高效屏蔽紫外线的纯锐钛纳米二氧化钛粉体的开发

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1 背景

随着地球大气层的破坏加重，越来越多的UVA和UVB到达地面，人们开始对皮肤炎症、皮肤晒伤和皮肤癌的高发病率日益关注，纳米二氧化钛屏蔽紫外线辐射在化妆品方面的应用是近年来颇受关注的领域，许多国内外的高档防晒霜、防晒液、BB霜中，都不同程度地添加了纳米二氧化钛。

目前在这一领域比较知名的公司所生产的产品在屏蔽紫外线UVA和UVB时仍有不足，单一性突出。而且目前市售粉体在屏蔽自身光催化性上的效果并不是很好。最主要的是，大部分公司的产品是以纯金红石晶型为主。另一方面，目前市面上的纳米粉末，具有形状不规则，在皮肤上的铺展性、舒适性和触感较差的缺点。另外，这些粉体制浆后透明度不高，会使化妆品涂敷后具有强遮盖性，显得苍白而不自然，从而影响整体的色度和妆容。笔者对纳米二氧化钛进行有效的表面改性处理，制备出一种纯锐钛纳米二氧化钛复合材料，从而缓解目前市售纳米二氧化钛以纯金红石型为主的局面，填补了纯锐钛矿型的品种稀缺。该材料能达到分子级的分散水平，所以能赋予它优异的纳米性能。

2 实验与讨论

（1）分散稳定性和贮存稳定性评估

用激光粒度分布测试仪对原料VK-TA18的硅酮分散液进行粒度分析。添加适量超分散剂的条件下，将粉体进行分散，得到一定固含的丙二醇分散液。将产品VK-TA40S和德国默克公司的纯锐钛产品Eusolex®T，均采用相同方法分散为相同固含的丙二醇分散液后。实验测得VK-TA40S的平均粒径与原料相比，大为减小，同时远小于Eusolex® T的平均粒径。对比1-20天的分散液的沉降效果。发现VK-TA40S

可以长期不分层无沉淀，而原料和Eusolex® T均在不同程度上出现了浓度梯度和沉淀。因此，VK-TA 40S在丙二醇中的分散稳定性和贮存稳定性都很好。

（2）包覆效果评估

笔者对五种粉体（T805、Parsol® TX、Eusolex®T、原料和VK-TA40S）的白度、光催化屏蔽性、光稳定性等进行测量，来间接考察包覆效果。原料包膜前后的白度大为提升，白度与国际一流产品白度相当，同时屏蔽了自身90%的光催化性。由于纯金红石粉体（Parsol®TX）的光催化自身就很小，没有可比性。但与混晶型的T805和同为纯锐钛型的Eusolex ®T相比，VK-TA40S优于后两者。可以看出，现有的改性工艺能使纳米氧化钛的白度和整体光稳定性得到较大程度的提升。而且，在紫外灯下晒以上几种粉体的化妆品涂片，从晒前晒后的情况对比，可以直观地看出，VK-TA40S具有优异的光稳定性和良好的化妆品配伍稳定性。

（3）透射电镜表征

用透射电镜对改性前后的纳米粉体VK-TA40S、VK-TA18进行表征，可以看到原料VK-T A18为球形，空心，球形直径为40nm。而包覆后的粉体VK-TA40S为球形颗粒，直径在40~50nm之间。TiO2颗粒中心的空心全部消失了，粒径和形貌也发生了变化，说明TiO2表面的确已经均匀包覆了一层物质。

（4）XRD测试

经测试包膜前后的粉体的晶型均为纯锐钛矿。

（5）屏蔽UVA和UVB的效果测定

笔者通过配制VK-TA40S

和Eusolex® T的丙二醇分散液, 稀释到相同浓度,测定透过率T，得到透光率-波长曲线图，从VK-TA40S和Eusolex® T的透明度（400-700nm）和屏蔽紫外线（280-400nm）对比图可以看出，VK-TA40S呈现较明显的“S”型，在UVB和UVA波段的屏蔽性远远胜于Eusolex® T，且透明度也很高。

（6）其他性能测定

笔者采用ICP-OES测定粉体中的铅砷汞含量，通过测试包覆前后粉体的光催化活性，间接表征出粉体具有极好的包覆完整性。此外，光稳定性、与化妆品的配伍稳定性以及与化学性紫外屏蔽剂的配伍性都是通过一系列实验，评定均为优秀。其中针对目前使用最广泛、最有效的UVA有机吸收剂,将VK-TA40S、Eusolex®T分别与之混合，静置24h，观察是否出现制剂不稳定现象。结果发现Eusolex®T变得微黄，VK-TA40S并未出现黄变和结晶现象。

3 结语

为了制备出有良好的稳定性、透明度和高效屏蔽紫外线的锐钛型纳米二氧化钛，将它应用于防晒化妆品，缓解目前市面上以金红石型为主的局面，笔者在不改变晶型的情况下，经过较为完整的无机改性，明显改善了粉体的白度，有力地降低了粉体自身的光催化活性。再经过有效的有机改性，制备出的粉体具有良好的疏水性、分散性，在光稳定性、配伍稳定性等诸多方面都优于默克公司的Eusolex®T，其中在透明度和屏蔽紫外线方面已经达到世界先进水平。综上，我们已经研发出了一种非常适用于防晒化妆品的纳米粉体。