Filtros minerales: Ventajas en la formulación de protectores solares

El uso de filtros minerales en la formulación de protectores solares se ha extendido en los últimos años. El perfil de seguridad, la eficacia del FPS, la protección de amplio espectro, la fotoestabilidad y el sensorial, han propiciado que el dióxido de titanio (TiO2) y el óxido de zinc (ZnO) hayan ganado una amplia participación en el mercado.

Autor: Q. Armando Mora Navarrete, Technical Support B&PC, IMCD México

La rápida evolución de la protección solar y el auge de los filtros minerales

No hay duda de que la última década ha sido agitada para los consumidores y fabricantes del sector de protección solar. En los últimos años hemos atravesado por una demanda, muy pronunciada, de productos para proteger al consumidor del cáncer de piel y del fotoenvejecimiento.

Además, las tendencias se mueven rápidamente por el auge del skin care, los nuevos formatos y, sobre todo, por las nuevas restricciones en el uso de ingredientes. A esto último los consumidores y desarrolladores de productos debemos hacer frente: Hawai 2018, actualización FDA 2021, Reglamento (UE) 2022/1176, etc.

Las regulaciones también se han actualizado más rápido debido a estudios científicos que abordan la seguridad de los filtros solares y la salud de las personas y del medio ambiente. Además, los consumidores, que hoy en día tienen acceso a la información, son quienes dictan el rumbo de las tendencias y de lo que quieren ver en los estantes o en las plataformas de comercio electrónico.

Se podría decir que nuestra historia moderna con los productos de protección solar es relativamente joven. Y es que hace menos de 50 años la FDA, en Estados Unidos, comenzó a regular los protectores solares y a evaluar la eficacia a través del FPS (Factor de Protección Solar). Casualmente, el término FPS lo introdujo el químico Franz Greiter, a quien se le atribuye el desarrollo de las primeras fórmulas modernas de protección solar hacia mediados del siglo pasado.

Filtros solares orgánicos e inorgánicos

Vale la pena recordar que podemos dividir los filtros solares en orgánicos e inorgánicos. Los filtros orgánicos reciben este nombre porque son compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Su origen es sintético o petroquímico, y algunos de ellos son homosalato, avobenzona y octocrileno.

Los filtros inorgánicos, por su parte, son de origen mineral. Los más comunes son los que se basan en óxidos metálicos como óxido de zinc, dióxido de titanio y los óxidos de hierro.

En la historia moderna (y también en la no tan moderna), el uso de filtros minerales en los protectores solares –refiriéndonos principalmente al dióxido de titanio (TiO2) y al óxido de zinc (ZnO)– ha sido consistente. Sin embargo, en los últimos años ha aumentado su participación en el mercado.

Las ventajas del TiO2 y ZnO son bien conocidas: perfil de seguridad excelente, alta eficacia de FPS, protección de amplio espectro y fotoestabilidad. No obstante, a pesar de sus ventajas, en un principio su uso fue lento debido a los desafíos de estética sensorial de algunas fórmulas. Por ejemplo, el blanqueamiento, el perfil sensorial graso y pesado, etc.

Es importante aclarar que, si bien este artículo presenta algunos aspectos positivos de la protección solar mineral, no pretende fomentar el desuso de los filtros orgánicos, sustancias consideradas seguras y globalmente aprobadas.

Por el contrario, este texto busca invitar al lector a explorar los caminos que ofrecen los filtros minerales en la formulación de protectores solares. Hoy en día son una opción para abordar tendencias, demandas y preocupaciones de los consumidores. Y también para facilitar el desarrollo de fórmulas con una perspectiva más sostenible.

Tendencias que han posicionado a los filtros minerales

Según datos recientes, el lanzamiento de protectores solares que contienen sólo filtros minerales o inorgánicos (ZnO y TiO2) se ha más que duplicado en cinco años, pasando de 14.3% en 2014 a 29.6% en 2019. Este aumento está relacionado con ciertas tendencias y aspectos técnicos que se mencionan continuación:

Naturalidad y sostenibilidad

Debido a la naturaleza de los ingredientes convencionales en protección solar (filtros orgánicos, polímeros o polvos microplásticos), así como al desafío que representa el desarrollo de fórmulas en este sector, los claims relacionados con naturalidad y sostenibilidad comenzaron a tener mayor presencia en el mercado hace apenas cinco años.

