纳米二氧化钛在化妆品领域的实践意义

发布时间：

2025-01-08

随着纳米TiO2在各领域的广泛应用，研究人员对其制备方法也展开研究，现已经制备出多种结构的纳米TiO2，包括纳米球、纳米花、纳米纤维、纳米管和纳米棒等。

在我们所处的自然环境里，有着数量庞大的细菌、真菌等各类微生物。它们中的一部分会通过直接或者间接的方式，引发人类患上多种多样的疾病，给我们的身体健康带来了不容忽视的隐患，甚至构成了严重的威胁。

以往常用的那些灭菌方法，像紫外线灭菌法以及高温灭菌法等等，确实能够消灭一定数量的细菌。不过呢，这些方法也存在诸多弊端。就拿成本来说，往往比较高，而且在使用过程中，有的还会造成二次污染，对人体健康产生不良影响，同时能耗方面的消耗也比较大。

在种类繁多的无机掺杂剂里，纳米 TiO₂ 脱颖而出，它具备诸多令人瞩目的优点，比如有着出色的抗紫外性能，能够有效阻挡紫外线对相关物质的伤害；光催化性能也十分优异，可在光的作用下参与诸多化学反应；还拥有良好的生物相容性，与生物体接触时能表现出较好的适应性；化学稳定性强，在不同化学环境中都能维持自身性能稳定；并且无毒无害，不会给周边环境及人体健康等带来不良影响；同时还具备抗菌性，可以抑制细菌的滋生与繁殖。也正因如此，在近几十年间，纳米 TiO₂ 受到了相关研究人员的广泛关注与青睐，成为了研究领域的 “宠儿”。

纳米二氧化钛 TiO₂是一种具有多种晶型的半导体金属氧化物，在自然界中主要存在三种晶型，分别是锐钛矿（四方晶系），金红石（四方晶系）和板钛矿（斜方晶系），三种晶型组成结构均为[TiO₆]八面体，不同之处在于[TiO₆]八面体连接方式。板钛矿和金红石型由[TiO₆]八面体共顶点和共边组成，锐钛矿型由[TiO₆]八面体共边组成。

三种晶型结构的差异导致性质上也有很大的不同，其中最稳定的晶型是金红石型，结构致密，其密度、硬度、折射率和介电常数都高于板钛矿和金红石型，因而用途广泛，需求量最大；板钛矿在650℃条件下高温煅烧时转化为稳定的金红石型，锐钛矿向金红石的转化温度视煅烧过程中添加剂而定，常温下锐钛矿具有相对稳定的晶型结构和较好的光催化性质，也具有良好的产品性能和广泛用途，而板钛矿由于热稳定性较差，在工业上没有实用价值，因而研究较少。

纳米二氧化钛的制备

随着纳米TiO₂在各领域的广泛应用，研究人员对其制备方法也展开研究，现已经制备出多种结构的纳米TiO₂，包括纳米球、纳米花、纳米纤维、纳米管和纳米棒等。

（1）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法由于能够控制复合氧化物的结构和表面性质而得到广泛的应用，具有反应温度低、流程简单、成本低、产品颗粒分布均匀等优势；这种方法主要是基于一种金属醇盐的水解和缩聚，最终在一定条件下生成氢氧化物或氧化物，主要包含四个步骤：前躯体合成、溶胶、凝胶和高温煅烧。溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛本质上是无定形的，需高温煅烧得到金红石型的纳米颗粒。

（2）水热合成法水热合成法是在聚四氟乙烯反应容器中，以水或其他溶液作为溶剂，将反应器放在加热设备中进行加热，料液在高温高压的反应条件下，先溶解再结晶，最后分离得到产物。水热法制备纳米二氧化钛的前驱体通常为钛酸四丁酯、四氯化钛、异丙醇钛，溶剂为去离子水或盐酸；该方法制备的纳米颗粒不易聚集，晶粒尺寸小。

（3）水解法水解法的原理是让钛盐在低温环境下发生直接水解反应，进而生成 TiO₂。此后，需依次历经离心操作，将杂质与目标产物分离开来；进行洗涤，去除残留的杂质；接着通过干燥，去除多余水分；再实施煅烧，让产物的性质进一步稳定、成型；最后经过研磨，使其达到合适的粒度等步骤，如此一来，便能直接获得目标产物了。

在水解法中，可供选用的钛盐通常有四异丙醇钛、钛酸四丁酯以及四氯化钛等。其中，四氯化钛这种钛盐在水解时会出现水解速度过快的情况，导致整个水解过程很难把控。与之不同的是，若选择金属醇盐作为前驱体来制备样品，所得到的样品具有粒径小且分布较为均匀的优势，所以它称得上是一种非常理想的钛源选择。

