钛白粉有金红石型（RutileR型）和锐钛型（AuataseA型）二种结构，金红石晶体结构致密，比较稳定，光学活性小，因而耐候性好，同时有较高的遮盖力，消色力，因而有更好的应用性能，获得更为广泛的应用。
钛白粉作为一种性能最佳的白色颜料，钛白粉的用途在实际应用领域分为颜料级钛白。在涂料、纸张、油墨、橡胶、塑料、印刷等方便使用。非颜料级钛白，应用于搪瓷、陶瓷、电焊条、化纤以及现在正在开发的纳米钛白。在杀菌、污水处理、化妆品、催化剂等颜域获得越来越多的应用。
我国全国规模以上钛白粉企业有 60 多家，产量可占到全球的 1/6，已经位列世界第二大的钛白粉生产国。不过虽然量大，水平不是很高，一个是生产工艺比较落后，一个是产品比较低端，高端钛白粉主要还是使用进口的。
钛白粉是一种白色颜料，作用就是增亮、增白、遮光，你看到的用的很多东西里基本都有，从建筑、工业和汽车用涂料到家具、电器、塑料，甚至纸张、粉底，用处太多了，就连生日蛋糕上的奶油里都含有钛白粉，是目前世界上性能最好的一种白色颜料。钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂，又具有补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉，在日光照射下，耐日晒，不开裂、不变色，伸展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉，主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等，一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎生产量，常加入一定量的金红石型产品，以增强抗臭氧和抗紫外线能力。钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒，远比铅白优越，各种香粉几乎都用 钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入 5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色，使香料更滑 腻，有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。 用钛白粉制得的瓷釉透明度强，具有质量小、抗冲击力强、机械性能好、色彩鲜艳、不易污染等特点。食品和医药用钛 白粉为纯度很高、重金属含量低、遮盖力强的钛白粉。二氧化钛（钛白粉）是在涂料行业中广泛使用的及其重要的白色颜料。钛白粉能够有效地散射可 见光而赋予制品白度、亮度及不透明度。钛白粉有两种晶体结构存在：金红石型和锐钛型。不过，金红石型钛白粉颜料能够更有效地分散光，同锐钛型钛白粉相比具有更强的稳定性和出色的耐久性。钛白粉是一种白色颜料，作用就是增亮、增白、遮光，你看到的用的很多东西里基本都有，从建筑、工业和汽车用涂料到家具、电器、塑料，甚至纸张、粉底，用处太多了，就连生日蛋糕上的奶油里都含有钛白粉，是目前世界上性能最好的一种白色颜料。 目前我国全国规模以上钛 白粉企业有 60 多家，产量可占到全球的 1/6，已经位列世界第二大的钛白粉生产国。不过虽然量大，水平不是很高，一个是生产工艺比较落后，一个是产品比较低端，高端钛白粉主要还是使 用进口的。钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂，又具有补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉，在日光照射下，耐日晒，不开裂、不变色，伸展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉，主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等，一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎生产量，常加入一定量的金红石型产品，以增强抗臭氧和抗紫外线能力。 钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒，远比铅白优越，各种香粉几乎都用钛白粉来代替 铅白和锌白。香粉中只须加入 5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色，使香料更滑腻，有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂 片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。用钛白粉制得的瓷釉透明度强，具有质量小、抗冲击力强、机械性能好、色彩鲜艳、不易污染等特点。食品和医药用钛白粉为纯度很高、重金属含量低、 遮盖力强的钛白粉。 钛白粉有哪些光学性质 1.折射率 钛白粉的折射率在白色颜料中最大，所以钛白粉的其颜料性能也最好，而金红石型的折射率较锐钛型为大，所以其性能优于锐钛型。光线通过物料中二氧化钛粒子时，还会发生绕射现象， 行进路线靠近二氧化钛粒子的光线受到弯曲，而分开散射到许多方向。 这一现象说明颜料在其邻 近区域对光的散射能力数倍于其粒子横截面内。
