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化學防曬和物理防曬的對比

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2019/08/07 10:25
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  紫外線吸收劑一般是具有芳香族結構或色團結構的有機化合物。紫外吸收劑作用的主要機理為:利用一個閉合的共軛體系,依靠π-π*躍遷吸收光子,當2個π分子軌道足夠接近時會產生2個離域的分子軌道,一個能量高、一個能量低。一般而言,吸收劑具有光穩定性,吸收光子后的能量能夠通過分子共振產生共振量子(主要)或通過熒光、磷光釋放,通過分子的可逆異構化使吸收劑從激發態轉變為穩態。
  DHHB分子結構具有很好的共振及氫離子轉移效果,當DHHB分子吸收紫外線后,經由分子里頭苯環結構及鄰近氫離子的改變,將能量吸收,整個分子結構也會暫時改變,當分子將能量慢慢釋放出去后,DHHB的分子結構又會恢復到原來的狀態。
  二氧化鈦和氧化鋅是兩個被批準的物理防曬原料,防曬劑中使用這些物理防曬主要是通過吸收來減弱紫外線,通過一些散射疊加。作為小顆粒晶體(10-100nm),這些材料是在價帶和導帶之間具有高帶隙能量的半導體。塊狀晶體的帶隙在對應于380-420nm之間的波長的能量范圍內。當初級粒子越小,帶隙能量越高,通過將電子從化合價提升到導帶來吸收紫外線。
  這兩種成分本質上都是半導體。以二氧化鈦為例,其受到紫外線的激發后,它是一種N型半導體,當波長小于400nm的紫外線照射時,介帶上的電子可吸收紫外線而被激發,并產生電子-空穴,因而二氧化鈦具有吸收紫外線的功能。
  那么納米二氧化鈦這種物理防曬劑,在防曬產品中何時是起到吸收,何時起到散射作用呢?這就與其粒徑有關了。納米二氧化鈦的原始粒徑越小,吸收紫外線能力越強。實驗表明,紫外線的波長越長,納米二氧化鈦對它的屏蔽性取決于其吸收力。因此,可以想象得到的是在UVB波段,二氧化鈦是以吸收為主,而在UVA波段,納米二氧化鈦是以散射為主。因此,要達到寬廣范圍的UV防護能力,吸收和散射都是需要的,于是就會有一個最佳的二氧化鈦原始粒徑,并不是越小越好??紤]納米二氧化鈦的團聚現象,一般認為,屏蔽紫外線的二氧化鈦的最佳粒徑在20-50nm。當然,粒徑僅僅是防曬產品開發中要求物理防曬劑的一個指標,很多的技術指標更是需要考慮的。
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