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    Retos y soluciones para formular protectores solares altamente efectivos con filtros minerales

    protectores solares filtros minerales

    La demanda de protectores solares sólo con filtros UV minerales ha aumentado significativamente en los últimos años. Sin embargo, obtener un producto de alta protección con sensorial liviano es un desafío técnico para los formuladores de cosméticos.


    Autores: Juliana Flor, Latam Technical Manager; Luis Julian, New Business Development Manager, DSM Nutritional Products-Personal Care


    Los protectores solares son productos que se utilizan para proteger a la piel de los rayos ultravioleta (UV) y de sus daños. Por ejemplo, envejecimiento, hiperpigmentación y cáncer. Son eficientes para reflejar/dispersar o absorber la radiación UV cuando se usan de manera correcta y regular1.

    Las formulaciones de protección solar deben combinar diferentes tipos de filtros ultravioleta para alcanzar los niveles de protección (SPF y UVA-PF) requeridos. Esto de acuerdo con los requisitos normativos, como niveles mínimos de protección y equilibrio entre SPF y UVA-PF, que según algunas normativas debe ser 1/3.

    También hay aspectos de marketing que conducen a una mayor presencia de fórmulas con altos niveles de protección. Al mismo tiempo, los consumidores latinoamericanos buscan formulaciones más livianas.

    La combinación de alta protección y sensorial liviano es un desafío técnico para los formuladores de cosméticos. Para aumentar la protección se necesita una mayor concentración de filtros UV, lo que repercute en el sensorial. Y es que muchas veces se trata de sustancias oleosas o que necesitan de emolientes para solubilizarse. Esto puede conducir a una formulación con un aspecto sensorial más pesado.

    Tipo de filtros ultravioleta

    En los protectores solares y otros cosméticos con claims de protección solar, se utilizan diferentes tipos de Filtros UV. Estos ingredientes pueden clasificarse de diferentes formas. Según su espectro de absorción de radiación: filtro UVA, filtro UVB, filtro de Amplio Espectro o filtro UVA/UVB. Mientras que según su forma de presentación: líquido, cristal que debe solubilizarse, o particulado (queda como partícula en el producto final).

    Otra forma muy común de clasificar a los filtros —aunque no del todo correcta— es como “filtros químicos” o “filtros físicos”2. Las principales referencias de los filtros físicos son el dióxido de titanio y el óxido de zinc. Sin embargo, estos óxidos metálicos también son sustancias químicas.

    Con base en lo anterior, sería más correcto clasificar al dióxido de titanio y al óxido de zinc como “filtros minerales”. Son sustancias que también se encuentran como minerales en la naturaleza.

    El mecanismo de acción, reflexión y/o absorción de un protector solar dependerá del tipo de filtro UV. Los filtros orgánicos —más conocidos como filtros químicos— suelen absorber la radiación ultravioleta. Los filtros inorgánicos —también conocidos como filtros físicos o minerales— absorben y reflejan esta radiación2.

    La demanda de protectores solares sólo con filtros UV minerales ha aumentado significativamente en los últimos años. Esta tendencia ha traído diferentes desafíos para los investigadores de desarrollo de productos. En especial cuando se consideran productos de alta protección (SPF superior a 30).

    Dióxido de titanio y óxido de zinc

    El dióxido de titanio y el óxido de zinc son filtros minerales aprobados en todo el mundo. En la Figura 1 vemos las curvas de absorción de los filtros minerales y de la mezcla entre ellos. Vemos que la curva de dióxido de titanio tiene mayor intensidad de absorción en la región UVB, mientras que el óxido de zinc cubre mejor la región UVA. La combinación de estas partículas asegura una protección UV de banda ancha3.

    protectores solares filtros minerales. Curvas de absorción de los filtros UV minerales de TiO2 y ZnO
    Figura 1. (a) Curvas de absorción de los filtros UV minerales de TiO2 y ZnO. (b) Curva de absorción de la mezcla de filtros minerales TiO2 y ZnO

    Los dos filtros UV minerales también reducen la transmisión en el rango de la luz azul. Así protegen a la piel contra los daños de este tipo de radiación4, 5. Los principales retos para desarrollar protectores solares con filtros minerales, son:

    1. Lograr la protección UVA exigida por la legislación en productos con alto SPF
    2. Disminuir el efecto blanco, conocido también como efecto “mimo”
    3. Dispersión de los filtros minerales
    4. Compatibilidad con otros ingredientes de la formulación

    Retos en el uso de filtros minerales

    De acuerdo con la legislación en el Mercosur, el valor de PPD o UVA-PF (que es la protección UVA) debe ser un tercio del valor declarado de SPF. Para un SPF 60, el valor PPD o UVA-PF debe ser de al menos 20. Obtener este valor sólo con filtros minerales es muy desafiante y difícil.

    Sin embargo, en el laboratorio de aplicación de DSM Latam, se desarrolló un protector solar sólo con filtros minerales SPF 60, con 22% de dióxido de titanio recubierto con dimeticona y sílica, y 20% de óxido de zinc recubierto con trietoxicaprililsilana.

    De acuerdo con las pruebas de SPF y UVAPF in vivo, se obtuvieron valores de SPF 71.8 y PPD 22.9. En laFigura 2 es posible ver la formulación de este protector solar.