Sin embargo, desde entonces la tendencia ha ido al alza. Por ejemplo, entre 2018 y 2022 se triplicaron los lanzamientos de productos de protección solar con claims asociados con naturalidad y sostenibilidad.

Los filtros inorgánicos provienen de fuentes minerales naturales. Los fabricantes de ingredientes cosméticos de especialidad ya han introducido en el mercado presentaciones de óxido de zinc o dióxido de titanio en forma de polvos tratados o dispersiones en emolientes naturales.

Estas nuevas tecnologías pueden ser hasta 100% de origen natural, según ISO 16128. Y están permitiendo el desarrollo de fórmulas de protección solar más sustentables, con un contenido superior al 95% de origen natural.

Regulaciones y consumidores informados

En febrero de 2019, la FDA publicó nuevas propuestas para la regulación de protectores solares, nombrando únicamente al TiO2 y ZnO como ingredientes Generalmente Reconocidos como Seguros y Efectivos (GRASE, por sus siglas en inglés). En tanto, los filtros orgánicos tradicionales permanecen con el mismo estatus, aunque la FDA indicó que se requieren más datos para clasificarlos como GRASE.

Además, en los últimos años diversos estudios han señalado que algunos filtros orgánicos penetran la piel y el organismo los puede absorber. Esto ha generado controversia y preocupación entre los consumidores. En tanto, ha llevado a los fabricantes a evaluar el futuro regulatorio de algunos filtros orgánicos, y a contemplar el uso exclusivo de filtros inorgánicos como una alternativa para evitar posibles reformulaciones a largo plazo.

Implicaciones del mercado

Las tendencias, las necesidades comerciales impuestas por las cadenas de distribución y las demandas de los consumidores, a menudo avanzan más rápido que las regulaciones y los estudios científicos. Por esta razón, una parte de los fabricantes ha optado por incursionar progresivamente en el desarrollo de protectores solares basados sólo en filtros minerales, como una manera de anticiparse a los cambios.

Consideraciones sobre filtros minerales en protectores solares

Para los formuladores y desarrolladores de protectores solares, ciertas características fisicoquímicas intrínsecas a los filtros minerales resultan atractivas porque se ajustan a determinados formatos o por el amplio espectro de radiación solar que cubren.

Comprender algunos aspectos técnicos de los filtros minerales permite enfrentar de mejor manera los retos de formulación. Y no sólo eso, sino también realizar la elección correcta de la tecnología de dispersión o polvo de filtro mineral, lo mismo que de los ingredientes para la fórmula.

Primero, es importante recordar cómo actúan los filtros minerales frente a la radiación UV y la luz visible. Llamaremos atenuación a la capacidad de los filtros para reducir la intensidad de la radiación ultravioleta (UV) que llega a la piel.

Mecanismos de atenuación

La atenuación en los filtros minerales ocurre de dos maneras (Figura 1):

Absorción UV.Es el principal mecanismo, explicado a través del modelo de bandas. En este modelo, los electrones que se encuentran en estados bajos de energía absorben la radiación UV para “saltar” hacia un nivel de energía superior conocido como estado excitado. Luego, los electrones pueden volver a su estado original tras la emisión de energía no dañina en forma de calor o luz.
Reflexión y dispersión UV. Además de la absorción, los filtros minerales actúan reflejando y dispersando la radiación UV. Puede ocurrir que una partícula de filtro solar disperse la radiación hacia otras partículas que interactúen nuevamente con este mecanismo o con el de absorción.

Las propiedades de atenuación de UV del ZnO y del TiO2 son complementarias. Mientras el dióxido de titanio es un compuesto absorbente principalmente de UVB, el óxido de zinc es relevante en la región del UVA, aunque también absorbe en la del UVB. Las zonas de absorción de estos filtros permiten comprender por qué es común que los protectores solares de alto FPS estén constituidos por ambos filtros orgánicos, y porqué el porcentaje de ZnO suele ser mayor que el de TiO2.

Atenuación en los filtros minerales usados en la protección solar — Figura 1.

Algunas de las tecnologías más relevantes y globalmente aprobadas en materia de filtros minerales están hechas con partículas de ZnO o TiO2 de entre 100 y 500 nm, en dispersiones oleosas o en polvos con tratamientos superficiales. Este fenómeno se debe a que las propiedades ópticas y la capacidad de atenuación de los filtros minerales están estrechamente relacionadas con la distribución, tamaño y forma de las partículas, así como con el medio circundante.

