纳米材料———关于纳米二氧化钛在防晒产品中的应用

1、纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02VK-T02 在防晒产品中的应用在防晒产品中的应用 国国111 沈琪沈琪 5120111008 紫外线是太阳光中对人体危害较大的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，严重的引发生红斑、黑斑，使皮肤老化，严重的引发 皮肤癌。皮肤癌。 近年来，随着人们对紫外线认识的提近年来，随着人们对紫外线认识的提 高和保健意识的增强，防晒型化妆品的开高和保健意识的增强，防晒型化妆品的开 发、应用逐渐成为一个科研热点。发、应用逐渐成为一个科研热点。 纳米二氧化钛纳米二氧化钛 VK-T

2、02由于具有高折由于具有高折 光性和高光活性光性和高光活性,一直被作为一种主要的防一直被作为一种主要的防 晒剂。纳米二氧化钛晒剂。纳米二氧化钛 VK-T02因有着更为因有着更为 优越的性能而被广泛重视优越的性能而被广泛重视,被用于新型优质被用于新型优质 防晒化妆品的研究和开发防晒化妆品的研究和开发,逐步显示其特殊逐步显示其特殊 的优越性和广阔的应用前景。的优越性和广阔的应用前景。 纳米二氧化钛的基本概况纳米二氧化钛的基本概况 纳米二氧化钛的粒径仅为纳米二氧化钛的粒径仅为10-50nm,是具有屏蔽是具有屏蔽 紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。 由于它

3、透明性和防紫外线性的高度统一，使得由于它透明性和防紫外线性的高度统一，使得 它一经问世，便在防晒护肤、塑料薄膜制品、它一经问世，便在防晒护肤、塑料薄膜制品、 木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面 获得了广泛应用。特别是在获得了广泛应用。特别是在80年代末期，这种年代末期，这种 能够产生诱人能够产生诱人“随角异色随角异色”效应的颜料被成功效应的颜料被成功 的应用于豪华型高级轿车面漆之后，引起了世的应用于豪华型高级轿车面漆之后，引起了世 界范围的普遍关注，发达国家如美、日、欧等界范围的普遍关注，发达国家如美、日、欧等 国对此研究工作十分活跃，相继投入了大

4、量人国对此研究工作十分活跃，相继投入了大量人 力、物力，并制定了长远规划。迄今他们已取力、物力，并制定了长远规划。迄今他们已取 得许多令人惊异的效果，并已形成高技术纳米得许多令人惊异的效果，并已形成高技术纳米 材料产业，生产这种附加值极高的高功能精细材料产业，生产这种附加值极高的高功能精细 无机材料，收到良好的经济效益和社会效益，无机材料，收到良好的经济效益和社会效益， 纳米氧化物材料也正成为我国产业界关注的热纳米氧化物材料也正成为我国产业界关注的热 点。点。 合成方法合成方法 合成纳米二氧化钛的方法主要有熔胶合成纳米二氧化钛的方法主要有熔胶- 凝胶法（凝胶法（S-G方法）、气象法（方法）、气

5、象法（CVD） 的胶溶法。利用金属醇盐的水解和缩聚的胶溶法。利用金属醇盐的水解和缩聚 作用的溶胶作用的溶胶-凝胶法，作为一种制备纳凝胶法，作为一种制备纳 米粉末的有效方法，已经合成了均匀性米粉末的有效方法，已经合成了均匀性 好的二氧化钛凝胶和纳米二氧化钛粒子，好的二氧化钛凝胶和纳米二氧化钛粒子， 但这种方法成本较高。而但这种方法成本较高。而CVD法则在技法则在技 术和材质方面要求较高，工艺复杂，投术和材质方面要求较高，工艺复杂，投 资大。相比较而言，溶胶法工艺简单得资大。相比较而言，溶胶法工艺简单得 多，但缺点是原料来源少且价格不等。多，但缺点是原料来源少且价格不等。 用水热法能制成高浓度二氧

