care | Physikalische UV-Filter

Woran erkennt man physikalische UV-Filter? Die Antwort ist denkbar einfach, denn die Gruppe der physikalischen UV-Filter ist klein. Es gibt lediglich zwei Vertreter: Titandioxid und Zinkoxid. Hier gibt es die wichtigsten Informationen zu physikalischen Filtern und Beispiele für mineralische Sonnencremes.

Auch physikalische UV-Filter sind „Chemie“

Bei physikalischen UV-Filtern handelt sich um anorganische, mineralische Verbindungen. Aus diesem Grund werden diese Sonnenschutzmittel häufig als anorganische bzw. mineralische UV-Filter bezeichnet werden. Letztendlich ist aber stets das Gleiche gemeint.

Physikalische UV-Filter sind chemische Verbindungen, die sogenannte anorganische Atome enthalten. Aus diesem Grund findet sich häufig auch die Bezeichnung „anorganische Filter„. Ein weiteres Synonym ist „mineralische Filter„, da die Beiden Verbindungen chemisch betrachtet als Minerale gelten. Doch ob nun physikalisch, anorganisch oder mineralisch, sowohl Titandioxid und Zinkoxid sind chemische Verbindungen – so wie es auch die gemeinhin als „chemisch“ bezeichneten UV-Filter sind.

  • Titandioxid: chemische Verbindung aus dem Übergangsmetall Titan und Sauerstoff
  • Zinkoxid: chemische Verbindung aus dem Übergangsmetall Zink und Sauerstoff

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Titandioxid (INCI: Titanium Dioxide)

  • Seit 2002 im Anhang 7 der Verordnung über kosmetische Mittel als mineralischer UV-A und UV-B-Filter gelistet.
  • Eingesetzt werden vor allem beschichtete („gecoatete“) Titandioxid-Pigmente in einem Größenbereich von 10-60 nm (Nano) und der sogenannten Rutil-Modifikation. Rutil bezeichnet den physikalischen und chemischen Aufbau des Minerals, sprich die Anordnung der einzelnen Atome zueinander und die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften. Im Falle des Titandioxids in der Rutil-Modifikation erhält man ein besonders photostabiles Mineral mit einem sehr hohen UV-Absorptionsvermögen.

Titandioxid & Nanopartikel

Für Sonnenschutzprodukte wird heutzutage fast ausschließlich nanoskaliges Titandioxid genutzt. Es muss auf INCI-Listen unter Angabe von „Titanium Dioxide“ und „Nano“ aufgeführt werden.

Die in der Vergangenheit lange eingesetzten Titandioxid-Mikropartikel, sind größer als Nanopartikel. Die Mikropartikel ergeben eher pastöse kosmetische Formulierungen, die sich nur schwer auf die Haut auftragen lassen und ein eher klebriges, weißliches und unangenehmes Finish hinterlassen. Nanoskaliges Titandioxid dagegen ist nahezu transparent und lässt sich verhältnismäßig einfach auf der Haut verteilen.

Bei Nanopartikeln ist die Schutzwirkung gegenüber UV-Strahlung wesentlich besser. So können insbesondere hohe Lichtschutzfaktoren derzeit nur unter Einsatz von Titandioxid in Nanopartikeln erzielt werden.

Nanopartikel stehen seit 2008 in der Kritik, denn es ergaben sich Hinweise darauf, dass ultra-feine Nanopartikel über die Haarfollikelkanäle möglicherweise das Stratum corneum (Hornschicht der Haut) penetrieren können. Zum aktuellen Zeitpunkt gibt es keine fundierten wissenschaftlichen Belege darüber, dass Titandioxid (Nano) in lebende Zellen eindringen kann [1]. Entscheidend für diese Bewertung die Verwendung von beschichtetem Titandioxid sowie eine intakte Hautbarriere, die jeweils eine Penetration der Nanopartikel über Zellmembranen hinweg unterbinden. Laut aktueller Studienlage ist das Risikopotential nanoskaliger mineralischer UV-Filter vernachlässigbar [2].

