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
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