Szczepiony polimer (graft polymer) jako wzmacniacz faktora SPF

W ostatnim czasie bardzo duże znaczenie zyskują produkty, które stanowią dobrą ochronę przeciw promieniowaniu słonecznemu UVA i UVB. Klienci wymagają skutecznej ochrony, łatwego dozowania jak również tego aby produkty nie wykazywały właściwości drażniących. Wiele absorberów UV może stwarzać potencjalne zagrożenie drażniące lub rozwarstwiania faz w gotowych wyrobach. Mogą wymagać stosowania oddzielnej linii produkcyjnej oraz należy pamiętać o wysokim koszcie stosowania filtrów UV.

Firma INTERPOLYMER, której dystrybutorem w Polsce w zakresie produktów kosmetycznych jest Brenntag Polska Sp. z o.o., wprowadziła na rynek szczepiony polimer (Polyacrylate 15 (and) Polyacrylate 17) – SYNTRAN PC5227, który wzmacnia efektywność tradycyjnych organicznych absorberów UV w kremie przeciwsłonecznym o SPF 15 nawet do 300%. To ostatnie odkrycie sugeruje, że jest możliwość podniesienia wymaganego SPF’u ponad 15 bez użycia problematycznych nieorganicznych filtrów. Alternatywnie jest możliwość sformułowania receptury bez konieczności użycia 10-15% organicznych składników aktywnych jednocześnie redukując potencjalne właściwości drażniące jak również obniża koszty produkcji.

Mechanizm działania
Możliwy mechanizm działania może opierać się na uporządkowaniu organicznych struktur podczas procesu tworzenia filmu. W niejednorodnej recepturze, takiej jak produkty ochrony przeciwsłonecznej, pierwotna hierarchiczna organizacja filmu która następuje podczas aplikacji i w procesie suszenia jest zdeterminowana dużą ilością wiązań kowalencyjnych składników filmu. Składniki te tworzą bloki składające się z polimerów i innych molekuł o wysokim ciężarze cząsteczkowym wymieszanych przez chemika. Większy porządek struktur utworzonych bloków oraz składniki o niższym ciężarze cząsteczkowym gromadzą się wtedy podczas procesu schnięcia przez asocjację między- i wewnątrz-cząsteczkową. Tworzenie dobrze uporządkowanych struktur jest wspomagane przez siły nie-kowalencyjne takie jak wiązania wodorowe, hydrofobowe ułożenie, efekt solwatacji oraz oddziaływania elektrostatyczne. I właśnie ten wyższy porządek asocjacji może tłumaczyć mechanizm działania dla zaobserwowanego efektu podnoszenie faktora SPF przez wtrącenie Polyacrylate 15 (and) polyacrylate 17 do filmu zawierającego standardowe absorbery UV.
Polyacrylate 15 (and) polyacrylate 17 składa się z polimeru szczepionego z półkrystalicznych i amorficznych segmentów. Każdy z tych polimerów osobno posiada minimalne działanie w zakresie faktora SPF. Jednakże odpowiednio do unikatowej struktury polimer szczepiony ma powinowactwo do takich filtrów UV jak: ethyl hexyl methoxycinnamate, benzophenone i ethyl hexyl salicylate. To powinowactwo lub solwatacja prowadzi do bardziej uporządkowanej struktury i co za tym idzie lepsze eksponowanie segmentów UV na fotowzbudzanie. Oprócz unikatowej struktury, polimer zawiera znaczną ilość grup polarnych, które pomagają w formowaniu dipoli koniecznych do zmiany spektralnego położenia absorberów UV.

To przesunięcie jest przypisywane zmianie polarności systemu. Podczas aplikowania oraz w procesie schnięcia wtórna energia pozwala absorberom UV gromadzić się w uporządkowany sposób wzdłuż segmentów półkrystalicznych polimeru. Podczas gdy nie jest wzbudzona dysocjacja lub zespalanie, grupy polarne modyfikują strukturę energii nowo zorientowanego absorbera UV. Rezultat przesunięcia spektrum UV poprzez użycie polarności i solwatacji nazywana jest solwatochromizmem.