6、化钛，但产用水热法能制成高浓度二氧化钛，但产 物的晶粒较大。采用硫酸法钛白粉生产物的晶粒较大。采用硫酸法钛白粉生产 的中间产品偏钛酸为原料，成功的制得的中间产品偏钛酸为原料，成功的制得 了热稳定性好，粒度均匀，分散性好的了热稳定性好，粒度均匀，分散性好的 锐钛矿型二氧化钛纳米粒子。锐钛矿型二氧化钛纳米粒子。 纳米二氧化钛VK-T02的防晒机理 按照波长的不同按照波长的不同,紫外线分为短波区紫外线分为短波区190 280 nm、中波区、中波区280320 nm、长波区、长波区 320400nm。短波区紫外线能量最高。短波区紫外线能量最高,但在但在 经过离臭氧层时被阻挡经过离臭氧层时被阻挡,因此因

7、此,对人体伤害的对人体伤害的 一般是中波区和长波区紫外线。一般是中波区和长波区紫外线。 纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02的强抗紫外线能力由于其具有高的强抗紫外线能力由于其具有高 折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理径与其折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理径与其 粒径相关：粒径较大时，对紫外线的阻隔是以反射、粒径相关：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。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力较

8、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，主要是吸收中波区紫外线。机理是吸收紫外线，主要是吸收中波区紫外线。 纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02对不同波长紫外线的防晒机理不对不同波长紫外线的防晒机理不 一样，对长波紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫一样，对长波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。外线的阻隔以吸收为主。 纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02由于粒径小，

9、活性大，既能反射、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。的阻隔能力。 以往防晒剂多为二苯甲酮类、邻氨基苯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、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，因为不稳定、肉桂酸酯类等有机化合物，因为不稳定、 寿命短，并且副作用较大，具有一定的寿命短，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。化学性过敏，甚至可能导致皮肤癌。 纳米二

10、氧化钛纳米二氧化钛VK-T02为无机成分，具有为无机成分，具有 优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移 性和较强的消色力、遮盖力，较低的腐性和较强的消色力、遮盖力，较低的腐 蚀性，良好的以分散性，并且五毒、无蚀性，良好的以分散性，并且五毒、无 味、无刺激性，使用安全，还兼有杀菌味、无刺激性，使用安全，还兼有杀菌 除臭的作用。除臭的作用。 纳米二氧化钛纳米二氧化钛VK-T02的防晒性能的防晒性能 纳米二氧化钛既能吸收紫外线纳米二氧化钛既能吸收紫外线,又能反射、又能反射、 散射紫外线散射紫外线,因此抗紫外线的能力强因此抗紫外线的能力强,与同与同 样剂量的有机抗紫外剂相

11、比样剂量的有机抗紫外剂相比,它在紫外区它在紫外区 的吸收峰更高的吸收峰更高;而且纳米二氧化钛对中波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区和长波区紫外线均有阻隔作用,不象有不象有 机抗紫外剂只是单一对中波区或长波区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。特别是由于其颗粒紫外线有屏蔽作用。特别是由于其颗粒 较细较细,制成品透明度高制成品透明度高,能透过可见光能透过可见光,加加 入化妆品使用时皮肤白度自然入化妆品使用时皮肤白度自然,克服了有克服了有 的有机物或颜料级二氧化钛不透明的有机物或颜料级二氧化钛不透明,使皮使皮 肤呈现不自然的苍白色的缺点。肤呈现不自然的苍白色的

12、缺点。 正因为如此正因为如此, 纳米二氧化钛纳米二氧化钛 VK-T02很快很快 被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外 剂剂,成为当今防晒化妆品中性能优越一种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。物理屏蔽型抗紫外剂。 过去，二氧化钛纳米粒子被视为是无过去，二氧化钛纳米粒子被视为是无 毒的，因为它们不会激起化学反应。毒的，因为它们不会激起化学反应。 美国加州大学洛杉矶分校强森综合癌美国加州大学洛杉矶分校强森综合癌 症研究中心病理学、放射肿瘤学和环境卫症研究中心病理学、放射肿瘤学和环境卫 生科学教授罗伯特生科学教授罗伯特席斯特尔的研究表明，席斯特尔的研