二氧化钛粒子大小对制品颜色的影响
在白色光全不透明的塑料中，钛白粉粒子的大小对颜料没有什么影响，因为所有撞击在其表 面的光皆完全的被反射回去。对于一个半透明的白色薄膜而言，二氧化钛粒子的大小，对透射光及反射光的颜色均有影响。考虑透过，当粒子小时透过光大部分的蓝光被反射，而有更多的黄光被透过去。基于此，如果想让蓝光透过去，颗粒大的钛白粉较粒小的钛白粉更为使用。 如果把一种吸光颜料，如炭黑，加入含钛白粉的塑料中，则波长较长的红光被吸收的概率较大。在这种情况下，缩小钛白粉粒子的大小会降低红光的散射而提高蓝色度，这种现象是光对二 氧化钛散射的固有特性，称为底色。 4.遮盖力遮盖力是指当一件物料涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使这底 色不能再透过涂料而显露出来的能力。二氧化钛在工业中的最重要的作用，在于利用它被分散到介质中的不透明性能，从而达到遮 盖的效果。颜料的遮盖力不仅取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，而且也取决于它对光的吸收能力。但是二氧化钛和其它白色颜料一样，由于它对光的吸收能力很小，虽然光的吸收对遮盖力有影响，但没有散射能力影响大，因此其遮盖力主要受散射能力的影响，和着色力一样也受 颜料的折射率、粒径、粒径分布和分散性能的影响。折射率大的颜料有较大的遮盖力，遮盖率与面积成正比，颜料与展色剂的折射率之差越大，遮盖力也越高。白色颜料中金红石型二氧化钛的遮盖力最高。
影响二氧化钛遮盖力的主要因素有以下几个方面：
（1）二氧化钛晶体本身的折射率，钛白粉的折射率是白色颜料中最高的，因此，从理论上讲，它的遮盖力也是最高的。
（2）二氧化钛颗粒大小，颗粒结构和分散程度影响其遮盖力。
5.不透明度 不透明度是指光对颜料颗粒不能通过的程度。
就二氧化钛本身而言，不透明度主要取决于其 折射率和粒度。 其光学本质是二氧化钛与周围介质折射率之差造成的。 当二氧化钛的折射率和基料的折射率相等时就是透明的；当二氧化钛的折射率大于基料的折射率时，就出现了不透明，两者差距越大，不透明度就越强。不透明度主要决定于：折射率、结晶大小、粒子大小和二氧化钛 含量。 纳米级钛白粉在防晒化妆品中的应用从纳米二氧化钛的防晒机理出发,叙述了纳米二氧化钛优越的防晒性能及应用前景,分析了纳米二氧化钛在应用于防晒化妆品时应注意的问题,较为全面地反映出纳米二氧化钛在防晒化妆品中的应用研究情况。
紫外线是太阳光中对人体危害较大的一种光波。过度照射紫外线,会使皮肤产生红斑、黑斑, 使皮肤老化,严重的会引发皮肤癌[1,2]。 近年来,随着人们对紫外线认识的提高及保健意识的增强, 防晒型化妆品的开发、应用逐渐成为一个科研热点。二氧化钛由于具有高折光性和高光活性,一直被作为一种主要的防晒剂。纳米二氧化钛因有着更为优越的性能而被广泛重视,被用于新型、优质防晒化妆品的研究和开发,逐步显示其特殊的优越性和广阔的应用前景。
1 纳米二氧化钛的防晒机理 按照波长的不同,紫外线分为短波区 190～280nm、中波区 280～320nm、长波区 320～ 400nm。 短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线[1～2]。 二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、 散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过二氧化钛的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其 防晒机理是吸收紫外线,主要吸收中波区紫外线。由此可见,二氧化钛对不同波长紫外线的防晒机理不一样,对长波区紫外线的阻隔以散射为主, 对中波区紫外线的阻隔以吸收为主[3]。纳米二氧化钛由于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更 强的阻隔能力。纳米二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是[2,4]:纳米二氧化钛的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的,当其受紫外线照射时,比其禁带宽度(约为 2.3eV)能量大的光线被吸收, 使价带的电子激发至导带,结果使价电子带缺少电子而发生空穴,形成容易移动且活性极强的电 子 2 空穴对。