Dodatkowo z powodu jego powinowactwa do absorberów UV, polimer ten chroni niektóre filtry UV przed możliwością całkowitego schowania ich w hydrofobowych składnikach produktów ochrony przeciwsłonecznej takich jak oleofilowe materiały co w rezultacie może uczynić go mniej efektywnym.

Test In Vitro
Do celów badawczych przygotowano recepturę bazującą na trzech standardowych absorberach UV,
– Ethylhexyl methoxycinnamate – 7,5%
– Benzophenone-3 – 3,0%
– Ethylhexyl salicylate, – 3,0%
która pozwoliła na uzyskanie SPF15,37 oraz stosunku UVA/UVB = 0,39, co stanowiło bazę dla porównań.

W kolejnym etapie przeprowadzono pomiar w obecności 3% Syntranu PC5227 w przeliczeniu na produkt 100%. Uzyskano rezultat SPF=43,18 oraz stosunek UVA/UVB na poziomie 0,47 (Rys. 1)
Jak widać na wykresie (Rys. 1) dodanie 3% Syntranu PC 5227 powoduje wyższy stopień absorbcji promieniowania UVA i UVB.

Uwagę skierowano na hipotezę, że jeśli potencjalne trzykrotne wzmocnienie wystąpiło przy dodaniu polimeru, co zatem się stanie jeśli zostanie obniżona ilość aktywnych składników do 1/3.
Kontrolna receptura została zmodyfikowana w ten sposób, że zawierała tylko 2,5% ethylhexyl methoxycinnamate, 1% Benzophenone-3 oraz odpowiednio ethylhexyl salicylate. Brakującą ilość w fazie olejowej uzupełniono produktem Finesolv.
Ocena in vitro dała rezultat SPF na poziomie 21,39 oraz stosunek UVA/UVB 0,28 (Rys. 2)
Wykres ten przedstawia, że przez redukcję stężenia o 66% standardowych absorberów UV i dodanie 3% Syntranu PC5227 można uzyskać bardzo podobny efekt.

Na koniec przeprowadzono badania z dodatkiem 1,5% Syntranu 5227 w przeliczeniu na suchą masę polimeru do wyjściowej receptury aby dobrać optymalny synergistyczny efekt. Wynik in vitro był następujący: SPF 40,3 czyli 255% lepszy niż wyjściowej formuły. Stosunek UVA/UVB wyniósł 0,46 (Rys. 3)

Test In Vivo
Dziesieciu wolontariuszy z różnymi typami skóry testowało produkty oparte na recepturze standardowej oraz na recepturze standardowej z dodatkiem 3% Syntranu PC 5227 w przeliczeniu na substancję aktywną. Dodatek polimeru spowodował zwiększenie SPF o 70%. Rezultat widoczny jest na Rys.4.
Podsumowanie
Bazując na testach in vitro potwierdzonych wynikami testów in vivo można stwierdzić, że polyacrylate 15 (and) polyacrylate 17 może zapewnić znaczne synergistyczne wzmocnienie SPF produktów ochrony przeciwsłonecznej produktów zawierających typowe absorbery UV opisane w artykule. Dodatkowo rezultaty in vitro demonstrują, że stosunek UVA/UVB receptury kontrolnej zwiększa się o 18-21% przy dodaniu polimeru. To obrazuje większy wzrost szerokości pokrycia spektrum w zakresie promieniowania UVA.

Opracowanie na podstawie materiałów udostępnionych przez firmę Interpolymer
Autorzy reprezentują firmę
Brenntag Polska Sp. z o.o.,
marian.zemlak@brenntag.pl Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)

Zawartość numeru:

• Technologie:
  • Biopaliwa – co robić z ubocznym produktem?
• Chemia Gospodarcza i Kosmetyki:
  • Siła w grupie
  • Polski rynek kosmetyków
  • Polimery Sylvaclear®
  • Szczepiony polimer (graft polymer) jako wzmacniacz faktora SPF
  • IMBENTIN SG™ - przeciwnik obfitej piany
• Chemical Interview:
  • Świece na giełdę
• Zarządzanie:
  • Jak przygotować się do REACH?
  • System handlu uprawnieniami do emisji CO2 – co nowego na rynku i w podatka
  • Silikony

Zobacz pozostałe numery Chemical Review »