六月不防曬，七月斑上來，八月黑成煤，九月徒傷悲……

六月的陽光，熱的讓人毫無防備，此時開始，各種各樣防曬霜擺上商家柜臺。但是捫心自問，你真的了解這些防曬霜嗎？

▲市面上各類型的防曬產品

防曬霜之所以能夠防曬，是因為其含有防曬劑。里面最有效的就是二氧化鈦，也就是鈦白粉，其他的成分都是打醬油的。那鈦白粉為什么能防曬呢？這就要從防曬機理聊起。

按照波長的不同，紫外線分為短波區190～280nm、中波區280～320nm、長波區320～400nm。短波區紫外線能量最高，但在經過離臭氧層時被阻擋，因此，對人體傷害的一般是中波區和長波區紫外線。

二氧化鈦的強抗紫外線能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外線能力及其機理與其粒徑有關：當粒徑較大時，對紫外線的阻隔是以反射、散射為主，且對中波區和長波區紫外線均有效。防曬機理是簡單的遮蓋，屬一般的物理防曬，防曬能力較弱;隨著粒徑的減小，光線能透過二氧化鈦的粒子面，對長波區紫外線的反射、散射性不明顯，而對中波區紫外線的吸收性明顯增強。其防曬機理是吸收紫外線，主要吸收中波區紫外線。

由此可見，二氧化鈦對不同波長紫外線的防曬機理不一樣，對長波區紫外線的阻隔以散射為主，對中波區紫外線的阻隔以吸收為主。

納米二氧化鈦由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，從而對紫外線有更強的阻隔能力。

▲鈦白粉的防曬機理圖

納米二氧化鈦（VK-T02）對紫外線的吸收機理可能是：納米二氧化鈦的電子結構是由價電子帶和空軌道形成的傳導帶構成的，當其受紫外線照射時，比其禁帶寬度(約為2.3eV)能量大的光線被吸收，使價帶的電子激發至導帶，結果使價電子帶缺少電子而發生空穴，形成容易移動且活性極強的電子2空穴對。這樣的電子2空穴對一方面可以在發生各種氧化還原反應時相互之間又重新結合，以熱量或產生熒光的形式釋放能量，另一方面可離解成在晶格中自由遷移到晶格表面或其它反應場所的自由空穴和自由電子，并立即被表面基團捕獲。通常情況下二氧化鈦會表面水活化，產生表面羥基捕獲自由空穴，形成羥基自由基，而游離的自由電子很快會與吸收態氧氣結合產生超氧自由基，因而還會將周圍的細菌與病毒殺死。可見，紫外線照射、表面水活化程度及吸氧率是二氧化鈦光活性的3個基本條件。

正是由于納米二氧化鈦吸收紫外線后會產生自由基，從而會加速皮膚的老化，對皮膚造成危害。因此，在使用納米二氧化鈦(VK-T02)作為防曬劑的時候，要從減弱或消除3個基本條件入手，以減弱或根本消除其光活性，從而降低其危害性。

鈦白粉的選擇

鈦白粉的種類一點不少于市場上防曬霜的種類，那么廠家在面對一眾鈦白粉時，會如何選擇呢？他們會如何去判斷哪種型號的鈦白粉更適合大眾呢？

▲化妝品專用納米二氧化鈦

1、晶型的選擇

首先是晶型的選擇。常用鈦白粉屬正方晶體，其晶型有金紅石型及銳鈦礦型兩種，前者可通過后者煅燒制得，因而晶格結構更完善，在熱力學上更為穩定。

從折光率來看，金紅石型為2.7 ，銳鈦礦型為2.3 ，因此，金紅石型對紫外線的發射、散射能力較強，而吸收力較弱。

通過對其表面進行研究，結果發現，在有氧氣存在的情況下，金紅石型的光活性比銳鈦礦型的弱。這可能由于：1)金紅石型產生電子2空穴對速率較快，更容易以熱量或其它形式釋放光能;2) 金紅石型在熱處理時逐漸失水，減少了表面羥基;3) 金紅石型的氧氣交換能力較弱，較不易吸收氧氣。

