納米材料———關(guān)于納米二氧化鈦在防曬產(chǎn)品中的應(yīng)用

1、納米二氧化鈦納米二氧化鈦VK-T02VK-T02在防曬產(chǎn)品中的應(yīng)用在防曬產(chǎn)品中的應(yīng)用國國111 沈琪沈琪 5120111008 紫外線是太陽光中對人體危害較大的紫外線是太陽光中對人體危害較大的一種光波。過度照射紫外線，會使皮膚產(chǎn)一種光波。過度照射紫外線，會使皮膚產(chǎn)生紅斑、黑斑，使皮膚老化，嚴(yán)重的引發(fā)生紅斑、黑斑，使皮膚老化，嚴(yán)重的引發(fā)皮膚癌。皮膚癌。 近年來，隨著人們對紫外線認(rèn)識的提近年來，隨著人們對紫外線認(rèn)識的提高和保健意識的增強(qiáng)，防曬型化妝品的開高和保健意識的增強(qiáng)，防曬型化妝品的開發(fā)、應(yīng)用逐漸成為一個科研熱點。發(fā)、應(yīng)用逐漸成為一個科研熱點。 納米二氧化鈦納米二氧化鈦 VK-T02由于具有高

2、折由于具有高折光性和高光活性光性和高光活性,一直被作為一種主要的防一直被作為一種主要的防曬劑。納米二氧化鈦曬劑。納米二氧化鈦 VK-T02因有著更為因有著更為優(yōu)越的性能而被廣泛重視優(yōu)越的性能而被廣泛重視,被用于新型優(yōu)質(zhì)被用于新型優(yōu)質(zhì)防曬化妝品的研究和開發(fā)防曬化妝品的研究和開發(fā),逐步顯示其特殊逐步顯示其特殊的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。 納米二氧化鈦的基本概況納米二氧化鈦的基本概況納米二氧化鈦的粒徑僅為納米二氧化鈦的粒徑僅為10-50nm,是具有屏蔽是具有屏蔽紫外線功能和產(chǎn)生顏色效應(yīng)的一種透明物質(zhì)。紫外線功能和產(chǎn)生顏色效應(yīng)的一種透明物質(zhì)。由于它透明性和防紫外線性的高度統(tǒng)一，

3、使得由于它透明性和防紫外線性的高度統(tǒng)一，使得它一經(jīng)問世，便在防曬護(hù)膚、塑料薄膜制品、它一經(jīng)問世，便在防曬護(hù)膚、塑料薄膜制品、木器保護(hù)、透明耐用面漆、精細(xì)陶瓷等多方面木器保護(hù)、透明耐用面漆、精細(xì)陶瓷等多方面獲得了廣泛應(yīng)用。特別是在獲得了廣泛應(yīng)用。特別是在80年代末期，這種年代末期，這種能夠產(chǎn)生誘人能夠產(chǎn)生誘人“隨角異色隨角異色”效應(yīng)的顏料被成功效應(yīng)的顏料被成功的應(yīng)用于豪華型高級轎車面漆之后，引起了世的應(yīng)用于豪華型高級轎車面漆之后，引起了世界范圍的普遍關(guān)注，發(fā)達(dá)國家如美、日、歐等界范圍的普遍關(guān)注，發(fā)達(dá)國家如美、日、歐等國對此研究工作十分活躍，相繼投入了大量人國對此研究工作十分活躍，相繼投入了大量人

4、力、物力，并制定了長遠(yuǎn)規(guī)劃。迄今他們已取力、物力，并制定了長遠(yuǎn)規(guī)劃。迄今他們已取得許多令人驚異的效果，并已形成高技術(shù)納米得許多令人驚異的效果，并已形成高技術(shù)納米材料產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)這種附加值極高的高功能精細(xì)材料產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)這種附加值極高的高功能精細(xì)無機(jī)材料，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，無機(jī)材料，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，納米氧化物材料也正成為我國產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱納米氧化物材料也正成為我國產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點。點。合成方法合成方法合成納米二氧化鈦的方法主要有熔膠合成納米二氧化鈦的方法主要有熔膠-凝膠法（凝膠法（S-G方法）、氣象法（方法）、氣象法（CVD）的膠溶法。利用金屬醇鹽的水解和縮聚的膠溶法。利用