这样的电子 2 空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合, 以热量或产生荧光的形式释放能量,另一方面可离解成在晶格中自由迁移到晶格表面或其它反应场所的自由空穴和自由电子,并立即被表面基团捕获。通常情况下二氧化钛会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴,形成羟基自由基,而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基,因而还会将周围的细菌与病毒杀死。可见,紫外线照射、表面水活化程度及吸氧率是二氧化 钛光活性的 3 个基本条件。正是由于纳米二氧化钛吸收紫外线后会产生自由基,从而会加速皮肤的老化,对皮肤造成危害。因此,在使用纳米二氧化钛作为防晒剂的时候,要从减弱或消除 3 个基本条件入手,以减弱或根本 消除其光活性,从而降低其危害性[4]。 2 纳米二氧化钛的防晒性能及应用前景 由于紫外线对人体有很大的危害性,发达国家近些年来比较重视防晒产品的研究、开发,相继推出了多种多样的抗紫外纤维、塑料、薄膜、涂料,以及防晒膏霜、粉底、口红、摩丝、火局油膏等防晒化妆品。我国近年来也加大了防晒化装品的研究和生产。但以往防晒剂多为二苯甲酮类、邻氨基苯甲酮类、水杨酸酯类、对氨基苯甲酸类、肉桂酸酯类等有机化合物,因而不稳定、寿命短,并且副作用较大,具有一定的毒性和刺激性,如果添加过量, 会产生化学性过敏,甚至可能导致皮肤癌[5]。 而纳米二氧化钛为无机成分,具有优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移性和较强的消色力、遮盖力,较低的腐蚀性,良好的易分散性,并且无毒、无味、无刺激性,使用安全,还兼有杀菌除臭的作用。更为重要的是,如前所述,纳米二氧化钛既能吸收紫外线,又能发射、散射紫外线,因此抗紫外线的能力强,与同样剂量的有机抗紫外剂相比,它在紫外区的吸收峰更高;而且纳米二氧化钛对中波区和长波区紫外线均有阻隔作用,不象有机抗紫外剂只是单一对中波区或长波区紫外线有屏 蔽作用。特别是由于其颗粒较细,制成品透明度高,能透过可见光,加入化妆品使用时皮肤白度自然, 克服了有的有机物或颜料级二氧化钛不透明,使皮肤呈现不自然的苍白色的缺点[2]。正因为如此,纳米二氧化钛很快被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外剂,成为当今防晒化妆 品中性能优越一种物理屏蔽型抗紫外剂。随着人们生活水平的提高和国际竞争的加剧,安全、高效防晒型化妆品的研究、开发力度将逐步加大。目前,发达国家的防晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。1999、2000 年,美国的年 销售额已分别达 7.37、7.65 亿美元,英国达 2.45、2.70 亿美元,而且近年来分别以 20%、10%以上的速度增长,其中纳米二氧化钛的用量也逐年大幅度增长。日本抗紫外化妆品中纳米二氧化钛 的年需求量在 1000t 以上,纺织、塑料、橡胶制品中的用量更大[2]。 从防晒化妆品的发展趋势来看,一是无机防晒剂代替有机防晒剂 ,二是仿生防晒。后者成本较大,目前难以推广,前者价格适中,且防晒性能优越,因而被普遍看好。尤其是纳米二氧化钛,由于具有较为优越的性能和应用前景,因而发展势头和市场潜力较好。 3 纳米二氧化钛在防晒化妆品中的应用选择 3.1 晶型的选择 常用二氧化钛属正方晶体,其晶型有金红石型及锐钛矿型两种,前者可通过后者煅烧制得,因而 晶格结构更完善,在热力学上更为稳定。从折光率来看,金红石型为 2.7,锐钛矿型为 2.3,因此,金红石型对紫外线的发射、 散射能力较强, 而吸收力较弱。通过对其表面进行研究,结果发现,在有氧气存在的情况下,金红石型的光活性比锐钛矿型的 弱。这可能由于:1)金红石型产生电子 2 空穴对速率较快,更容易以热量或其它形式释放光能;2)金红石型在热处理时逐渐失水,减少了表面羟基;3)金红石型的氧气交换能力较弱,较不易吸收氧气。因此,从保持稳定、增强屏蔽作用、减少二氧化钛光活性、降低其光危害性的角度出发,在化妆 品中应尽量采用金红石型二氧化钛[4,6]。 3.2 粒径的选择 纳米二氧化钛微粒的大小与其抗紫外能力密切相关。当其粒径等于或小于光波波长的一半时, 对光的反射、散射量最大,屏蔽效果最好。紫外线的波长在 190～400nm 之间,因此纳米二氧化钛 的粒径不能大于 200nm,最好不大于 100nm。但是,也不是颗粒越小越好,粒度太小容易团聚,不利于分散,还易于堵塞皮肤的毛孔,不利于透气和汗液的排除。