（4）均匀沉淀法均匀沉淀法是借助化学反应这一手段，来促使溶液中的晶粒能够以均匀且缓慢的方式逐步形成。在制备纳米二氧化钛的时候，会选取无机钛酸盐或者有机钛醇盐当作钛源，同时以 NaOH 溶液、氨水、尿素等作为沉淀剂。在它们相互作用下，会发生相应的化学反应，进而生成 TiO (OH) 沉淀。

而生成沉淀之后，还需要经过一系列后续的处理工序，先是通过过滤操作，把沉淀从溶液中分离出来，然后进行洗涤，将沉淀上附着的杂质去除干净，接着再实施干燥处理，去除多余的水分，最后经过煅烧这一环节，最终便能得到金红石相的纳米二氧化钛了。

值得注意的是，在整个反应过程当中，只要能够精准地把控好生成沉淀的速度，就有机会获得纯度比较高、粒径比较小，并且粒径分布也很均匀的产品，使其在品质上达到较为理想的状态。

（5）微乳液法微乳液是由以下四部分：水或溶液、油、表面活性剂和助表面活性剂，所组成的透明的、热力学稳定的体系。根据连续相和分散相的不同，可以分为正向水包油相微乳液法（O/W）和反向油包水相微乳液法（W/O）。制备纳米二氧化钛时常采用反向微乳液法，其最大特点是在其内核可增溶水，形成水核，化学反应就在水核内进行，当水核内粒子生长到一定尺寸，表面活性剂分子将吸附在纳米粒子表面，使其稳定并阻止其生长。

（6）喷雾热解法首先会选取钛醇盐来充当前驱体，随后借助静电、超声这类设备，对反应物进行雾化处理，通过它们的作用，能让反应物转变为尺寸极其微小的液滴。接着，这些微小的液滴会跟随载气一同进入到反应器内部，在反应器当中经历水解这一环节，经过这一系列的步骤之后，最终就能得到我们所期望的目标产物了。

纳米二氧化钛的应用

（1）光催化特性的应用，在日常生活里，汽车尾气的排放以及工业生产等活动会产生氮氧化物、硫化物等多种气体。这些气体进入空气当中，引发了诸多环保方面的问题。

而对于 TiO₂来说，它具备的光催化作用就可以派上用场了。它能够把那些造成空气污染的气体进行氧化，随后在降雨的时候，这些经过氧化的污染物会随着雨水一起被去除掉，如此一来，空气便得到了净化。

不仅如此，在紫外光的照射之下，TiO₂的表面会形成羟基自由基。这种自由基有着强大的破坏力，它可以对有机物质进行破坏，还会参与到细胞膜的脂质氧化过程当中。一旦细胞膜被降解了，它还能进一步对细胞内的细胞质等物质产生降解作用呢。正是凭借这样的特性，TiO₂拥有了抗菌的功效，而且它抗菌的时间比较长，关键是安全无毒，所以被广泛应用在了抗菌陶瓷、抗菌涂料等诸多领域之中。

（2）紫外线屏蔽特性的应用纳米 TiO2 颗粒有着较小的粒径，其能级带隙宽度处于紫外区这一特性，赋予了它对紫外线的散射和吸收性能。基于这样的性能优势，它能够充当紫外线屏蔽剂，被添加到化妆品、塑料以及涂料等产品当中。在化妆品里，它可以发挥美白防晒的作用；而在塑料和涂料中，它则有助于提高产品的耐老化以及耐候性，让这些产品在使用过程中能够更好地抵御外界环境因素的影响，延长其使用寿命，提升整体品质。

（3）高折射率特性的应用 TiO2因具有高折射率和良好的热稳定性等特点，是制备高折射率纳米复合材料常用的无机组分，高折射率纳米复合材料结合有机基体和无机组分的特性，不仅具有优异的光学性能，还可以提高有机发光二极管光提取效率，在显示照明、抗反射涂层和光学透镜等领域具有广泛的应用。

（4）其他应用太阳能作为世界上取之不尽的清洁能源，研究对太阳能的利用可以有效应对能源短缺的问题。纳米TiO2不仅具有合适的禁带宽度，而且光电化学稳定性良好、制作工艺简单，可以作为电子收集和传输材料。

近年来，钙钛矿太阳能电池凭借制造成本低和效率高等优点，在太阳能电池研究领域受到极大的关注。在钙钛矿太阳能电池中，纳米TiO2通常用于制作空穴阻挡层和电子传输层。

纳米二氧化钛不同于粒径为200–400nm的颜料级钛白粉，由于其颗粒粒径小于100nm，具有一般纳米材料的表面效应、体积效应和量子尺寸效应等效应，因此，纳米二氧化钛拥有优异的光学、热学、电学、力学和物理化学等性能。近年来随着研究的深入，纳米二氧化钛的独特性能得到广泛的关注和开发，在涂料、塑料、化妆品和电池等行业有着广泛应用。

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