5、金屬醇鹽的水解和縮聚作用的溶膠作用的溶膠-凝膠法，作為一種制備納凝膠法，作為一種制備納米粉末的有效方法，已經(jīng)合成了均勻性米粉末的有效方法，已經(jīng)合成了均勻性好的二氧化鈦凝膠和納米二氧化鈦粒子，好的二氧化鈦凝膠和納米二氧化鈦粒子，但這種方法成本較高。而但這種方法成本較高。而CVD法則在技法則在技術(shù)和材質(zhì)方面要求較高，工藝復(fù)雜，投術(shù)和材質(zhì)方面要求較高，工藝復(fù)雜，投資大。相比較而言，溶膠法工藝簡單得資大。相比較而言，溶膠法工藝簡單得多，但缺點是原料來源少且價格不等。多，但缺點是原料來源少且價格不等。用水熱法能制成高濃度二氧化鈦，但產(chǎn)用水熱法能制成高濃度二氧化鈦，但產(chǎn)物的晶粒較大。采用硫酸法鈦白粉生產(chǎn)物

6、的晶粒較大。采用硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的中間產(chǎn)品偏鈦酸為原料，成功的制得的中間產(chǎn)品偏鈦酸為原料，成功的制得了熱穩(wěn)定性好，粒度均勻，分散性好的了熱穩(wěn)定性好，粒度均勻，分散性好的銳鈦礦型二氧化鈦納米粒子。銳鈦礦型二氧化鈦納米粒子。納米二氧化鈦VK-T02的防曬機(jī)理按照波長的不同按照波長的不同,紫外線分為短波區(qū)紫外線分為短波區(qū)190280 nm、中波區(qū)、中波區(qū)280320 nm、長波區(qū)、長波區(qū)320400nm。短波區(qū)紫外線能量最高。短波區(qū)紫外線能量最高,但在但在經(jīng)過離臭氧層時被阻擋經(jīng)過離臭氧層時被阻擋,因此因此,對人體傷害的對人體傷害的一般是中波區(qū)和長波區(qū)紫外線。一般是中波區(qū)和長波區(qū)紫外線。 納米二氧化鈦

7、納米二氧化鈦VK-T02的強(qiáng)抗紫外線能力由于其具有高的強(qiáng)抗紫外線能力由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外線能力及其機(jī)理徑與其折光性和高光活性。其抗紫外線能力及其機(jī)理徑與其粒徑相關(guān)：粒徑較大時，對紫外線的阻隔是以反射、粒徑相關(guān)：粒徑較大時，對紫外線的阻隔是以反射、散射為主，且對中波區(qū)和長波區(qū)紫外線均有效。散射為主，且對中波區(qū)和長波區(qū)紫外線均有效。防曬機(jī)理是簡單的遮蓋，屬一般的物理防曬，防曬能防曬機(jī)理是簡單的遮蓋，屬一般的物理防曬，防曬能力較弱；隨著粒徑的減小，光線能透過納米二氧化鈦力較弱；隨著粒徑的減小，光線能透過納米二氧化鈦VK-T02的粒子面，對長波區(qū)紫外線的反射、散射性不的粒子面，對長波

8、區(qū)紫外線的反射、散射性不明顯，而對中波區(qū)紫外線的吸收性明顯增強(qiáng)。其防曬明顯，而對中波區(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，主要是吸收中波區(qū)紫外線。機(jī)理是吸收紫外線，主要是吸收中波區(qū)紫外線。納米二氧化鈦納米二氧化鈦VK-T02對不同波長紫外線的防曬機(jī)理不對不同波長紫外線的防曬機(jī)理不一樣，對長波紫外線的阻隔以散射為主，對中波區(qū)紫一樣，對長波紫外線的阻隔以散射為主，對中波區(qū)紫外線的阻隔以吸收為主。外線的阻隔以吸收為主。納米二氧化鈦納米二氧化鈦VK-T02由于粒徑小，活性大，既能反射、由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，從而對紫外線有更強(qiáng)散射紫外線，又能吸收紫外線，從

