纳米氧化锌和纳米二氧化钛防晒化妆品中的应用

1 纳米氧化锌的特点：

纳米氧化锌和纳米二氧化钛是两种重要且应用广泛的物理防晒剂。 它们屏蔽紫外线的原理是吸收和散射紫外线。 由于它们都是N型半导体，因此金红石二氧化钛的带隙宽度（Eg）为3.0eV，氧化锌的带隙宽度为3.2eV。 当受到紫外线照射时，价带中的电子可以吸收紫外线并被激发到导带，同时产生空穴电子对，因此具有吸收紫外线的功能。 另外，纳米氧化锌和纳米二氧化钛的粒径远小于紫外线的波长。 纳米粒子可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射，从而降低照射方向的紫外线强度。 这种散射紫外线的模式符合光散射定律。 但纳米氧化锌在屏蔽紫外线方面与纳米二氧化钛有所不同。

在330nm以下，纳米二氧化钛的紫外线屏蔽能力明显高于纳米氧化锌。 在相同浓度下，含有纳米二氧化钛的体系的吸光度约为纳米氧化锌体系的两倍。

在330 nm～355 nm波长范围内，纳米二氧化钛的紫外线屏蔽能力仍高于纳米氧化锌，但在355 nm～380 nm波长范围内，纳米二氧化钛的紫外线屏蔽能力下降氧化锌高于纳米二氧化钛。 因此，纳米氧化锌虽然阻挡UVB的效果不如纳米二氧化钛，但对阻挡长波UVA（335nm-380nm）是有效的。 正是由于这一特性，纳米氧化锌逐渐应用于防晒化妆品中。

1.2纳米氧化锌的性能：

纳米氧化锌的性能来自两个方面，一。 Zn?+ 与 Ag+ 和 Cu2+ 一样，是一种重金属离子，可以与细菌和病毒蛋白质上的硫醇基结合，从而抑制其活性。 其次，氧化锌在紫外线照射下会产生空穴电子对。 活性空穴和电子分别从纳米氧化锌的价带（VB）和导带（CB）迁移到颗粒表面，使表面吸附的颗粒水合。 羟基转化为氧自由基，将表面吸附的氧转化为原子氧； 氧自由基具有极强的氧化能力，从而杀死大多数细菌和疾病。由于纳米氧化锌粒径小氧化锌网，空穴和电子从晶体内部到达晶体表面的时间缩短，减少了空穴和电子复合的机会。

率，因此纳米氧化锌的效果优于微米氧化锌。 南京理工大学、江苏工学院相关定量测试表明，纳米氧化锌质量分数为1%时，5分钟内对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%，对大肠杆菌的杀菌率为98.86%。是99.93%。 纳米氧化锌用于防晒化妆品。 它不仅使系统具有收敛性和抗毒性，而且还具有吸收人体皮肤分泌的油脂的能力。

2、防晒化妆品中纳米氧化锌的要求

化妆品配方设计师希望纳米氧化锌（VK-J50H）添加到防晒化妆品中能够具有以下特性：①能够对UVA、UVB全范围提供有效防护； ② 优异的分散性和透明度； ③且无刺激性； ④ 光稳定性好。 为了满足上述要求，一方面必须严格控制纳米氧化锌的原始粒径和分布，另一方面必须对纳米氧化锌（VK-J50H）进行特殊的表面处理。 ）。

2.1 适宜的原始粒径

纳米氧化锌屏蔽紫外线的能力是由其吸收能力和散射能力决定的。 纳米氧化锌的原始粒径越小，吸收紫外线的能力越强，透明度也越高。 根据光散射定律，纳米氧化锌散射不同波长紫外光的能力取决于其原始粒径、二次粒径和颗粒形状。 纳米氧化锌的原始粒径越大，其散射长波紫外线的能力越强。 但如果纳米氧化锌的原始粒径过大，其对可见光的散射能力也会相应增强，涂在皮肤上会出现不自然的美白现象。 因此，用于防晒化妆品的纳米氧化锌有一个合适的粒径。 范围。 一般认为屏蔽紫外线合适的原始粒径为30-50nm。 为了满足不同的需求，纳米氧化锌厂家宣城晶瑞、杭州万晶等公司提供不同粒径的纳米氧化锌供用户选择。 例如：纳米氧化锌（VK-JH05）光催化性能强，分散性好。

