，无致癌性；

⑵良好的紫外线吸收性能，最好可同时对UVA和UVB起到良好的防护作用；

⑶皮肤附着性佳，具有防水性能，即耐水又耐汗；

⑷要求防晒剂本身的色泽浅、气味小，无臭味。怪味，外观颜色符合要求；

⑸热稳定性好，被紫外线照射后不分解、不变色，挥发性小，不与配方中其它成分起

化学反应；

⑹有适当的溶解性，可与化妆品其它成分配伍；

⑺价格便宜，原料易得。

3-4TiO2纳米材料紫外线屏蔽能力的影响因素

TiO2纳米材料为粒径在10-100nm的白色无机小颗粒，无毒性，无臭味、怪味，紫外线照射下不分解，不易与其它化学成分反应，能够在透过可见光的同时有效地屏蔽UV A和UVB，具有极强的紫外线吸收能力。最突出的特点是：安全性和有效性。影响TiO2纳米材料紫外线吸收能力主要有以下几个因素：

⑴晶型从保持稳定、增强屏蔽作用、减少光活性以及降低其光危害性的角度出发，

在化妆品中尽量使用金红石型TiO2，各晶型TiO2性能对比表：

⑵粒径TiO2纳米材料的粒径大小与其抗紫外线能力密切相关，当其粒径等于或者小

于光波波长的一半时，对光的反射、散射量最大，屏蔽效果最好。紫外线的波长为190-400nm，因此TiO2的粒径不能大于200nm，最好不大于100nm。粒径太小的问题：比表面积大，颗粒易团聚，对分散不利；易堵塞皮肤毛孔，不利于透气和排汗。TiO2纳米材料的最佳粒径范围是30-100nm，对紫外线的屏蔽效果最好，同时透过可见光，使皮肤的白度显得更自然，不会太白。

⑶制备方法TiO2纳米材料的制备方法可分为干法和湿法两大类。湿法制得的金红石

型TiO2纳米材料分散性比干法的好，但是晶型不纯，光活性较强，尽量避免用来做化妆品防晒剂。干法制得的金红石型产物晶型纯度较高，光活性小，主要的问题是分散性差，需要通过对其进行表面处理来解决。因此，我们应该选用干法工艺的金红石型TiO2纳米材料作为化妆品防晒剂。

⑷表面改性工艺因TiO2纳米材料颗粒细小，比表面积较大、比表面能较高，具有较

强极性，光催化活性强，易致化妆品中的香精、油脂和营养物质氧化分解，使化妆品变质变味。可通过对TiO2纳米材料表面进行改性处理。未经表面处理的TiO2纳米材料表面是亲水的，不能很好的分散于化妆品内其它有机基质材料中去。常用的改性方法是在TiO2纳米材料表面包覆氧化铝、氧化硅等无机物或者有机硅氧烷、硬脂酸等有机物以克服以上困难。

四，TiO2纳米材料介绍

4-1纳米材料定义纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的材料，它是一种典型的介观系统，处于原子族和宏观物体交界的过渡区域，既非微观系统，也非宏观系统，具有一系列特异的物理化学性质。纳米材料可分为两个层次，即纳米微粒和纳米固体。纳米微粒是指单个纳米尺寸的超微粒子，纳米微粒的集合体称为超微粉末或纳米粉。纳米固体是由纳米微粒聚集而成，它包括三维纳米块体、二维纳米薄膜和一维纳米线。纳米粒子（有时称为纳米晶）的特性主要有四方面效应：小尺寸效应、大比表面积、量子尺寸效应和量子隧道效应。

4-2TiO2纳米材料的特性主要有三大特性：超微性、高效光催化活性和紫外吸收性。

4-3TiO2纳米材料对皮肤的作用经试验，一般情况下TiO2纳米材料只在皮肤角质层表面成膜，无法进入表皮、真皮及皮下组织，最可能进入皮肤的方式是进入毛囊孔。在皮肤表面容易被洗去。另外，有极少研究认为，TiO2纳米材料可通过皮肤角质层的细胞间隙而非毛囊孔进入皮肤颗粒层；也有研究认为，在使用含TiO2纳米材料的防晒剂时，会导致在田间作业的人特别是饮酒嗜好者对有毒除草剂通过皮肤吸收的增加。

4-4TiO2纳米材料对皮肤功能的影响TiO2纳米材料吸收紫外线后会产生自由基，极有可能对皮肤造成损伤。产生自由基的原理：由于TiO2纳米材料的电子结构是由价电子带和空轨道形成的导带构成的，当其受到紫外线照射时，比其禁带宽度（锐钛矿型为

3.2eV，金红石型为3.0eV）能量大的光线被吸收，使价带的电子激发至导带，结果使

价带产生空穴，形成容易移动且活性极强的电子-空穴对。这样的电子-空穴对，一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或者产生荧光的形式释放能量；另一方面可解离成在晶格中自由迁移到晶格表面或其它反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。通常情况下，TiO2会使表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基。种种试验结果表明，TiO2纳米材料在紫外线的照射下，可能会使皮肤角质层失去抵御能力；在紫外线的照射下，TiO2纳米材料在人体皮肤上所产生（光催化反应）的ROS（活性氧族）会改变细胞的某些正常功能；TiO2纳米材料影响细胞行为的程度不取决于样品表面积，较小的纳米颗粒和较大的纳米颗粒效果相当，真正与