因此，從保持穩定、增強屏蔽作用、減少二氧化鈦光活性、降低其光危害性的角度出發，在防曬化妝品中會盡量采用金紅石型納米鈦白粉。

▲TiO₂的兩種晶體結構圖

2、粒徑的選擇

納米鈦白粉VK-T02微粒的大小與其抗紫外能力密切相關。當其粒徑等于或小于光波波長的一半時，對光的反射、散射量最大，屏蔽效果最好。紫外線的波長在190～400 nm 之間，因此納米鈦白粉VK-T02的粒徑不能大于200 nm ， 最好不大于100nm。但是，也不是顆粒越小越好，粒度太小容易團聚，不利于分散，還易于堵塞皮膚的毛孔，不利于透氣和汗液的排除。一般說來，當其粒徑在30～100 nm 之間時，對紫外線的屏蔽效果最好，同時能透過可見光，使皮膚的白度顯得更富自然美。

因此，防曬品生產商在選用時，一般會采用粒徑大小在30～100nm之間的鈦白粉。

3、制備方法的選擇

納米二氧化鈦的制備方法有好幾種，總體上可分為干法和濕法兩大類。濕法制得的金紅石型納米二氧化鈦分散性比干法的好，但晶型不純，光活性較強，這是作為防曬化妝品用時應該盡量避免的。而干法制得金紅石型產物晶型純度較高，光活性小。但也有一點不理想，就是分散性差。不過，可以通過對其表面進行處理來解決。

4、表面改性工藝的選擇

由于納米二氧化鈦顆粒細小，而且本身是極性的，比表面積較大、比表面能較高，因此在非極性介質中分散性不好，在極性介質中易凝聚，直接影響了其性能的有效發揮;另外，納米二氧化鈦具有較強的光催化活性，直接使用在防曬霜中，將分解香料及營養物質，氧化油脂，使防曬霜變質變味。因此，需要對納米二氧化鈦表面進行改性處理，即在微粒表面包覆一層物質，就可以克服以上困難。包覆物可以是氧化鋁、氧化硅等無機物，也可以是有機硅氧烷、硬脂酸等有機物。

一般地講，進行無機包裹，可以使到達二氧化鈦粒子的紫外線減少，降低二氧化鈦對紫外線的吸收，同時使微粒表面的晶型發生改變，從而改變了其電化學行為。這樣，包裹物增加了光活性反應產物及反應物的擴散路徑，增加了電子-空穴對在未被捕獲前進行重新組合的可能性，因此，可以作為減少二氧化鈦光活性的一道有效屏障，同時，可以增加二氧化鈦粒子的分散能力，減少顆粒表面有害基團與皮膚接觸的機會。

進行有機包裹實際是進行疏水化處理，可以減少二氧化鈦粒子表面的水活化及表面羥基，延長其對氧氣的吸附及擴散，因此可以減少其光活性；另外，在二氧化鈦粒子表面包裹一層有機物，使其表面變為非極性，可以使其與有機介質很好的相容，改進了顆粒在不同介質中的分散性。

通過包裹物的選擇及包裹條件的調整、控制，可以得到不同性質和效果的包裹粒子。因此，如何制備粒徑適度、粒度分布較窄、長期穩定、能均勻分散在有機分子體系中的納米二氧化鈦粒子，是一個十分有意義并具有廣闊應用前景的研究課題。近年來，雖然有一些相關報道，但還有很多問題值得研究和探討。

納米二氧化鈦由于有著較高的折光性和光活性，因而被成為一種性能優越的新型防曬劑，在防曬化妝品的應用中具有較好的發展前景。但是，要高效、安全地應用其防曬性，在實際應用時應認真研究其獨特的光活性，在晶型、粒徑、制備方法、表面改性工藝等方面進行認真的選擇，以減少或完全消除其光活性的危害。這是納米二氧化鈦在防曬化妝品應用中一個新而重要的研究課題。

粉體圈 作者：小黑楊