2.2 无机表面处理

纳米氧化锌的无机表面处理基于以下原因：

(1)氧化锌的等电点在pH=9.3-10.3，与防晒化妆品体系的pH值接近，因此纳米氧化锌容易絮凝； 另外，纳米氧化锌颗粒细小，比表面积大，表面能低。 容易形成团聚体，必然导致紫外线屏蔽效果下降、透明度变差。 纳米氧化锌的无机表面处理是为了改变纳米氧化锌的表面电荷性质，提高电位，改善分散性。

(2)由于纳米氧化锌比表面积大，Zn?+很容易被洗脱。 虽然Zn?+可以发挥作用，但大量Zn?+的存在会增加体系的灵活性，甚至引起凝胶化。 如果体系中含有脂肪酸及其盐，它们也会与Zn?+反应生成脂肪酸锌，从而导致紫外线屏蔽效果下降，使用性变差。 纳米氧化锌表面形成一层或多层致密均匀的无机薄膜，可有效减少Zn?+的溶出。

(3)纳米氧化锌(VK-JH05)具有光催化作用。 当受到紫外线照射时，会产生空穴电子对。 一些空穴和电子会迁移到表面，在纳米氧化锌表面产生原子氧和氧自由基。 这些自由基具有很强的氧化和还原能力，会对皮肤细胞产生不良影响，并使其他有机成分变色、降解和分散，有时甚至会产生难以忍受的气味。 在纳米氧化锌表面放置一层或多层氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锡等隔离层，抑制其光化学活性，提高光稳定性和安全性。 对纳米氧化锌进行适当的无机表面处理可以同时提高体系的UVA屏蔽性能和可见光透明度。 需要指出的是，无机表面处理剂并不总是越多越好。

无机表面处理剂的添加虽然可以减少Zn?+的溶解，提高耐光性，但屏蔽紫外线的活性成分纳米氧化锌的含量相对减少。

2.3 有机表面处理

纯纳米氧化锌（VK-J30）或经过无机表面处理后的纳米氧化锌表面具有亲水性，适合在极性体系中使用。 如果防晒化妆品是疏水性的，则亲水性表面的纳米氧化锌将难以分散在化妆品的油相中，无法体现纳米氧化锌的透明性和屏蔽紫外线的性能。 为了提高纳米氧化锌在有机体系中的分散性以及与有机防晒剂的协同作用，必须对纳米氧化锌进行有机表面处理。 有研究表明，有机表面处理还可以提高纳米氧化锌的耐光性。 目前，有机硅表面处理的纳米氧化锌因其优异的亲油性、分散性、耐水性和耐候性而得到广泛应用。

3、纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用发展趋势

3.1 两亲性纳米氧化物

目前，纳米氧化物体采用具有多个亲水基团和亲油基团的表面处理剂进行包覆，使其具有亲水性和亲油性。 所得纳米氧化物体可用于极性和非极性体系。 ，具有很强的通用性，是纳米氧化锌表面处理的一个发展方向。

3.2 纳米氧化锌分散液

纳米氧化锌分散液（VK-J50W）是纳米氧化物分散液在分散剂的作用下经高剪切混合、球磨或砂磨制备而成的浆料。 分散体一般分为油性分散体和水性分散体。 两种类型的分散体。 由于化妆品制造过程中分散强度较弱，纳米氧化锌难以分散至原始粒径，无法充分发挥纳米氧化锌的透明性和屏蔽紫外线性能。 为了适应这种情况，纳米氧化锌被制备成易于分散、透明性好、紫外线屏蔽效率高的分散体形式。 不仅方便用户使用，而且可以降低和提高纳米氧化锌单位质量的紫外线屏蔽效果。 还可以减少纳米氧化锌运输和使用过程中的粉尘污染，是纳米氧化锌在防晒化妆品中应用的一个发展方向。

纳米氧化锌是一种广谱无机紫外线屏蔽剂，因其有效屏蔽UVA、安全有效而得到越来越多的应用。