13、究表明， 二氧化钛纳米粒子一旦进入体内，会在不二氧化钛纳米粒子一旦进入体内，会在不 同器官中累积，导致单链和双链同器官中累积，导致单链和双链DNA断裂，断裂， 并造成染色体损伤以及炎症，从而增加患并造成染色体损伤以及炎症，从而增加患 上癌症的风险。上癌症的风险。 二氧化钛纳米粒子具有可遗传二氧化钛纳米粒子具有可遗传毒性 研究人员给实验小鼠的饮用水中加入研究人员给实验小鼠的饮用水中加入 了二氧化钛纳米粒子，在饮用这种水后的了二氧化钛纳米粒子，在饮用这种水后的 第五天，小鼠体内便呈现出遗传损伤。第五天，小鼠体内便呈现出遗传损伤。 席斯特尔指出，钛本身具有化学惰性，席斯特尔指出，钛本身具有化学惰性，

14、 但当粒子变得越来越小后，反过来其表面但当粒子变得越来越小后，反过来其表面 相应会变得越来越大，粒子表面与环境间相应会变得越来越大，粒子表面与环境间 相互作用，会引发氧化应激反应。这些粒相互作用，会引发氧化应激反应。这些粒 子太小，可以到达身体的任何部位，甚至子太小，可以到达身体的任何部位，甚至 可以穿过细胞，并干扰亚细胞机制，而身可以穿过细胞，并干扰亚细胞机制，而身 体却没有办法来消除它们。体却没有办法来消除它们。 这是一种新型的毒性机制，亦是一种物理化学这是一种新型的毒性机制，亦是一种物理化学 反应。反应。“可能某些自发性癌症就与暴露在这些粒子可能某些自发性癌症就与暴露在这些粒子 之中有关

15、。之中有关。”席斯特尔说，席斯特尔说，“对于这些纳米粒子，对于这些纳米粒子， 有些人会比其他人更敏感。我认为人们对这些纳米有些人会比其他人更敏感。我认为人们对这些纳米 粒子的毒性研究还不充分。粒子的毒性研究还不充分。” 席斯特尔称，研究首次显示了纳米粒子具有如席斯特尔称，研究首次显示了纳米粒子具有如 此效果。他说：此效果。他说：“这是第一个关于二氧化钛纳米粒这是第一个关于二氧化钛纳米粒 子引发的遗传毒性的全面研究，这种遗传毒性可能子引发的遗传毒性的全面研究，这种遗传毒性可能 由与发炎或氧化应激相关的次级机制引发的。目前由与发炎或氧化应激相关的次级机制引发的。目前 这些纳米颗粒的应用在逐渐扩大，

16、此类发现引起了这些纳米颗粒的应用在逐渐扩大，此类发现引起了 对于其潜在健康危害的关注。对于其潜在健康危害的关注。” 接下来，席斯特尔和他的小组将继续研究，分析有接下来，席斯特尔和他的小组将继续研究，分析有 DNA修复修复缺陷的老鼠暴露在这种纳米粒子环境下的缺陷的老鼠暴露在这种纳米粒子环境下的 状况，希望能找到一种方法来预测哪些人会对这类状况，希望能找到一种方法来预测哪些人会对这类 纳米粒子特别敏感。纳米粒子特别敏感。 市场潜力市场潜力 随着人们生活水平的提高和国际竞争的加随着人们生活水平的提高和国际竞争的加 剧剧,安全、高效防晒型化妆品的研究、开安全、高效防晒型化妆品的研究、开 发力度将逐步加大。目前发力度将逐步加大。目前,发达国家的防发达国家的防 晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。 1999 、2000 年年,美国的年销售额已分别美国的年销售额已分别 达达7. 37 、7. 65 亿美元亿美元,英国达英国达2. 45 、2. 70 亿美元亿美元,而且近年来分别以而且近年来分别以20 %、10 % 以上的速度增长以上的速度增长,其中纳米二氧化钛的用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中纳米二氧化钛的年需求量在1 000 t 以以 上上,纺织、塑料、橡