Zinkoxid (INCI: Zinc Oxide)

  • Zinkoxid filtert effektiv UV-Strahlung im Bereich von 340-380 nm (UVA), für einen umfangreichen UV-Breitbandschutz wird es daher häufig mit Titandioxid kombiniert.
  • Wie Titandioxid auch, ist Zinkoxid in Wasser unlöslich, jedoch steigt die Löslichkeit bei pH-Werten unter 6 deutlich an. Dies schafft ein Milieu in dem freie positiv geladene Zink-Ionen mit negativ geladenen Gelbildnern oder Emulgatoren reagieren und so in Lösung gebracht werden können. Eine weitere Möglichkeit das wasserunlösliche Zinkoxid in Lösung bzw. Emulsion zu bringen, ist die Verwendung von Fettphasen. Die enthaltenen Lipide können das Mineral zwar nicht lösen, jedoch kommt es zu einer Benetzung der Mineralpartikel, was den Auftrag und die Einarbeitung erleichtert. Geeignete Lipide hierfür sind oxidationsstabile und niedrigviskose (flüssige) Neutralöle oder auch Squalan.
  • Zinkoxid weist eine ausgezeichnete Photostabilität auf.
  • Zinkoxid gilt gemeinhin als sicherer UV-Filter mit niedriger Hautpenetrationsrate, nicht-carcinogenen Eigenschaften und einer insgesamt niedrigen Toxizität. Wie immer macht die Dosis das Gift, jedoch ist ein Einsatz bis 25% im Tier- und Humanmodell als sicher zu bewerten [3].

Zinkoxid & Nanopartikel

Als UV-Filter verwendet, findet sich Zinkoxid primär im Nanobereich mit Partikelgrößen bis 100 nm. Der Einsatz von nanoskaligem Zinkoxid muss laut EU-Kosmetikverordnung seit 2013 auf INCI-Listen mit einem „Nano“ in Klammern gekennzeichnet werden (Verordnung (EG) Nr. 1223/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 30.11. 2009 über kosmetische Mittel (EU-Kosmetikverordnung)).

Konzentration physikalischer UV-Filter in Sonnencremes

Sowohl Titandioxid als auch Zinkoxid können in Sonnenschutzprodukten mit bis zu 25 % formuliert werden, jedoch jeweils nur für sich genommen. Werden die beiden anorganischen Filter koformuliert, darf die Konzentration der beiden Filter in Summe 25 % nicht übersteigen.

Die gemeinsame Formulierung von Titandioxid und Zinkoxid ist nicht ganz unkompliziert, da Titandioxid die Zusammenballung (Agglomeration) der Partikel fördert, was letztendlich einem Verlust der Schutzwirkung gegenüber UV-Strahlung bedeutet. Inzwischen gibt es speziell produziertes Zinkoxid, mit dem sich dieses Phänomen nahezu vermeiden lässt.

Sonnencremes mit physikalischen UV-Filtern

Sonnencremes, die zur Erreichung des UV-Schutzes lediglich auf Titandioxid und/oder Zinkoxid setzen, sind meist entsprechend ausgelobt. In der INCI-Liste unter Titanium Dioxide und Zinc Oxide aufgeführt, finden sich häufig auch Verweise wie:

  • Mineralische Sonnencreme
  • 100 % anorganische UV-Filter
  • Physical Sunscreen

Sonnencremes mit physikalischen Filtern sind nicht per se besser als Sonnencremes mit chemischen Filtern. Oftmals lassen sich durch Kombination der beiden Filterkategorien wirksamen und elegante Formulierungen erzielen. Rein mineralische Sonnencremes sind häufig pastös im Auftrag und hinterlassen bei korrekter Auftragsmenge fast immer einen weißen Schleier.

Beispiele für mineralische Sonnencremes:

Literaturangaben

[1] Filipe et al., Stratum corneum is an effective barrier to TiO2 and ZnO nanoparticle percutaneous absorption. Skin Pharmacol Physiol. 2009;22(5):266-75.

[2] Schilling et al., Human safety review of „nano“ titanium dioxide and zinc oxide. Photochem Photobiol Sci. 2010 Apr;9(4):495-509.

[3] Kim et al., Risk assessment of zinc oxide, a cosmetic ingredient used as a UV filter of sunscreens. J Toxicol Environ Health B Crit Rev. 2017;20(3):155-182.

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