Dwutlenek tytanu w filtrach przeciwsłonecznych



Lato wciąż trwa. Lato = opalanie. Chcąc zabezpieczyć naszą skórę stosujemy kosmetyki z filtrami czyli… częstokroć dwutlenkiem tytanu. Cząstki TiO2 i ZnO od lat stosowane są jako składniki produktów kosmetycznych jako fizyczne filtry promieniowania UV. 

Jak to działa?

TiO2 jest półprzewodnikiem. Mając na uwadze pasmową teorię przewodnictwa wiemy, że półprzewodniki posiadają przerwę energetyczną. To właśnie szerokość tej przerwy energetycznej jest kluczowa i decyduje o zastosowaniu dwutlenku tytanu w kosmetykach chroniących przed promieniowaniem ultrafioletowym. Dla TiO2 szerokość przerwy energetycznej wynosi 3,2eV, co odpowiada długości fali równej 388nm i zakresowi promieniowania UV. Dwutlenek tytanu chroni naszą skórę właśnie poprzez pochłanianie promieniowana UV. Po zaabsorbowaniu energii elektron z pasma walencyjnego jest przenoszony do pasma przewodnictwa TiO2 pozostawiając dziurę w paśmie walencyjnym.

Skąd ten biały film?

Oprócz właściwości absorpcyjnych w zakresie UV mikroskopijne cząstki TiO2 wykazują właściwości rozpraszające dokładnie w widzialnym zakresie promieniowania widzialnego. I to właśnie rozpraszanie jest odpowiedzialne za widoczny po zaaplikowaniu kosmetyku z filtrem TiO2 charakterystyczny biały film.

Ale od czego są nanocząstki…

Jak to zazwyczaj bywa razem z nano w parze idą nowe właściwości. Producenci kosmetyków chcąc zniwelować problem białego filmu zaczęli stosować nanocząstki TiO2. Dlaczego? Cząstki TiO2 w wymiarze nano charakteryzują się innymi właściwościami rozpraszającymi - w zakresie widzialnym są transparentne, stąd w ich przypadku brak widocznego białego filmu.

Wolne rodniki

Z ochoczo stosowanym przez producentów dwutlenek tytanu związane są jednak pewne kontrowersje. Chodzi o właściwości fotokatalityczne TiO2. Absorpcja fotonu światła prowadzi do przeniesienia elektronu na pasmo przewodnictwa i wygenerowania innego ładunku tzw. dziury elektronowej. Jeśli na powierzchni cząstki TiO2 będzie zaadsorbowana woda czy po prostu grupy OH- , dzięki wygenerowanej wcześniej dodatnio naładowanej dziurze elektronowej (h+) zajdzie reakcja, której efektem będzie powstanie rodników hydroksylowych ×OH o silnych właściwościach utleniających. I tu pojawia się problem, bo przecież to właśnie przed rodnikami i skutkami utleniania przez nie np. kwasów tłuszczowych kosmetyk miał nas chronić. Temat, jako że kontrowersyjny był i jest nadal poruszany, np. tutaj.

Badania i ochronne powłoki

Problem wytwarzania wolnych rodników został dokładnie zbadany, m.in. przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA). Okazuje się, że fotokatalityczne właściwości owszem byłyby groźne, ale gdyby cząstki TiO2 przenikały wgłąb skóry. Wyniki wielu badań wskazują jednak, że zarówno nano-, jaki i mikro-cząstki nie przenikają poniżej warstwy rogowej, stąd nie ma obaw przed właściwościami fotokatalitycznymi ditlenku tytanu. Ponadto, obecnie w celu odizolowania powierzchni cząstek TiO2 stosuje się powlekanie, tu z pomocą przychodzą np. powłoki silikonowe uniemożliwające ewentualny kontakt cząstki z grupami OH-, dzięki czemu nie dochodzi do wytworzenia rodników.

Przezorny zawsze ubezpieczony

To właśnie nanocząstki stosowane coraz częściej ze względu na transparentność wykazują wysokie właściwości fotokatalityczne. Tu należy też uściślić, że wysokie właściwości fotokatalityczne wykazuje właściwie jedna z form TiO2 - anataz. Inna forma - rutyl pod tym względem wypada znacznie lepiej. Podobnie rzecz się ma w przypadku konwencjonalnych mikro-cząstek pod względem fotokatalizy są dużo słabsze. 

Nie taka zła fotokataliza

Odbiegając od tematu kosmetyków, właściwości fotokatalityczne TiO2 są bardzo pożądane i chętnie wykorzystywane w przypadku samoczyszczących się powierzchni, np. szyb.  Powłoka nano-TiO2 jak wspomniano wyżej pozwala wytworzyć reaktywne formy tlenu, a te prowadzą do rozkładu substancji organicznych czyli brudu.

Literatura:
http://pbc.gda.pl/Content/16658/phd_grabowska_ewelina.pdf
http://www.crcnetbase.com/doi/book/10.3109/9781420080858
http://personalcaretruth.com/2011/01/does-titanium-dioxide-cause-free-radical-damage/
http://kosmos.icm.edu.pl/PDF/2016/235.pdf
http://www.supra.amu.edu.pl/files/monographs/nanotechnologia_kosmetyki_chemia_supramolekularna.pdf

http://wizaz.pl/forum/showthread.php?t=553492

Unknown

1 komentarz:

  1. Ciekawy post :-). Ja mam krem Ziaji z filtrem, ten 50+. Ale moda jest przede wszystkim na strasznie tlenkiem tytanu w kontekście tabletek, w których się znajduje. Pewnie wyolbrzymiona, jak zwykle. Albo w ogóle bezzasadna.

    OdpowiedzUsuń

Instagram