    Formulación de un protector solar SPF 60 sólo con filtros UV minerales
    Figura 2. Formulación de un protector solar SPF 60 sólo con filtros UV minerales

    El ‘efecto blanco’

    Para solucionar el inconveniente del efecto blanco de los protectores solares con filtros minerales, hay opciones micronizadas de TiO2 y ZnO. Sin embargo, la absorción UV también dependerá del tamaño de las partículas. Cuanto más pequeño es el tamaño de partícula de los filtros minerales, más se desplaza la curva a longitudes de onda más cortas.

    Lo ideal para los filtros minerales es un tamaño de partícula donde tenga el menor efecto blanco con la mayor absorción en la región UVA o UVB. Esto sucede en partículas con tamaños de entre 100–300 nm. El efecto blanco ocurre cuando hay una alta absorción en la región visible del espectro solar, entonces es importante que la curva de absorción sea desplazada para la región del UVB y UVA.

    En los protectores solares con filtros minerales, la transparencia no es solamente un problema estético. Si el producto se vuelve blanco cuando se aplica sobre la piel, los consumidores espaciarán el producto hasta que esté transparente. Y para que eso suceda, el producto se distribuirá sobre un área más grande que la ideal.

    Lo anterior provocará que la cantidad de producto sobre la piel sea menor que la necesaria. Y como resultado, la protección se verá muy afectada y el daño causado por la luz ultravioleta será mayor. De esta forma, evitar el efecto blanco en los protectores solares también es una cuestión de seguridad y eficacia.

    Dispersión de partículas

    Otro reto cuando trabajamos con filtros minerales es la dispersión de las partículas. Los filtros minerales deben estar muy bien dispersos para brindar una buena protección. Cuanto mejor sea la dispersión, mejor será la eficacia del protector solar. La aglomeración de filtros minerales conducirá a la formación de películas no homogéneas y la protección será menor.

    El uso de filtros minerales que se dispersan fácilmente, además de agilizar el proceso de producción, aumentará la eficacia de los protectores solares. El dióxido de titanio recubierto con dimeticona y sílica, y el óxido de zinc recubierto con trietoxicaprililsilana, son opciones de filtros minerales que se dispersan fácilmente.


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    Un punto muy importante para los filtros minerales es el revestimiento. Los revestimientos aumentan la afinidad de los filtros minerales con una de las fases (aceite o agua) de la emulsión, lo cual incrementa la estabilidad de esta. Los revestimientos son importantes también para evitar el efecto fotocatalítico (principalmente para dióxido de titanio).

    El efecto fotocatalítico es la capacidad que tiene un producto de emitir un electrón al recibir la radiación. En el caso del TiO2 y ZnO, este efecto se produce al recibir la radiación UV y la protección es reducida. Los revestimientos también son importantes para ayudar con la dispersión de los filtros minerales. Y con ello aumentar su compatibilidad con los otros ingredientes de la formulación.

    Como soluciones de filtros minerales, se encuentran en el mercado dióxido de titanio recubierto con sílica y dimeticona, y óxido de zinc recubierto con trietoxicaprililsilana.

    Beneficios del dióxido de titanio recubierto con sílica y dimeticona

    • Alto rendimiento al SPF
    • Excelente compatibilidad con avobenzona
    • Mejor compatibilidad con los ingredientes de la formulación
    • Facilidad en formular
    • Excelente capacidad sensorial Efecto booster en combinación con filtros orgánicos

    Beneficios del óxido de zinc recubierto con trietoxicaprililsilana

    • SPF alto
    • Mayor protección UVA
    • Transparencia significativamente mejorada
    • Dispersiones menos viscosas debido a sus propiedades de alta dispersabilidad
    • Viscosidad reducida. Posibilidad de disminuir uso de emoliente, y con ello el contenido de aceite. Por ende, disminución de oleosidad en la fórmula, y también con un costo menor

    En conclusión, los filtros minerales se presentan como una excelente opción para mejorar los protectores solares, tanto en el nivel de protección como en el perfil sensorial.

    Sin duda hay características específicas de los filtros minerales que requieren de atención especial en el desarrollo de la formulación. Sin embargo, los revestimientos y el tamaño de partícula adecuados hacen que los beneficios sean muy superiores a los retos.

    Referencias

    1. Nery, E. M.; Martinez, R. M.; Velasco, M. V. R., Baby A. R. A short review of alternative ingredients and technologies of inorganic UV filters. J Cosmet Dermatol. 2021; v. 20, 1061–1065.
    2. Flor, J.; Davolos, M. R. Protetores solares. Quim. Nova, 2007, v. 30, No. 1, 153-158.
    3. Smijs, T. G.; Pavel, S. Nanotechnology, science and applications 2011, v.4, 95-112.
    4. 80 Jo HL, Jung Y, Suh BF, Cho E, Kim K, Kim E. Clinical evaluation method for blue light (456 nm) protection of skin. J Cosmet Dermatol. 2020. doi: 10.1111/ jocd.13508 81.
    5. Schütz R, Campiche R, Gempeler MJV. Blue light induced hyperpigmentation in skin and how to prevent it. SOFW J. 2019(7/8):12–7.

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