|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Синтез и свойства сферических микрочастиц TiO2 для применения в косметикедипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Колесник И.В.
- Автор: Игонина Е.Д.,
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2018
- Аннотация: Диоксид титана используется при производстве косметических средств уже более 40 лет. Он применяется в качестве пигмента белого цвета, а также, как физический фильтр ультрафиолетового излучения. Косметический пигмент на основе диоксида титана представляет собой мелкодисперный порошок белого цвета с характерным размером частиц 100-300 нм, который обладает высоким солнцезащитным фактором, что позволяет применять его в производстве солнцезащитной продукции. Однако, как известно из литературных данных, наночастицы оксида титана могут вызывать повреждение живых клеток или клеточных структур вследствие протекания фотокаталитических реакций и образования активных форм кислорода под действием света, что, в свою очередь, может приводить к окислительному стрессу клеток кожи и преждевременному старению. Одним из возможных путей решения этой проблемы может быть использование частиц аморфного оксида титана, не обладающего фотокаталитической активностью. Кроме того, современные косметические пигменты на основе диоксида титана не позволяют в полной мере маскировать морщины и другие недостатки кожи из-за низкой прозрачности и низкого коэффициента пропускания видимого света, которые, в свою очередь, можно оптимизировать путем изменения морфологии и размеров частиц. В связи с этим, целью данной работы является получение сферических частиц TiO2 и установление зависимости оптических свойств и потенциальной токсичности пигментов на основе данных частиц от их морфологии, дисперсности и кристаллической структуры. Для достижения цели были поставлены сформулированы следующие задачи: синтез аморфных и кристаллических сферических частиц, а также определение их фазового состава с помощью методов РФА и КР-спектроскопии, размера и морфологии с помощью получения изображений на растровом электронном микроскопе; изучение функциональных оптических свойств (солнцезащитный фактор SPF, коэффициент общего пропускания, коэффициент «мягкого» фокуса, укрывистость) пигментов на основе полученных микрочастиц и их сравнение с промышленными пигментами, определение токсичности пигментов путем измерения фотокаталитической активности и контроля образования свободных радикалов методом ЭПР. В ходе данной работы нами были получены как аморфные, так и кристаллические микрочастицы TiO2 с диаметрами от 0,8 мкм. Аморфные сферические частицы были получены методом гидролиза алкоксида Ti(OBu)4 в присутствии ионов Na+. Более того, с помощью отжига этих аморфных частиц были получены сферические микрочастицы анатаза и рутила. В то же время, были синтезированы кристаллические частицы анатаза с применением метода гидротермального синтеза из водного раствора Н2TiCl6 c с добавлением H2O2 и NH4F для обеспечения образования сферических частиц и добавлением NaCl для того, чтобы уменьшить степень агрегации частиц. Фазовый состав микросфер был установлен с помощью методов рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния. Морфология и размер частиц были изучены с помощью метода растровой электронной микроскопии. Согласно серии измерений солнцезащитного фактора пигментов на основе полученных фаз TiO2 с помощью метода спектросокпии в УФ-области спектра в режиме пропускания и сравнению их с коммерчески доступными пигментами, солнцезащитный фактор зависит от фазового состава сферических частиц. Так, солнцезащитный фактор для сферических аморфных частиц составил 22,5, для анатаза - 18, для рутила – 16,2. В то же время, сферические частицы анатаза, полученные гидротермальным синтезом обладают наиболее высоким среду полученных частиц солнцезащитным фактором, который равен 38, что может быть связано с его высокодеффектной поверхностью. Более того, было установлено, что широко используемый косметический пигмент на основе SiO2 обладает низким показателем SPF по сравнению с синтезированными в данной работе микрочастицами TiO2, что еще раз подтверждает то, что микрочастицы TiO2 являются отличными претендентами для изготовления многофункциональных пигментов для изготовления косметической продукции. Безусловно, коммерчески доступные частицы TiO2 обладают наибольшим показателем SPF, однако в связи с их малыми размерами они обладают высокой фотокаталитической активностью и, как следствие, высокой токсичностью. Так, фотокаталитическая активность коммерчески доступных пигментов, представляющих собой частицы размерами до 150 нм, достигает значений порядка 30*10-6 с-1мг-1, в то время как для синтезированных в данной работе частиц она не достигает значений выше 10*10-6 с-1мг-1. Для изготовления косметической продукции важны такие оптические показатели пигментов, как коэффициент общего пропускания, коэффициент «мягкого» фокуса и укрывистость, которые были также измерены и для коммерческих пигментов, и для синтезированных в ходе работы микросфер TiO2. Таким образом, было установлено, что коэффициент «мягкого» фокуса и укрывистость как кристаллических, так и аморфных частиц TiO2 удовлетворяют требованиям, предъявляемым к косметическим пигментам, в отличие от коммерчески доступных пигментов TiO2. Оба этих параметра зависят в большей степени от размера и морфологии частиц и в меньшей от фазового состава. Так, полученные нами частицы обладают коэффициентом «мягкого» фокуса более 80 % и укрывистостью от 15 % до 40 % при высоком коэффициенте пропускания более 85 %, что приводит к выводу о том, что сферические частицы TiO2 обладают ярковыраженным эффектом «мягкого» фокуса, в результате чего отражение света будет происходить равномерно, тем самым создавая естественный тон кожи и делая морщины и другие дефекты кожи менее заметными.
- Добавил в систему: Колесник Ирина Валерьевна