Cómo mejorar la dispersión de los filtros minerales

En los protectores solares con filtros minerales, cuando las partículas son más pequeñas y su distribución es más uniforme, la luz visible se transmite y las partículas parecen “más transparentes” al momento de la aplicación. En el mercado existen tecnologías de óxido de zinc con tamaños de partícula de alrededor de 200 nm. Esto ayuda a resolver con mayor facilidad problemas de aplicación bien conocidos como el “efecto mimo” o la indeseable capa blanca.

Gran parte del desempeño de un protector solar depende de la manera en que las partículas del filtro se encuentren distribuidas. Para conseguir una buena uniformidad se debe realizar una emulsificación adecuada y usar solventes de filtros. Debido a que los filtros minerales son de naturaleza hidrofóbica, los solventes de filtro suelen ser emolientes de baja polaridad.

Beneficios de las tecnologías de dispersión

Si el objetivo es desarrollar un producto con alto FPS, será común observar que al menos un 20% de la fórmula estará constituida por los filtros. Por ello es importante decidir si se utilizará una tecnología de dispersión o una de polvo. Actualmente las tecnologías basadas en dispersiones han ganado relevancia en el mercado por beneficios como los siguientes:

Facilidad de uso. Esto se refiere tanto a la manipulación como a la incorporación en la formulación. Las dispersiones de filtros minerales usualmente contienen un solvente de filtro óptimo que facilita la incorporación. Algunas dispersiones incluso permiten el desarrollo de fórmulas con procesos en frío, con pocos ingredientes y con buen desempeño durante la aplicación.
Facilidad para desarrollar experiencias sensoriales más agradables. La obtención de perfiles sensoriales agradables en protección solar suele ser uno de los aspectos más desafiantes. Por fortuna, otro beneficio de las dispersiones de filtros es la facilidad para la obtención de fórmulas con propiedades sensoriales agradables. Y es que muchas de las dispersiones, además de reducir drásticamente el indeseable efecto de blanqueamiento durante la aplicación, permiten obtener fórmulas con propiedades sensoriales más agradables. Esto es posible al optimizar el uso de emolientes, modificadores sensoriales, potencializadores de SPF, e incluso de emulsionantes.
Seguridad y optimización de procesos. En algunas regiones, el TiO2 en polvo está clasificado como carcinógeno por inhalación. Además, su almacenamiento puede demandar un mayor volumen, y su incorporación puede requerir de más cuidados y consideraciones, pues usualmente los polvos son muy volátiles.Por el contrario, con las dispersiones no hay peligro de inhalación, por lo que son inherentemente más seguras. Asimismo, facilitan los procesos de fabricación, así como la limpieza de áreas en pequeña y gran escala.
Eficacia. Debido a su composición –que suele incluir potencializadores de FPS, un tamaño de partícula más uniforme y un solvente de filtro óptimo– las dispersiones generalmente proporcionan mayores niveles de eficacia de FPS y de estabilidad contra la aglomeración de partículas con el paso del tiempo. De tal manera que el FPS se mantiene durante las pruebas de estabilidad.

Considerando el panorama actual de tendencias y de tecnologías cosméticas disponibles para los protectores solares con filtros minerales, invitamos a los consumidores y a los profesionales detrás del desarrollo y la manufactura, a continuar explorando las tendencias, beneficios y retos entorno a este apasionante campo.

Referencias

[1] Ma, Y., & Yoo, J. (2021). History of sunscreen: An updated view. Journal of Cosmetic Dermatology, 20(4), 1044-1049.

[2] Schneider, S. L., & Lim, H. W. (2018). A review of inorganic UV filters zinc oxide and titanium dioxide. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine, 35(6), 442-446.

[3] Hewitt, J. P. (2020, 29 de septiembre). Feel and Function: Attuning Attributes in Mineral Sunscreens. Cosmetics & Toiletries. https://www.cosmeticsandtoiletries.com/formulas-products/sun-care/article/21835866/feel-and-function-attuning-attributes-in-mineral-sunscreens

[4] Bai, X., Yan, J., & Gilchrest, B. A. (2024). Next-Generation Zinc Oxide–Based Sunscreens: Molecular Characteristics and Advantages. Journal of Investigative Dermatology, 144(2), 430-434.e1. https://doi.org/10.1016/j.jid.2023.07.020

[5] Portilho, L., Aiello, L. M., Vasques, L. I., Bagatin, E., & Leonardi, G. R. (2022). Effectiveness of sunscreens and factors influencing sun protection: a review. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences, 58.