一般说来,当其粒径在 30～100nm 之间时,对紫外线的屏蔽效果最好,同时能透过可见光,使皮肤的白度显得更富自然美[6～7]。因此, 最好设法将化妆品用二氧化钛的大小控制在此范围内。 3.3 制备方法的选择纳米二氧化钛的制备方法有好几种[8],总体上可分为干法和湿法两大类。湿法制得的金红石型纳米二氧化钛分散性比干法的好,但晶型不纯,光活性较强,这是作为防晒化妆品用时应该尽量避免的。而干法制得金红石型产物晶型纯度较高,光活性小[4]。但也有一点不理想,就是分散性差。 不过,可以通过对其表面进行处理来解决。 3.4 表面改性工艺的选择 由于纳米二氧化钛颗粒细小,而且本身是极性的,比表面积较大、比表面能较高,因此在非极性介质中分散性不好,在极性介质中易凝聚,直接影响了其性能的有效发挥;另外,纳米二氧化钛具有较强的光催化活性,直接使用在化妆品中,将分解香料及营养物质,氧化油脂,使化妆品变质变味。因此,需要对纳米二氧化钛表面进行改性处理,即在微粒表面包覆一层物质,就可以克服以上困难。包覆物可以是氧化铝、氧化硅等无机物,也可以是有机硅氧烷、硬脂酸等有机物[9～10]。一般地讲,进行无机包裹,可以使到达二氧化钛粒子的紫外线减少,降低二氧化钛对紫外线的吸收,同时使微粒表面的晶型发生改变,从而改变了其电化学行为。 这样,包裹物增加了光活性反应产物及反应物的扩散路径,增加了电子—空穴对在未被捕获前进行重新组合的可能性,因此,可以作为减少二氧化钛光活性的一道有效屏障,同时,可以增加二氧化钛粒子的分散能力,减少颗粒表面 有害基团与皮肤接触的机会[4]。在二氧化钛粒子表面包裹一层有机物,时其表面变为非极性,可以使其与有机介质很好的相容, 改进了颗粒在不同介质中的分散性;另外,进行有机包裹实际是进行疏水化处理,可以减少二氧化钛粒子表面的水活化及表面羟基,延长其对氧气的吸附及扩散,因此可以减少其光活性[6]。通过包裹物的选择及包裹条件的调整、控制,可以得到不同性质和效果的包裹粒子[8～9]。因此,如何制备粒径适度、粒度分布较窄、长期稳定、能均匀分散在有机分子体系中的纳米二氧化钛粒子,是一个十分有意义并具有广阔应用前景的研究课题。 近年来,虽然有一些相关报道,但还有 很多问题值得研究和探讨[10～13]。 4 结论 纳米二氧化钛由于有着较高的折光性和光活性,因而被成为一种性能优越的新型防晒剂,在防晒化妆品的应用中具有较好的发展前景。但是,要高效、安全地应用其防晒性,在实际应用时应认真研究其独特的光活性[4],在晶型、粒径、制备方法、表面改性工艺等方面进行认真的选择,以减 少或完全消除其光活性的危害[14～16]。这是纳米二氧化钛在防晒化妆品应用中一个新而重要的 研究课题。 颜色的影响在于二氧化钛粒子大小在白色光全不透明的塑料中，钛白粉粒子的大小对颜料没有什么影响，因为所有撞击在其表 面的光皆完全的被反射回去。对于一个半透明的白色薄膜而言，二氧化钛粒子的大小，对透射光及反射光的颜色均有影响。考虑透过，当粒子小时透过光大部分的蓝光被反射，而有更多的黄光被透过去。基于此，如果想让蓝光透过去，颗粒大的钛白粉较粒小的钛白粉更为使用。 如果把一种吸光颜料，如炭黑，加入含钛白粉的塑料中，则波长较长的红光被吸收的概率较大。在这种情况下，缩小钛白粉粒子的大小会降低红光的散射而提高蓝色度，这种现象是光对二 氧化钛散射的固有特性，称为底色。在常用的白色颜料中，二氧化钛的相对密度最小，同等质量的白色颜料中，二氧化钛的表面 积最大，颜料体积最高。 颜料名称相对密度/(g/cm3) 颜料名称 相对密度/(g/cm3) 锐钛型二氧化钛 3.8~3.9 硫酸铅 6.4~6.6 金红石型二氧化钛 4.2~4.3 氧化锌 5.5~5.7 板钛型二氧化钛 4.12~4.23 锌钡白 4.2~4.3 碱式碳酸铅 6.8~6.9 硫化锌 4.0
由于钛白粉无毒，远比铅白优越，各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色，使香料更滑腻，有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。在白色光全不透明的塑料中，钛白粉粒子的大小对颜料没有什么影响，因为所有撞击在其表 面的光皆完全的被反射回去。 对于一个半透明的白色薄膜而言，二氧化钛粒子的大小，对透射光及反射光的颜色均有影响。 考虑透过，当粒子小时透过光大部分的蓝光被反射，而有更多的黄光被透过去。基于此，如果想 让蓝光透过去，颗粒大的钛白粉较粒小的钛白粉更为使用。 如果把一种吸光颜料，如炭黑，加入含钛白粉的塑料中，则波长较长的红光被吸收的概率较 大。在这种情况下，缩小钛白粉粒子的大小会降低红光的散射而提高蓝色度，这种现象是光对二 氧化钛散射的固有特性，称为底色。
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