纳米二氧化钛在化妆品中的应用
前言
70年代以前。晒黑皮肤曾作为保健关键的标志,但今天人们逐渐认识到过度暴晒是皮肤保健的大敌。因此,以防止遭紫外线伤害为目的的防晒产品发展很快,越来越受到人们的重视。
紫外线是一种比可见波长短的电磁波,其波长在200~400nm之间,按波长的长短还可再细分为短波UVC(190~280nm)、中波UVB(280~320nm)和长波UVA(320~400nm)。紫外线UVC的短波可被距地面25Km上空的臭氧层吸收阻挡,到达不了地面。所以,一般日晒是由UVA和UVB引起的。
UVA对皮肤穿透力强,能够穿透皮肤和真皮层,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。若紫外线照射过量,还容易引起皮肤癌。
UVB能够到达地面,能使皮肤表面细胞内的核酸或蛋白质变性,皮肤变红、产生红斑(晒斑),在皮肤上形成黑色素,发生急性皮炎,常称为日光晒斑。所以说紫外线是皮肤健康的大敌。美国每年有近50万名皮肤癌新患者,而研究结果证明,在这些患者中受日光因素影响致癌的占98%以上。
近年来世界发达国家。如美国、日本、德国、英国、澳大利亚等国积极进行了防晒剂的开发研究。美国50%以上的化妆品中都添加了防晒剂。值得提出的是,以往的化妆品只要求屏蔽UVB;最近研究认为:加强UVA的防护应是当今防晒产品发展趋势之一。因为UVA的穿透能力远远大于UVB,它对人体的影响占紫外线总量的大部分,且具有累积性,大多是不可逆的,会进一步导致皮肤癌。
1 新型防晒剂——纳米二氧化钛
普通二氧化钛的粒径为0.2~0.3um(200~300nm),它对整个可见光谱都具有同等程度的强烈反射,因此外观呈白色、遮盖力很强、颗粒近似圆形,而纳米二氧化钛的粒径只有普通二氧化钛粒径的1/10,一般只有10~50nm,颗粒呈棒状,光线通过二氧化钛粒子后发生绕射,因此呈透明而失去遮盖力。纳米二氧化钛有吸收紫外线的功能,它在全部紫外光区(UVC+UVB+UVA)都具有有效的紫外线滤除能力,加上它化学性质稳定(熔点>1800℃、热分解温度超过2000℃)、无毒(大鼠的LD50>5000mg/kg)而得到广泛的应用。
防晒剂的种类很多,但由于纳米TiO2的许多优越性能,使它逐渐登上了世界防晒品的舞台。据近年来对日本销售的37种防晒化妆品进行分析,发现其中的大多数产品含有纳米TiO2。据预测在化妆品方面,日本每年作为防晒剂、化装粉底和口红等的原料,就需求纳米TiO21000吨。我国化妆品行业近年来也推出了一系列以物理防晒或高防晒因子为特点的品牌化妆品,其产品中都含有纳米二氧化钛。
2 化妆品用纳米二氧化钛特性
2.1 超微细Tio2 的粒径与晶型
TiO2的粒径对光散射和遮盖力有较大的影响。当粒径与光波之比极大时,粒子的遮盖效果与粒子的截面成反比,粒径越小,光的屏蔽面积越大。在粒径与光波长同级时,粒径为波长的1/2左右光散射最大。粒径与光波之比及小时,光散射系数降低(与粒径的6次方成正比),遮盖力降低,透明度增加。所以,纳米TiO2 粒径有一最佳范围,不是越小越好,应为透明性高、且能防止紫外线的粒子为理想化妆品的原料。由表1—4可知,粒径一般为30—50nm为佳。
至于超细TiO2 的晶型,回答是肯定的,金红石型优于锐钛型。
2.2 TiO2 的表面处理