9、而對紫外線有更強(qiáng)的阻隔能力。的阻隔能力。以往防曬劑多為二苯甲酮類、鄰氨基苯以往防曬劑多為二苯甲酮類、鄰氨基苯甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、肉桂酸酯類等有機(jī)化合物，因為不穩(wěn)定、肉桂酸酯類等有機(jī)化合物，因為不穩(wěn)定、壽命短，并且副作用較大，具有一定的壽命短，并且副作用較大，具有一定的毒性和刺激性，如果添加過量，會產(chǎn)生毒性和刺激性，如果添加過量，會產(chǎn)生化學(xué)性過敏，甚至可能導(dǎo)致皮膚癌?；瘜W(xué)性過敏，甚至可能導(dǎo)致皮膚癌。納米二氧化鈦納米二氧化鈦VK-T02為無機(jī)成分，具有為無機(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

10、色力、遮蓋力，較低的腐性和較強(qiáng)的消色力、遮蓋力，較低的腐蝕性，良好的以分散性，并且五毒、無蝕性，良好的以分散性，并且五毒、無味、無刺激性，使用安全，還兼有殺菌味、無刺激性，使用安全，還兼有殺菌除臭的作用。除臭的作用。納米二氧化鈦納米二氧化鈦VK-T02的防曬性能的防曬性能納米二氧化鈦既能吸收紫外線納米二氧化鈦既能吸收紫外線,又能反射、又能反射、散射紫外線散射紫外線,因此抗紫外線的能力強(qiáng)因此抗紫外線的能力強(qiáng),與同與同樣劑量的有機(jī)抗紫外劑相比樣劑量的有機(jī)抗紫外劑相比,它在紫外區(qū)它在紫外區(qū)的吸收峰更高的吸收峰更高;而且納米二氧化鈦對中波而且納米二氧化鈦對中波區(qū)和長波區(qū)紫外線均有阻隔作用區(qū)和長波區(qū)紫外

11、線均有阻隔作用,不象有不象有機(jī)抗紫外劑只是單一對中波區(qū)或長波區(qū)機(jī)抗紫外劑只是單一對中波區(qū)或長波區(qū)紫外線有屏蔽作用。特別是由于其顆粒紫外線有屏蔽作用。特別是由于其顆粒較細(xì)較細(xì),制成品透明度高制成品透明度高,能透過可見光能透過可見光,加加入化妝品使用時皮膚白度自然入化妝品使用時皮膚白度自然,克服了有克服了有的有機(jī)物或顏料級二氧化鈦不透明的有機(jī)物或顏料級二氧化鈦不透明,使皮使皮膚呈現(xiàn)不自然的蒼白色的缺點。膚呈現(xiàn)不自然的蒼白色的缺點。正因為如此正因為如此, 納米二氧化鈦納米二氧化鈦 VK-T02很快很快被廣泛重視并逐步取代一些有機(jī)抗紫外被廣泛重視并逐步取代一些有機(jī)抗紫外劑劑,成為當(dāng)今防曬化妝品中性能優(yōu)

12、越一種成為當(dāng)今防曬化妝品中性能優(yōu)越一種物理屏蔽型抗紫外劑。物理屏蔽型抗紫外劑。 過去，二氧化鈦納米粒子被視為是無過去，二氧化鈦納米粒子被視為是無毒的，因為它們不會激起化學(xué)反應(yīng)。毒的，因為它們不會激起化學(xué)反應(yīng)。 美國加州大學(xué)洛杉磯分校強(qiáng)森綜合癌美國加州大學(xué)洛杉磯分校強(qiáng)森綜合癌癥研究中心病理學(xué)、放射腫瘤學(xué)和環(huán)境衛(wèi)癥研究中心病理學(xué)、放射腫瘤學(xué)和環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)教授羅伯特生科學(xué)教授羅伯特席斯特爾的研究表明，席斯特爾的研究表明，二氧化鈦納米粒子一旦進(jìn)入體內(nèi)，會在不二氧化鈦納米粒子一旦進(jìn)入體內(nèi)，會在不同器官中累積，導(dǎo)致單鏈和雙鏈同器官中累積，導(dǎo)致單鏈和雙鏈DNA斷裂，斷裂，并造成染色體損傷以及炎癥，從而增加患

