紫外线是太阳光中对人体危害较大的一种光波。过度照射紫外线,会使皮肤产生红斑、黑斑,使皮肤老化,严重的会引发皮肤癌。近年来,随着人们对紫外线认识的提高及保健意识的增强,防晒型化妆品的开发、应用逐渐成为一个科研热点。纳米二氧化钛VK-T02由于具有高折光性和高光活性,一直被作为一种主要的防晒剂。纳米二氧化钛VK-T02因有着更为优越的性能而被广泛重视,被用于新型、优质防晒化妆品的研究和开发,逐步显示其特殊的优越性和广阔的应用前景。
1 纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02的防晒机理
按照波长的不同,紫外线分为短波区190～280 nm、中波区280～320 nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。
纳米二氧化钛VK-T02的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛VK-T02的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线,主要吸收中波区紫外线。
由此可见, 纳米二氧化钛VK-T02对不同波长紫外线的防晒机理不一样,对长波区紫外线的阻隔以散射为主,对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。
纳米二氧化钛VK-T02由于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更强的阻隔能力。
2 纳米二氧化钛(VK-T02)的防晒性能及应用前景
由于紫外线对人体有很大的危害性,发达国家近些年来比较重视防晒产品的研究、开发,相继推出了多种多样的抗紫外纤维、塑料、薄膜、涂料,以及防晒膏霜、粉底、口红、摩丝、火局油膏等防晒化妆品。我国近年来也加大了防晒化装品的研究和生产。
但以往防晒剂多为二苯甲酮类、邻氨基苯甲酮类、水杨酸酯类、对氨基苯甲酸类、肉桂酸酯类等有机化合物,因而不稳定、寿命短,并且副作用较大,具有一定的毒性和刺激性,如果添加过量,会产生化学性过敏,甚至可能导致皮肤癌。
而纳米二氧化钛VK-T02为无机成分,具有优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移性和较强的消色力、遮盖力,较低的腐蚀性,良好的易分散性,并且无毒、无味、无刺激性,使用安全,还兼有杀菌除臭的作用。更为重要的是,如前所述,纳米二氧化钛既能吸收紫外线,又能发射、散射紫外线,因此抗紫外线的能力强,与同样剂量的有机抗紫外剂相比,它在紫外区的吸收峰更高;而且纳米二氧化钛对中波区和长波区紫外线均有阻隔作用,不象有机抗紫外剂只是单一对中波区或长波区紫外线有屏蔽作用。特别是由于其颗粒较细,制成品透明度高,能透过可见光,加入化妆品使用时皮肤白度自然,克服了有的有机物或颜料级二氧化钛不透明,使皮肤呈现不自然的苍白色的缺点。
正因为如此, 纳米二氧化钛VK-T02很快被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外剂,成为当今防晒化妆品中性能优越一种物理屏蔽型抗紫外剂。
随着人们生活水平的提高和国际竞争的加剧,安全、高效防晒型化妆品的研究、开发力度将逐步加大。目前,发达国家的防晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。1999 、2000 年,美国的年销售额已分别达7. 37 、7. 65 亿美元,英国达2. 45 、2. 70 亿美元,而且近年来分别以20 %、10 %以上的速度增长,其中纳米二氧化钛的用量也逐年大幅度增长。日本抗紫外化妆品中纳米二氧化钛的年需求量在1 000 t 以上,纺织、塑料、橡胶制品中的用量更大。
从防晒化妆品的发展趋势来看,一是无机防晒剂代替有机防晒剂,二是仿生防晒。后者成本较大,目前难以推广,前者价格适中,且防晒性能优越,因而被普遍看好。尤其是纳米二氧化钛 VK-T02,由于具有较为优越的性能和应用前景,因而发展势头和市场潜力较好。
3 纳米二氧化钛VK-T02在防晒化妆品中的应用选择
3. 1 晶型的选择
常用二氧化钛属正方晶体,其晶型有金红石型及锐钛矿型两种,前者可通过后者煅烧制得,因而晶格结构更完善,在热力学上更为稳定。
从折光率来看,金红石型为2. 7 ,锐钛矿型为2. 3 ,因此,金红石型对紫外线的发射、散射能力较强,而吸收力较弱。
通过对其表面进行研究,结果发现,在有氧气存在的情况下,金红石型的光活性比锐钛矿型的弱。这可能由于:1)金红石型产生电子2空穴对速率较快,更容易以热量或其它形式释放光能;2) 金红石型在热处理时逐渐失水,减少了表面羟基;3) 金红石型的氧气交换能力较弱,较不易吸收氧气。
因此,从保持稳定、增强屏蔽作用、减少二氧化钛光活性、降低其光危害性的角度出发,在化妆品中应尽量采用金红石型二氧化钛。
3. 2 粒径的选择
纳米二氧化钛VK-T02微粒的大小与其抗紫外能力密切相关。当其粒径等于或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。紫外线的波长在190～400 nm 之间,因此纳米二氧化钛VK-T02的粒径不能大于200 nm , 最好不大于100nm。但是,也不是颗粒越小越好,粒度太小容易团聚,不利于分散,还易于堵塞皮肤的毛孔,不利于透气和汗液的排除。一般说来,当其粒径在30～100 nm 之间时,对紫外线的屏蔽效果最好,同时能透过可见光,使皮肤的白度显得更富自然美。因此,最好设法将化妆品用二氧化钛的大小控制在此范围内。
4 结论
纳米二氧化钛VK-T02由于有着较高的折光性和光活性,因而成为一种性能优越的新型防晒剂,在防晒化妆品的应用中具有较好的发展前景。