用于化妆品的超微细TiO2 ,除了必须具备优良的吸收紫外线和良好的透明性之外,希望它们具有良好的分散性、耐候性、使用感良好、不发生因光产生的黑化及不显示光催化活性等等。为了封闭纳米 TiO2的催化活性,提高稳定性和分散性,需要对纳米TiO2进行表面处理。表面处理剂分为无机物和有机物两种晶型。一般地讲,用无机物进行TiO2表面处理,主要目的是降低TiO2的光催化活性。提高耐候性与稳定性,有机物进行TiO2表面处理的主要目的是改进TiO2在不同介质中的分散性。
3.3 防晒剂的复配
一般单独使用任何一种防晒剂都不能取得满意的结果。因此,在配方中应选择两种或两种以上的防晒剂复合使用。近年来,化妆品开发 要求粉体原料多样化、完善化以及最大限度地提高其附加价值,复合粉体的制造与研究取得了很大发 展。出现了有机—无机、无机—有机、无机—无机等多功能复合粉体。
崛野政章等用二甲基硅氧烷处理超细Tio2,使其在化妆品中分散性良好,具有很强的吸收紫外线效果,而且这些二氧化钛的光活性和光催化性能差,长期使用稳定性高。黑田章裕等将纳米二氧化钛(平均粒径为21nm)100份和10份C8H17Si(0CH3)3混合、喷雾后,在惰性气体(例如氮气等)的氛围中,升温到120℃,搅拌下反应8小时,得到表面处理过的超细二氧化钛。用这种二氧化钛制成的防晒剂,吸收紫外线的能力很强,透明度高。综合多种试验结果,与单纯的纳米二氧化钛、氧化锌相比,纳米二氧化钛超细复合粒子应用与化妆品中有许多优点:
(1)分散性好、不团聚;
(2)防紫外线效率高;
(3)用量少、成本低;
(4)防止人体吸收,不阻塞毛孔;
(5)对皮肤亲和力好,不脱落;
(6)高效保湿、增白、肤感光滑。
3.4 产品防晒效果的评价
对防晒产品来说,防晒能力的高低是体现其性能优劣的重要指标,这主要由产品中防晒剂的品种及数量决定。在美、德、日、澳大利亚等国对防晒产品的防晒效果的评价均有相同的方法,即依据防晒品防护皮肤免受晒伤度。以SPF(Sun Protection Foctor)值大小表示。SPF值称为防晒因子。它的定义是指在有防晒剂防护的皮肤上产生最小红斑所需能量与原来未加防护的皮肤上产生相同程度红斑所需能量之比;即: SPF=防晒剂防护皮肤的最小致红斑量/未被防晒剂防护皮肤的最小致红斑量。
通俗地理解,SPF的高低说明该防晒剂氙弧日光摸拟器模拟太阳或用日光对20名以上的被测试者的背进行照射。先不涂敷防晒产品,确定其固有的最小红斑剂量(MED)。然后在测试部位涂上一定量的防晒产品,再进行紫外线照射,得到已防护部位的MED。对每个受试者的每个测试部位,由上式计算各个SPF值,然后取平均值作为样品的SPF值。
3、“美迪林”纳米Tio2系列产品特性
我公司生产的“美迪林”牌纳米Tio2系列产品根据化妆品原料特性,经过特殊表面处理,有多种型号适用于各种化妆品中,其具体特点如下:
(1)对人体是无毒安全的, 对皮肤没有刺激性,不致癌。
(2)对紫外线吸收能力强,既能防护UVB对人体的危害,又能对UVA起防护作用。使防晒产品在UVB及UVA区域对紫外线均有良好的防护作用。
(3)对皮肤有固着性,而且耐汗,即所谓的抗水性。
(4)无臭味、怪味,具有蓝色底相和一定的遮盖力。
(5)耐候性好、挥发性小、热稳定性好、不与配方中其它组分起化学反应。
(6)分散性好,可与化妆品其它组分配伍。
(7)粒径分布均匀,其一次粒径多为20~50nm,平均粒径〈40nm,是化妆品应用中的最佳粒径。
(8)很少的添加量但可获得较高的SPF值。