13、并造成染色體損傷以及炎癥，從而增加患上癌癥的風(fēng)險。上癌癥的風(fēng)險。二氧化鈦納米粒子具有可遺傳二氧化鈦納米粒子具有可遺傳毒性 研究人員給實驗小鼠的飲用水中加入研究人員給實驗小鼠的飲用水中加入了二氧化鈦納米粒子，在飲用這種水后的了二氧化鈦納米粒子，在飲用這種水后的第五天，小鼠體內(nèi)便呈現(xiàn)出遺傳損傷。第五天，小鼠體內(nèi)便呈現(xiàn)出遺傳損傷。 席斯特爾指出，鈦本身具有化學(xué)惰性，席斯特爾指出，鈦本身具有化學(xué)惰性，但當(dāng)粒子變得越來越小后，反過來其表面但當(dāng)粒子變得越來越小后，反過來其表面相應(yīng)會變得越來越大，粒子表面與環(huán)境間相應(yīng)會變得越來越大，粒子表面與環(huán)境間相互作用，會引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)。這些粒相互作用，會引發(fā)氧化應(yīng)激

14、反應(yīng)。這些粒子太小，可以到達(dá)身體的任何部位，甚至子太小，可以到達(dá)身體的任何部位，甚至可以穿過細(xì)胞，并干擾亞細(xì)胞機(jī)制，而身可以穿過細(xì)胞，并干擾亞細(xì)胞機(jī)制，而身體卻沒有辦法來消除它們。體卻沒有辦法來消除它們。 這是一種新型的毒性機(jī)制，亦是一種物理化學(xué)這是一種新型的毒性機(jī)制，亦是一種物理化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)?！翱赡苣承┳园l(fā)性癌癥就與暴露在這些粒子可能某些自發(fā)性癌癥就與暴露在這些粒子之中有關(guān)。之中有關(guān)?！毕固貭栒f，席斯特爾說，“對于這些納米粒子，對于這些納米粒子，有些人會比其他人更敏感。我認(rèn)為人們對這些納米有些人會比其他人更敏感。我認(rèn)為人們對這些納米粒子的毒性研究還不充分。粒子的毒性研究還不充分?！?席斯

15、特爾稱，研究首次顯示了納米粒子具有如席斯特爾稱，研究首次顯示了納米粒子具有如此效果。他說：此效果。他說：“這是第一個關(guān)于二氧化鈦納米粒這是第一個關(guān)于二氧化鈦納米粒子引發(fā)的遺傳毒性的全面研究，這種遺傳毒性可能子引發(fā)的遺傳毒性的全面研究，這種遺傳毒性可能由與發(fā)炎或氧化應(yīng)激相關(guān)的次級機(jī)制引發(fā)的。目前由與發(fā)炎或氧化應(yīng)激相關(guān)的次級機(jī)制引發(fā)的。目前這些納米顆粒的應(yīng)用在逐漸擴(kuò)大，此類發(fā)現(xiàn)引起了這些納米顆粒的應(yīng)用在逐漸擴(kuò)大，此類發(fā)現(xiàn)引起了對于其潛在健康危害的關(guān)注。對于其潛在健康危害的關(guān)注?！?接下來，席斯特爾和他的小組將繼續(xù)研究，分析有接下來，席斯特爾和他的小組將繼續(xù)研究，分析有DNA修復(fù)修復(fù)缺陷的老鼠暴露在

16、這種納米粒子環(huán)境下的缺陷的老鼠暴露在這種納米粒子環(huán)境下的狀況，希望能找到一種方法來預(yù)測哪些人會對這類狀況，希望能找到一種方法來預(yù)測哪些人會對這類納米粒子特別敏感。納米粒子特別敏感。 市場潛力市場潛力 隨著人們生活水平的提高和國際競爭的加隨著人們生活水平的提高和國際競爭的加劇劇,安全、高效防曬型化妝品的研究、開安全、高效防曬型化妝品的研究、開發(fā)力度將逐步加大。目前發(fā)力度將逐步加大。目前,發(fā)達(dá)國家的防發(fā)達(dá)國家的防曬型化妝品市場已顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。曬型化妝品市場已顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。1999 、2000 年年,美國的年銷售額已分別美國的年銷售額已分別達(dá)達(dá)7. 37 、7. 65 億美元億美元,英國達(dá)英國達(dá)2. 45 、2. 70 億美元億美元,而且近年來分別以而且近年來分別以20 %、10 %以上的速度增長以上的速度增長,其中納米二氧化鈦的用其中納米二氧化鈦的用量也逐年大幅度增長。日本抗紫外化妝品量也逐年大幅度增長。日本抗紫外化妝品中納米二氧化鈦的年需求量在中納米二氧化鈦的年需求量在1 000 t 以以上上,紡織、塑料、