物理防晒剂

防晒剂划分的类型

物理防晒剂，全称为物理性紫外线屏蔽剂，也称无机防晒剂，是防晒剂划分的一种类型，区别于化学防晒剂，主要类型有二氧化钛、氧化锌，此类物质不吸收紫外线，但能反射和散射紫外线，用于皮肤上能对紫外线起到物理屏蔽作用，且只停留在皮肤表面，不会被皮肤所吸收，可减少对皮肤的过敏性。

产品简介

防晒化妆品是指能够防止或减轻由于紫外线辐射而造成的皮肤损害的一类化妆品。

按照我国《化妆品安全技术规范》（2015版），防晒化妆品的重要成分——防晒剂是准用组分，规范中列出了允许使用的27种防晒剂，包括25种化学防晒剂和2种物理防晒剂，而且对每一种防晒剂在化妆品使用中的最高允许浓度都有明确的规定，以保证防晒化妆品的安全性。我国法规还规定，防晒化妆品作为特殊用途化妆品，在上市前均需要通过国家认定机构的理化、微生物、毒理学、人体安全性和功效性检验，并经过严格的审批程序才能上市。

物理防晒剂是一类白色无机矿物粉末，《规范》中允许使用的只有二氧化钛和氧化锌两种物质。

物理防晒剂的防晒机制与其粉末粒径大小有关。当粒径较大（颜料级别）时，防晒机制是简单的遮盖作用，这类粉末在皮肤表面形成覆盖层，把照射到皮肤表面的紫外线反射或散射出去，从而减少进入皮肤中的紫外线含量，就像一束光照在镜子上被反射出去一样，属于物理性的屏蔽作用，所以也称为紫外线屏蔽剂，防晒作用较弱。但随着粉末粒径的减小，此类防晒剂对紫外线的反射、散射能力降低，而对UVB的吸收性明显增强，当粒径小到纳米级时，防晒机制是既能反射、散射UVA，又能吸收UVB，防晒作用较强。

主要成分和作用原理

物理防晒剂利用的是纳米材料粒子不透光的特性，当日光照射到纳米粒子时，它能使紫外线反射或者散射于人体皮肤外，从而起到一个减少紫外线进入皮肤的作用，主要包括有二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）。

（1）二氧化钛（TiO2）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。

（2）纳米二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是：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3.2eV）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很强的电子空穴对。此类的电子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。

正因为粒径越小的二氧化钛容易产生自由电子，且自由电子很快会被捕获为自由基，所以长期使用以粒径超小的纳米二氧化钛为防晒剂的化妆品，会加速皮肤的老化，对皮肤造成一定的危害，因此我们可以在使用这一类的化妆品同时复配用一些“抗自由基”的产品，来降低其危害性，但仍没有完整的理论去证实。

（3）氧化锌（ZnO）是一种重要而且使用广泛的物理防晒剂，屏蔽紫外线的原理为吸收和散射。氧化锌吸收紫外线的原理来自于它本身，氧化锌属于N型半导体，其价带上的电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁，而散射紫外线的原理就和材料的粒径相关，当尺寸远小于紫外线的波长时，粒子就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射，从而减小照射在皮肤上的紫外线强度。此外，如果这原料的粒径过大，则涂在皮肤上会出现不自然的白化现象。因此纳米级氧化锌与通常尺寸相比有着明显的优势，市场上使用的氧化锌几乎都是纳米级的。

（4）纳米氧化锌是稳定的化合物，可以提供广谱的紫外保护（UVA和UVB）。在过去，由于它特别小的尺寸，使得它们有更高的化学活性，也可能被人体吸入，从而对人体和环境有着潜在的危害，因此对于纳米级氧化锌的使用还存在着很大的争议。比如欧盟在2004年的时候说纳米氧化锌会被人体吸入，而且可能会引起DNA损伤。澳大利亚在2006年一份综述中称不认为纳米粒子在皮肤中有吸收。而美国FDA在1999年批准氧化锌的使用，但认为纳米氧化锌存在安全问题而不允许使用，但在2006年也批准纳米氧化锌作为一个新的有效成分。经过时间的推敲，纳米氧化锌被证实是安全有效的。

物理防晒剂特点

物理防晒剂通过简单遮盖阻隔紫外线的物理防晒剂（颜料级别）具有安全性高、稳定性好的优点，但由于在皮肤表面沉积成较厚的白色层，所以容易堵塞毛孔，影响皮脂腺和汗腺的正常分泌，且容易脱落，具有增白效果的防晒品中往往都含有这类防晒剂。纳米级的无机防晒剂的粉粒直径在数十纳米以下，已经无遮盖作用，而具有防晒能力强、透明性好的优势，但也存在易凝聚、分散性差、吸收紫外线的同时易产生自由基等缺点，所以需要对其粒子表面进行改性处理以解决上述缺点，这对生产厂家的研发能力要求较高。

配方应用及优缺点

1.物理防晒剂在配方中的使用

一般在配方中的使用方法为：用液体油相与二氧化钛和氧化锌进行均质预分散，在高速剪切下，与水相完成乳化，即可得到防晒乳或霜。二氧化钛和氧化锌的预分散程度与粉体的粒径和液体油相的极性有关，当粉体粒径越小，所需均质时间和力度越小，得到的产品更细腻；当粉体粒径越大，所需均质时间和力度越大，产品可能会有粗糙感，当然也与液体油相的极性存在一定的关系。

在纯物理防晒产品中，二氧化钛和氧化锌一般都是同时复配使用。因为单一使用二氧化钛，只能提供较好的UVB段保护（即提供SPF值），而单一使用氧化锌，也只能提供较好的UVA保护（即提高PA值），两者按照一定比例复配使用，才能同时达到最好的 UVA和UVB保护效果。

2.优缺点

优点：

（1）安全性高、稳定性好，只要不出汗或者擦拭，涂抹在皮肤表面，立即就产生防晒的效果，可以保持相当长的一段；

（2）在皮肤上不发生化学反应，对皮肤较温和。

缺点：

（1）纳米微粒可能会释放出自由基，增加氧化压力；

（2）质地稍显厚重，涂抹在皮肤表面容易泛白。

3.使用限量

根据我国《化妆品安全技术规范》（2015版）规定，二氧化钛和氧化锌在化妆品中使用时最大浓度为25%。

未来展望

随着人们对紫外线防护意识的增强，对紫外线吸收剂的要求也不断提高。为满足人们的需求，各国科研工作者正不懈地致力于新型防晒剂的开发与研究。物理防晒剂中二氧化钛、氧化锌的纳米化、超细化、在粉体表面包覆具有亲水、亲油功能基团的表面化处理以提高粉体的适配性以及在不降低透明度的情况下提高纳米二氧化钛、氧化锌的UVA屏蔽效果将是未来物理防晒剂的重要研究方向。

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