纳米二氧化钛在防晒产品中的应用-京煌科技|二氧化钛|京煌科技|晶体|氧化锌|纳米|金红石|钛矿|防晒产品

纳米二氧化钛（化学式：TiO2）密度为4.26g/mL（25℃），熔点为 1830～1850℃，沸点为2900℃，‌呈白色疏松粉末。纳米二氧化钛的硬度较高，是一种应用广泛的纳米材料。纳米二氧化钛主要有两种结晶形态:锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、超亲水性、非迁移性，且可以与食品接触。

二氧化钛（TiO2），俗称“钛bai粉”，具有较佳的不透明性、白度和光亮度，无味，不易燃，不溶于水、盐酸。由于其具有遮盖力强、着色力高、白度好等特性，所以常用于化妆品领域，应用于防晒产品、作为遮瑕成分应用于底妆产品、作为吸油成分应用于粉类产品等，还可作为着色剂进行调色使用。

锐钛矿（anatase；octahedrite）是二氧化钛（TiO2）的三种矿物之一。它产于火成岩及变质岩内的矿脉中，一般还出现于砂矿床中，呈坚硬、闪亮的正方晶系晶体，并具有不同的颜色。许多锐钛矿是由榍石风化形成的，而且它本身可蚀变为金红石；TiO2类质同象替代有Fe、Sn、Nb、Ta等。此外，尚发现含Y族为主的稀土元素及U、Th。晶形一般呈锥状、板状、柱状。

金红石就是较纯的二氧化钛，一般含二氧化钛在95%以上，是提炼钛的重要矿物原料，但在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。金红石本身是高档电焊条必须的原料之一，也是生产金红石型钛白粉的最佳原料。金红石中的二氧化钛广泛应用于光触媒材料中，添加镧系稀土元素、纳米氧化锌吸波材料、硅藻土、硅碳链纳米聚合物等纯天然矿物质，经科学配制和特殊加工工艺制作而成，其内部孔隙的孔径在0.27－0.98纳米之间，呈晶体排列，带弱电性，同时具有较好的光氧化活性；而甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯等有机物分子直径都在0.4－0.62纳米之间，且都是极性分子。通过rutile晶体结构独特的捕捉吸附功效，将甲醛、苯、TVOC等有毒气体牢牢锁住并分解，能有效净化室内空气，且不会造成二次污染。同时净化过程中产生负氧离子有效浓度达到2000ions左右。

锐钛矿型和金红石型都为二氧化钛的八面体结构，只是两个的八面体的变形和排列形式不同；金红石在一定程度上向正方晶系变形，而锐钛矿则产生了更大的变形，其对称性要低于正方晶系。

这些差别导致了两种晶型截然不同的质量密度和电子能带结构，金红石型二氧化钛比锐钛矿型二氧化钛稳定而致密。而锐钛矿型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，对紫外线的吸收能力比金红石型低。通常是500℃情况下，锐钛矿型二氧化钛可以转变为金红石型二氧化钛。

纳米二氧化钛既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。

①纳米二氧化钛的粒径远小于可见光的波长，因此对可见光的散射能力较弱（因此具有高透明度），但对紫外线有强散射和吸收作用；随着粒径的减小，对长波区紫外线（UVA）的反射、散射性不明显，而对中波区紫外线（UVB）的吸收性明显增强；

②纳米二氧化钛具有高的折射率，这使得它能够有效地反射和散射紫外线，从而起到防晒的作用；

③由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。在测定二氧化钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如，金红石型的介电常数，随晶体的方向不同而不同，当与c轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角时为90，其粉末平均值为114。锐钛矿型二氧化钛的介电常数比较低只有48;

④纳米二氧化钛的表面通常带有电荷，这使得它能够与皮肤表面的油脂和水分相互作用，提高防晒产品的附着力和持久性;

⑤二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加。例如，金红石型二氧化钛加热到420 ℃时，它的电导率比20 ℃时增加了107倍。氧缺陷浓度对二氧化钛的电导率有显著影响，计量比为二氧化钛（TiO2）电导率＜10-10 S/cm，而TiO1.9995的电导率则高达10-1 S/cm。金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。

纳米二氧化钛光催化作用机制

此外，纳米二氧化钛还具有一定的抗菌作用，主要体现在其光催化活性和对细菌、真菌的杀灭能力上。

纳米二氧化钛在光照条件下，特别是紫外线照射下，能够产生活性氧，如羟基自由基和超氧自由基。这些活性氧具有很强的氧化能力，能够破坏细菌的细胞壁和细胞膜，进而杀死细菌。且对多种细菌和真菌都具有杀灭作用。

然而，纳米二氧化钛在防晒产品中的应用也存在一些挑战和问题。首先，纳米二氧化钛的粒径较小，容易形成团聚体，影响其分散性和稳定性。其次，纳米二氧化钛的制备成本较高，这限制了其在低端防晒产品中的应用。最后，纳米二氧化钛的生态环境影响也需要进一步研究和评估。

所以，纳米二氧化钛在防晒产品中的未来发展趋势有以下几方面：

随着人们防晒意识的不断提高，防晒产品的市场需求持续增长。纳米二氧化钛作为一种安全、有效的物理防晒剂，其市场需求也随之增加。特别是在追求高效防晒、低刺激性的现代消费者群体中，纳米二氧化钛因其独特的防晒机理和温和性而受到青睐。

纳米二氧化钛的制备技术和应用技术在不断创新，使其在防晒产品中的性能得到进一步提升。例如，通过改进制备工艺，可以制备出粒径更小、分散性更好的纳米二氧化钛颗粒，从而提高其防晒效果和稳定性。此外，还可以通过表面改性等技术，增强纳米二氧化钛与防晒产品基质的相容性，改善其使用感受，技术方面在主要通过以下几方面：

①提高纳米二氧化钛的分散性和稳定性

通过优化制备工艺和添加分散剂等手段，提高纳米二氧化钛在防晒产品中的分散性和稳定性，从而提高防晒产品的质量和稳定性；

②降低纳米二氧化钛的制备成本

通过改进制备工艺和降低原材料成本等手段，降低纳米二氧化钛的制备成本，使其能够更广泛地应用于各种防晒产品中；

③研究纳米二氧化钛的生态环境影响

加强纳米二氧化钛的生态环境影响研究，评估其对环境和生物的影响，为纳米二氧化钛的安全使用提供科学依据；

④开发新型复合防晒剂

将纳米二氧化钛与其他防晒剂（如有机防晒剂、无机防晒剂等）进行复合使用，开发新型复合防晒剂，以提高防晒效果并降低成本。

纳米二氧化钛除了具有优异的防晒性能外，还具有优异的光催化性能。未来，随着技术的不断进步和创新，可以将光催化与自清洁功能融入防晒产品中，使产品在防晒的同时具备自清洁和抗菌等功能。这将为消费者提供更加全面、高效的防晒体验。

参考资料：

[1]徐磊,耿嘉阳,苏源,等.浅谈化妆品用纳米二氧化钛的研究进展[J].黑龙江科学,2016,7(12):26-27.

[2]王颖. 纳米二氧化钛在化妆品上的应用研究[D]. 北京:北京化工大学,2019.